新型立式濕法電除器在工程中的應用

唐亮 趙夢雪 鄭蘇忠 武申堂

摘 要：隨著國家對燃煤電廠全面實施超低排放要求，濕法脫硫后增設濕法電除塵器成為燃煤電廠實現煙塵超低排放的有效措施。文章提出一種新型立式濕法電除塵器技術，通過創(chuàng)新性的設置加濕及清潔系統(tǒng)，減小了用水量，提高了清污效果，對于PM2.5、SO2、SO3氣溶膠和固態(tài)重金屬顆粒物等都具有良好的收集效果，并且與脫硫塔一體式結構設計具有設備體積小等優(yōu)點。結合工程實踐案例，展示新型立式濕法電除塵技術的突出優(yōu)點。國內某100MW燃煤機組項目進行改造后，出口煙塵濃度僅為3.20mg/Nm3，效果極為顯著，穩(wěn)定實現出口煙塵的超低排放目標。

關鍵詞：濕法電除塵器；加濕系統(tǒng)；清潔系統(tǒng)；一體式結構；超低排放

隨著我國經濟的發(fā)展，霧霾現象頻繁發(fā)生，環(huán)境污染問題逐漸成為人們的關注焦點，燃煤火電廠及工業(yè)鍋爐是產生大氣環(huán)境污染的主要來源。新的火電廠大氣污染物排放標準（GB13223-2011）于2012年1月1日正式實施。新排放標準對煙塵、二氧化硫、氮氧化排放控制要求都有了很大的提高。我國燃煤電廠對鍋爐尾部煤煙氣處理時，會產生二次污染問題，如經脫硝處理時，脫硝設備中的催化器會通過副反應催化二氧化硫，產生具有強酸、腐蝕性的氣溶膠SO3，此外還會有一部分逃逸NH3；進行脫硫處理時，其工作漿液也可通過霧化夾帶或產物結晶析出現象，產生細顆粒物，帶來石膏雨等環(huán)境污染現象[ 1 ]。因此，燃煤火電廠煙囪排放煙氣中含有濕法脫硫未能脫除的逃逸煙塵、濕法脫硫自身產生排出的細顆粒物和氣溶膠。

為了滿足新的排放標準以及解決現已投運電廠普遍存在石膏雨等問題，我國采用多種除塵方式。其中袋式除塵器、電袋除塵器及各式新型干法電除塵器受到煙氣濕度限制，不能應用于濕法脫硫后，無法解決石膏雨等問題，因此部分工程要求研發(fā)使用濕法電除塵技術。該技術不僅能夠實現國家新排放標準，達成大氣污染物的“超潔凈排放目標”，還能加裝在脫硫脫硝之后，有效減少脫硫、脫硝工藝產生的細顆粒物污染，解決石膏雨、藍煙酸霧等環(huán)境問題[ 2 ]。

1 濕法電除塵技術

1.1 濕法電除塵器概述

濕法電除塵器與干法電除塵器原理相同，都是采用電暈放電，使氣體電離，進而在放電極與收塵極間形成穩(wěn)定電暈，使該區(qū)域內粉塵顆粒荷電，并最終在收塵極收塵。但在捕集粉塵清除方式上，濕法電除塵通過水沖刷的方式進行收塵，干法電除塵采用振打清灰方式進行收塵，二者有明顯差異。與其他除塵器相比，濕法電除塵器由于水的電阻較小，當水滴與粉塵結合后，高比電的粉塵會下降比電阻，保證了工作狀態(tài)的穩(wěn)定性；通過水流沖洗，還可有效避免二次揚塵及反電暈現象的產生；此外，濕法電除塵器內部無轉動部件，提升了設備可靠性，增強了設備壽命，且對重金屬、PM2.5和SO3都具有很高的脫除效率[ 3，4 ]。

濕法電除塵器置于脫硫設施與煙囪之間，用于去除脫硫后濕煙氣中的煙塵、氣溶膠等細顆粒物。該技術最早于1970年應用于硫酸和冶金工業(yè)生產中，可有效控制煙氣中的酸霧、顆粒物等污染排放，1986年后開始應用于燃煤電廠中[ 5 ]，而后日本等國家電廠已廣泛使用。

我國的濕法電除塵技術研發(fā)工作起步較晚，八十年代中期武漢安全環(huán)保研究院首先在馬鞍山鋼鐵廠煉鋼平爐上采用濕法電除塵器[ 6 ]。隨著現代工業(yè)和環(huán)保事業(yè)的發(fā)展，我國鋼鐵廠如寶鋼、包鋼等濕法電除塵技術均有所發(fā)展，并取得一定業(yè)績。

1.2 濕法電除塵器分類

1.2.1結構特點

濕法電除塵器從構型角度分為兩種，一種是板式濕法電除塵器，另一種是管式濕法電除塵器。前者收塵極呈平板狀，電暈極均布于極板間，煙氣流動可任意方向[ 7 ]，其結構呈立式或臥式，臥式結構所需占地面積較大，此外，板式濕電的水處理系統(tǒng)中需加入堿液進行清灰，噴淋水經堿液中和后循環(huán)使用，這會增加設備的水耗、電耗、堿耗，對噴嘴性能要求更高，增加投入成本[ 8 ]；后者的收塵極一般由多根并列的金屬管組成，極板間均布電暈線，煙氣在垂直方向上流動，占地面積較小，在同等情況下煙氣的流動速度更大。

1.2.2收塵極材料

由于濕法電除塵器通常在低于沖刷液的絕熱飽和溫度下運行，因此需要合理選擇各部位結構材料，避免腐蝕。其中收塵極最易受到腐蝕，且一旦收塵極發(fā)生故障，不僅除塵性能下降，還會產生電火花，擾亂電場。目前濕法電除塵器收塵極主要有三種形式：柔性極板、導電玻璃鋼極板及鋼性極板。

柔性極板1990年最早由美國俄亥俄大學開展實驗研究，而后國內山東大學一直致力于柔性電極的研究，其采用纖維織物制成，當潤濕附有煙塵的柔性極板后，其可導電并形成水膜，依靠重力自流向下完成清灰，該過程可利用從煙氣中收集的酸液實現自清灰，降低運行過程中的耗水量，但在運行中極板易發(fā)生擺動，導致極間距發(fā)生變化，運行電壓不穩(wěn)定，此外，柔性極板不耐高溫，煙氣的溫度不能過高。

導電玻璃鋼極板材料是在玻璃鋼內置具有導電能力的碳纖維，通過樹脂粘合而成，代表技術有宜興化工成套設備廠[ 9 ]。該材料導電能力強、耐腐蝕性強、輕質且材料性能穩(wěn)定，但檢修難度大，運行電壓低，不能在高溫條件下長期使用，長期運行后導電性能會下降，且由于附灰易形成結垢，導致沖洗能力下降。若其中某部分出現損壞，需要更換整個模塊，增加維護費用和難度。

鋼性金屬極板采用不銹鋼金屬材料，配合噴淋系統(tǒng)水膜清灰，并配備水循環(huán)系統(tǒng)，是目前國外濕法電除塵的主流技術。該極板運行電壓高，可持續(xù)穩(wěn)定實現煙氣顆粒物低排放，耐高溫，運行中極間距不易發(fā)生變化，運行穩(wěn)定，維護費用低。代表有如福建龍凈[ 10 ]、浙江菲達[ 11 ]等技術，該材料目前較多應用于臥式濕法電除塵器中。

1.2.3沖刷方法

濕法電除塵器常用的沖刷方式分為三種：

第一種是自沖刷，即利用捕集到的液滴潤濕收塵極，或通過煙氣冷凝等特殊變化潤濕收塵極進行清灰；

第二種是噴霧沖刷，利用霧化噴嘴連續(xù)的沖刷收塵極，使其在收塵極表面形成一層沖刷膜；

第三種是液膜沖刷，即采用連續(xù)的液膜對收塵極進行沖刷。沖刷液的導電性、液膜物理特性及液膜分布情況是重要考慮因素。

1.3 濕法電除塵技術的影響因素

煙氣驅進速度、放電電壓、極板水膜及收塵極總面積都會對濕法電除塵效率產生影響。放電電壓增大，可以使細顆粒荷電量增加，提高煙氣驅進速度，收塵極總面積增大會使細顆粒的停留時間增長，顆粒向極板遷移時間增長，極板水膜能提高細顆粒荷電及對細顆粒捕集效率，進而提高除塵效率。

通過對濕法電除塵器大量的實驗研究及調研，參考國內外相對成熟的燃煤電廠實際應用情況發(fā)現，目前多數技術采用臥式濕法電除塵器，由于該技術占地面積大，對場地需求高，我們確定采用立式濕法電除塵器，并結合國際主流材料技術進行除塵。由于常規(guī)濕法電除塵器的沖刷方式需投入較高的水耗、電耗，板式濕電還需投入較高的堿耗，我們對其沖刷方式進行了創(chuàng)新。

2 新型立式濕法電除塵器

2.1 結構設計

該新型立式濕法電除塵器塵器采用與濕法脫硫塔整體布置的形式，濕法電除塵器殼體與脫硫吸收塔整體設計。煙氣由煙氣入口進入脫硫塔，經脫硫塔充分洗滌降溫后，自下而上進入新型立式濕法電除塵器。新型立式濕法電除塵器入口設有均布裝置，將飽和濕煙氣均勻導入高壓電場，并經高壓電場深度凈化后，煙氣沿濕法電除塵器上部煙箱排入煙囪。新型立式濕法電除塵器系統(tǒng)見圖1。

脫硫塔上部、除塵器本體底部設置由多孔板和導流板組成的入口均布系統(tǒng)，入口均布系統(tǒng)上方設置加濕系統(tǒng)。除塵器本體中高壓電場內設置多塊陽極板及多條陰極線，陽極板豎向平行懸掛在除塵器本體內的支撐梁上，由不銹鋼板采用專用設備軋制而成，相鄰陽極板之間豎向設置陰極線，陰極線根據煙氣含硫量采用不同等級的不銹鋼材料制成，通過陰極框架懸掛在高壓絕緣系統(tǒng)上，陽極板底部安裝收集槽。除塵器本體側壁上設置排污管路。除塵器本體上部設置清潔系統(tǒng)，并在清潔系統(tǒng)上安裝噴嘴，清潔系統(tǒng)上方設置出口均布系統(tǒng)。除塵器本體頂部安裝高壓絕緣系統(tǒng)，并連接高壓電源，高壓電源連接低壓控制系統(tǒng)。

2.2 關鍵技術

經脫硫塔處理過的煙氣由具有多孔板和導流板組成的入口均布系統(tǒng)均布后，進入除塵器本體內。首先煙氣經過電場底部加濕系統(tǒng)進行加濕，保證收集物在陽極板和陰極線上的流動性。而后進入高壓電場，流經電場時，煙氣中的的粉塵、氣溶膠和固態(tài)重金屬顆粒物都被荷電，在電場力的作用下被陽極板吸附。煙氣由電場處理后，經出口均布系統(tǒng)均布，流入煙道再由煙囪排出，出口均布系統(tǒng)由喇叭口形狀的外殼和內部的多孔板與導流板組成，能夠保證煙氣流場的均勻性。

陽極板和陰極線之間形成的電場上部設置有頂部清潔系統(tǒng)，保證其對陰陽極系統(tǒng)清洗效果。清潔系統(tǒng)上安裝的噴嘴可產生超細噴霧，并在陽極板上形成均勻的水膜，當對陽極板上的污染物進行清塵時，吸附在陽極板上的污染物在重力作用下隨水膜流入收集槽內，收集槽內的污水順著連接所有收集槽的水槽匯集到排污管路，再由排污管路流入脫硫塔底部。

加濕系統(tǒng)和清潔系統(tǒng)都由水泵、閥門、管路和霧化噴嘴組成，進水都從外部工藝水管并聯獨立接入，清潔系統(tǒng)的噴霧時間為周期性噴淋，且時間可調，

此外，低壓控制系統(tǒng)根據高壓電源的運行參數來控制高壓絕緣系統(tǒng)對內部絕緣件的加熱、電場底部加濕系統(tǒng)的增濕和電場頂部清潔系統(tǒng)的噴淋，決定他們的啟停和工作時間長短。

3 新型立式濕法電除塵器的應用

3.1 工程概況及改造方案

3.1.1工程概況

在作者主持設計的國內某100MW燃煤機組項目中，原煙氣配套除塵設備為四電場電除塵，采用石灰石——石膏濕法脫硫工藝，在考慮了場地限制、除塵效率穩(wěn)定性和投資費等多方面的因素后，最終用戶采用了脫硫塔上部加金屬陽極板形式的立式濕法電除塵方案進行改造。

3.1.2立式濕電入口煙氣參數

新型立式濕電入口煙氣參數見表1。

3.1.3改造技術方案的主要內容

①加高脫硫塔筒壁，在其上部設置金屬陽極板形式的立式濕電，設計2個供電分區(qū)的電場，提高電場工作電壓和保障電區(qū)可靠性。

②在塔筒內設置有陰極系統(tǒng)、陽極系統(tǒng)、煙氣均布系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)等。

③增設除塵器外圍輔助系統(tǒng)，主要有電場底部加濕系統(tǒng)、電場頂部的清潔系統(tǒng)和絕緣子箱熱風吹掃系統(tǒng)。

3.2 立式濕電主要技術參數

新型立式濕電主要技術參數見表2。

3.3 改造效果

2016年2月實施脫硫塔上部新型立式濕電技術改造，并順利投入運行，2016年6月，經第三方測試結果表明，在機組平均負荷為100MW時，新型立式濕電出口煙塵濃度僅為3.20mg/Nm3，本體壓力降為230Pa，除塵效率達到84%，效果極為顯著，該項目是脫硫塔上部設置金屬陽極板立式濕電技術成功應用的一個典范。

4 結論

新型立式濕法電除塵器通過創(chuàng)新性的設置加濕及清潔系統(tǒng)，減小了用水量，提高了清污效果，對于PM2.5、SO2、SO3氣溶膠和固態(tài)重金屬顆粒物等都具有良好的收集效果，并且與脫硫塔一體式結構設計具有設備體積小等優(yōu)點。經脫硫后的煙氣在除塵器本體內自下而上作垂直運動，可實現煙氣的超低排放，滿足國家新標準要求。應用該技術對國內某100MW燃煤機組項目進行改造，發(fā)現改造后濕法電除塵器出口煙塵濃度僅為3.20mg/Nm3，效果極為顯著，為實現燃煤電廠煙塵“超低排放”提供了高效、穩(wěn)定、可靠的技術支撐。

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作者簡介：

唐亮（1968-），男，漢族，四川人，畢業(yè)于新疆工學院機械制造專業(yè)，工程師，研究方向：工業(yè)煙氣除塵凈化。