國內(nèi)燃煤電廠濕式電除塵器應(yīng)用前景分析

尹連慶，唐志鵬

(華北電力大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，河北保定071003)

國內(nèi)燃煤電廠濕式電除塵器應(yīng)用前景分析

尹連慶，唐志鵬

(華北電力大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，河北保定071003)

為治理PM2.5，改善空氣質(zhì)量，三部委聯(lián)合下發(fā)《煤電節(jié)能減排升級(jí)與改造行動(dòng)計(jì)劃(2014－2020)》，加強(qiáng)對(duì)煙塵、SO2、NOx等的排放控制，解決現(xiàn)運(yùn)行電廠存在的細(xì)微顆粒物排放不達(dá)標(biāo)、煙氣二次污染帶來的石膏雨以及藍(lán)煙問題。濕式電除塵器作為控制大氣復(fù)合污染物的精處理裝置，可以作為煙囪前的最后一道技術(shù)把關(guān)。分析了濕式電除塵器工作原理、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和布置形式，綜合國內(nèi)外技術(shù)流派特點(diǎn)和應(yīng)用情況，就國內(nèi)電廠濕式電除塵器應(yīng)用前景做出分析，可為電廠選型提供參考依據(jù)。

濕式電除塵器;PM2.5;大氣復(fù)合污染物;應(yīng)用分析

1 概述

隨著我國電力行業(yè)的不斷發(fā)展，粉塵、SO2、NOx等大氣污染物排放量不斷增加，許多地區(qū)污染物排放量超過環(huán)境容量，大氣污染治理形勢(shì)十分嚴(yán)峻。對(duì)于新的排放限值，單純的干式電除塵器已很難滿足要求。濕式電除塵器(WESP)可以高效連續(xù)地去除煙氣中的細(xì)微顆粒物，作為高效除塵的終端精處理設(shè)備，其對(duì)微細(xì)、粘性或高比電阻粉塵及酸霧、汞等的收集都比較理想，擁有控制復(fù)合污染物的強(qiáng)大功能。9月召開的《煤電節(jié)能減排升級(jí)與改造行動(dòng)計(jì)劃(2014－2020年)》中明確指出穩(wěn)步推進(jìn)燃煤發(fā)電機(jī)組大氣污染物排放濃度達(dá)到或接近燃?xì)廨啓C(jī)組排放限值的環(huán)保改造，因廠制宜采用成熟適用的環(huán)保改造技術(shù)，鼓勵(lì)加裝濕式靜電除塵裝置。

2 濕式電除塵器的原理及特點(diǎn)

2.1 濕式電除塵器工作原理

濕式電除塵器主要包括靜電收塵和濕式除塵兩部分，在直流高電壓的作用下，金屬放電線產(chǎn)生電暈放電，使周圍氣體電離，煙氣中的粉塵和液滴表面荷電，在電場(chǎng)力的作用下荷電粒子向收塵極移動(dòng)并富集，在濕式電除塵收塵極的上方噴淋水，水流由收塵極上方流下，在收塵板上形成一層均勻的水膜，水膜向下流動(dòng)，清除收塵板上的粉塵，沖刷到灰斗中隨水排出。

2.2 濕式電除塵器特點(diǎn)

濕式電除塵器結(jié)構(gòu)類型上一般分為板式和管式兩類，板式的集塵極為平板狀，水膜形成性好，極板間均布電暈線，主體類似于干式電除塵器，能處理水平或垂直流動(dòng)的煙氣;管式的集塵極一般為多根并列的圓形或多邊形金屬管，中間分布電暈線，只能處理垂直流動(dòng)的煙氣。結(jié)構(gòu)如圖1所示。

濕式電除塵器的荷電和收塵階段與干式電除塵器相同，最大的區(qū)別就在于清灰方式，干式電除塵器通常采用振打方式清灰，而濕式電除塵器采用沖刷液沖洗收塵板，由于沒有振打裝置，運(yùn)行的穩(wěn)定性提高，也減少了二次揚(yáng)塵，提高了除塵效率。

圖1 板式與管式WESP的對(duì)比

2.3 濕式電除塵器的優(yōu)點(diǎn)

(1)對(duì)粉塵比電阻無要求，適用于處理高溫、高濕的煙氣，除塵效率高，出口粉塵可“近零排放”;

(2)沒有二次揚(yáng)塵;

(3)能有效去除PM2.5、SO3氣溶膠、Hg和石膏微液滴，去除率在85%以上，對(duì)控制PM2.5、藍(lán)煙和石膏雨效果良好;

(4)由于在電除塵器內(nèi)電場(chǎng)氣流速度較高和灰斗的傾斜角減小，設(shè)備布置能很緊湊［1－2］;

(5)可以省去GGH系統(tǒng)，節(jié)省投資，降低廠用電率;解決煙道和煙囪的腐蝕問題。

2.4 濕式電除塵器的問題

存在的問題:

(1)排煙溫度需低于沖刷液的絕熱飽和溫度，因此在結(jié)構(gòu)上必須采用良好的抗結(jié)露措施［3］;

(2)必須要有較高的防腐蝕條件;

(3)沖洗水雖采用閉式循環(huán)，但耗水量仍較大，且要與脫硫水系統(tǒng)保持平衡［4］;

(4)多處部件需要用耐腐蝕材料，且未大規(guī)模生產(chǎn)，單次投入較高;

(5)新機(jī)組需單獨(dú)占用爐后場(chǎng)地，對(duì)老機(jī)組改造將會(huì)有場(chǎng)地布置問題。

3 國內(nèi)外應(yīng)用狀況及技術(shù)特點(diǎn)

當(dāng)前除塵技術(shù)種類較多，包括常規(guī)電除塵、低低溫電除塵、移動(dòng)極板電除塵、袋式除塵和電袋復(fù)合除塵等。但上述除塵設(shè)備均設(shè)置在濕法脫硫前，僅能對(duì)脫硫前煙氣中的粉塵起到脫除作用，不能解決濕法脫硫后產(chǎn)生的諸多問題(見表1)。

3.1 國外應(yīng)用狀況

歐美、日本等發(fā)達(dá)國家，根據(jù)燃煤電廠污染控制的需要，對(duì)電廠應(yīng)用濕式電除塵器的研究也較早。國外電廠應(yīng)用WESP已經(jīng)有近30年的歷史，目前約有70套左右WESP應(yīng)用于歐美和日本電廠，其大氣污染控制系統(tǒng)通常為“SCR+ESP/FF+WFGD+ WESP”。

表1 各類除塵器出口排放濃度及PM2.5捕集率

WESP雖然在控制大氣復(fù)合污染物方面比傳統(tǒng)干式電除塵器效率更高［6－9］，但因其造價(jià)偏高，在發(fā)達(dá)國家并不十分普遍，主要用于人口稠密環(huán)境敏感的地區(qū)。

國外主要技術(shù)流派及特點(diǎn):日本日立/三菱、法國阿爾斯通臥式結(jié)構(gòu)形式;美國巴威、德國環(huán)境工程、瑞典環(huán)境科學(xué)院立式結(jié)構(gòu)形式。臥式濕式電除塵技術(shù)特點(diǎn):煙氣流速較低;清灰效果好，除塵效率高;但耗水量高，對(duì)噴嘴性能要求高;為達(dá)到除塵效率，設(shè)備總尺寸略大;系統(tǒng)阻力小于300Pa。

立式濕式電除塵技術(shù)特點(diǎn):高收塵面積和高煙氣速度，占地少;收塵極電場(chǎng)強(qiáng)度均勻;氣流分布好，無漏氣;收塵極管易于沖洗，沖洗效果好，耗水量小;可單獨(dú)安裝和與WFGD整體式布置;系統(tǒng)阻力300～500Pa。

3.2 國內(nèi)應(yīng)用狀況

我國對(duì)于濕電技術(shù)的研究起步較晚，最早在硫酸和冶金工業(yè)中應(yīng)用了一些中小型的濕式電除塵器，近年來才逐步開始了針對(duì)大型燃煤電廠的濕電技術(shù)研究。隨著新排放標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施和濕式電除塵技術(shù)的不斷完善，國內(nèi)濕式電除塵器市場(chǎng)大有井噴之勢(shì)，先后建成六橫電廠、嘉華電廠、泰州電廠、臺(tái)州電廠等百萬機(jī)組項(xiàng)目，其出口粉塵實(shí)測(cè)濃度均低于10mg/m3，達(dá)到了預(yù)期效果。

針對(duì)國內(nèi)燃煤電廠煤質(zhì)多變，熱值低，灰分較高且不穩(wěn)定的問題，采用傳統(tǒng)的干式靜電除塵器，穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放有一定難度。為適應(yīng)國內(nèi)煤炭市場(chǎng)的實(shí)際情況，滿足燃煤電廠煙塵排放標(biāo)準(zhǔn)的要求，同時(shí)解決煙囪藍(lán)煙和WFGD系統(tǒng)不加GGH帶來的“石膏雨”問題，濕式電除塵器提供了一個(gè)很好的解決方法。

4 國內(nèi)電廠應(yīng)用濕式電除塵器的關(guān)注點(diǎn)

4.1 擁有控制復(fù)合污染物的強(qiáng)大功能

濕式電除塵器的性能試驗(yàn)結(jié)果表明，其對(duì)煙氣中的復(fù)合污染物具有良好的控制能力，可以同時(shí)脫除煙塵、PM2.5、SOx、NOx、氣溶膠、Hg等有害物質(zhì)。經(jīng)處理后煙塵排放濃度低于10mg/m3，汞等重金屬的濃度也明顯降低，同時(shí)濕式電除塵器還能去除WFGD排出的水分和石膏，減少石膏雨的發(fā)生。

4.2 灰水的循環(huán)和利用

濕式電除塵器使用水力清灰，在清灰過程中耗水量很高，這就需要采用合理的循環(huán)水處理工藝，以減少水量消耗。WESP可以采取間斷沖洗工藝減少排污水，并與濕法脫硫建立水平衡，在WFGD后粉塵量已大幅減少，WESP灰水中含塵量只有2‰左右，不會(huì)對(duì)石膏品質(zhì)產(chǎn)生影響。

4.3 增加比集塵面積提高脫除效果

比集塵面積是反映濕式電除塵器性能的重要指標(biāo)，在相同條件下，比積塵面積越大，處理污染物能力越強(qiáng)。濕式電除塵器的比集塵面積只有干式電除塵器的1/3～1/2，根據(jù)對(duì)污染物的控制要求，對(duì)于粒徑相對(duì)較大的粉塵，可以選取小的SCA，而對(duì)亞微米級(jí)顆粒、SO3氣溶膠等污染物，選取較大的SCA和較長(zhǎng)停留時(shí)間才能達(dá)到理想的脫除效果。

4.4 煙氣流和水沖洗方向問題

WFGD后煙氣游離水含量較高是造成石膏雨的重要原因。在濕式電除塵器設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮煙氣流向與沖洗水流向的匹配問題，在立式WESP中煙氣和沖洗水同向流動(dòng)時(shí)，可以安裝除霧器降低水分夾帶;煙氣和沖洗水逆向流動(dòng)時(shí)，能減少水分夾帶，降低煙囪雨的發(fā)生。在臥式WESP中，煙氣方向與沖洗水呈交叉流動(dòng)，在末級(jí)電場(chǎng)采用間斷沖洗的方式能夠很好的減少水分夾帶。

4.5 濕式電除塵器應(yīng)用難點(diǎn)

應(yīng)用難點(diǎn):一是關(guān)鍵技術(shù)的優(yōu)化;二是降低單位投資。濕式電除塵器應(yīng)用于國內(nèi)大型燃煤電廠污染物控制排放，許多關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)仍然需要繼續(xù)研究:在濕式電除塵器內(nèi)部煙氣采用較高流速以減少場(chǎng)地;通過極板、極線與內(nèi)部構(gòu)件材質(zhì)的優(yōu)化選擇，內(nèi)部構(gòu)件連接方式優(yōu)化、電源分區(qū)，增設(shè)電場(chǎng)數(shù)量等方式，實(shí)現(xiàn)設(shè)備高可用率［10］;優(yōu)化清灰方式，簡(jiǎn)化管件連接，優(yōu)化關(guān)鍵技術(shù)。

5 結(jié)語

燃煤電廠一直是國家環(huán)境治理的重點(diǎn)，新國標(biāo)更是對(duì)近年來陸續(xù)跟進(jìn)的除塵、脫硫以及脫硝系統(tǒng)提出了更高的要求，如何控制PM2.5細(xì)顆粒排放、解決煙氣二次污染帶來的石膏雨和煙囪藍(lán)煙等問題已成為當(dāng)務(wù)之急。傳統(tǒng)的電除塵器已無法滿足要求，根據(jù)國內(nèi)外的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，濕式電除塵器在控制粉塵排放方面有顯著效果，本文通過分析認(rèn)為國內(nèi)大型燃煤電廠應(yīng)用濕式電除塵器是完全可行的，隨著技術(shù)日趨成熟，國內(nèi)應(yīng)用WESP的成本也將大幅降低，不論是采用國內(nèi)技術(shù)還是引進(jìn)國外技術(shù)，采用臥式還是立式，都將很大程度上改善國內(nèi)燃煤電廠的排放水平，可以預(yù)見濕式電除塵器將越來越多的被應(yīng)用到我國燃煤電廠中。燃煤電廠增加濕式電除塵器，能夠?qū)Υ髿馕廴疚锲鸬胶芎玫闹卫碜饔?，但成本和運(yùn)行費(fèi)用相比干式電除塵器也會(huì)較高，應(yīng)用并不廣泛，還需國家政策的支持和技術(shù)人員的研究推廣。

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Application prospect analysis of wet electrostatic precipitator in domestic coal－fired power plants

To control PM2.5and improve air quality，the three ministries jointly issued the＇Upgrading and Fransformation of Coal Energy－Saving and Emission Reduction Action Plan(2014－2020)to strengthen the control of dust，sulfur dioxide，nitrogen oxides and other emissions，and resolve the problems about fine particulate，gypsum rain and blue smoke which caused by secondary flue gas pollution in running power plants.Wet Electrostatic Precipitators can be used as a fine processing device，to control the complex atmospheric pollutants before the chimney.It analyzes the works，structural features and layout form of WESP，and draw a conclusion about the wet ESP application prospects in domestic power plants on integrating foreign technical characteristics and applications，which can provide a reference for plant selection.

wet electrostatic precipitator;PM2.5;complex atmospheric pollutants;application analysis

X701.2

B

1674－8069(2016)02－029－03

2015-09-26;

2015-12-19

尹連慶(1959-)，男，碩士，教授，主要從事環(huán)境工程方面的教學(xué)與研究工作。E－mail:Yin－lq@126.com