對濕式電除塵技術(shù)及其在燃煤電廠中的應(yīng)用分析

1 濕式電除塵技術(shù)對燃煤電廠的作用、價值

煤炭在我國的一次能源結(jié)構(gòu)當中所占比例最高，遠超其他類型的能源，但煤炭的燃燒和使用會帶來非常大的大氣污染，煙塵排放量非常之大，我國每一座燃煤電廠每年的平均煙塵排放量就達到了300萬噸左右。在燃煤產(chǎn)生的煙氣中存在非常多的微細顆粒，其粒徑通常在50um 以下，其中40%為PM10，而在PM10當中粒徑在2.5um 以下的PM2.5所占比例又在40%到70%左右，其所可能帶來的危害是非常嚴重的，如大氣能見度降低、光化學煙霧、酸雨等的發(fā)生都以PM2.5的大量存在為主要原因，而且人體在吸入了PM2.5之后健康還會受到侵害，發(fā)生各種呼吸系統(tǒng)方面的疾病。2006年到2008年間，美國與歐盟先后實現(xiàn)了世界衛(wèi)生組織發(fā)布的《空氣質(zhì)量準則》第三過渡時期目標值，對各行各業(yè)的空氣污染排放做出了嚴格規(guī)定，如PM2.5日均濃度不能超過35ug/m3，年均濃度不能超過15ug/m3。我國現(xiàn)目前的《環(huán)境空氣質(zhì)量標準》要求PM2.5日均濃度不能超75ug/m3，年均濃度不能超過35ug/m3。

美國環(huán)保署有研究數(shù)據(jù)顯示，其國內(nèi)大氣當中的PM2.5有相當部分是由于燃燒所產(chǎn)生的，而且燃煤電廠所占的比例最高，為此美國能源日報發(fā)文報道指出燃煤電廠是大氣細微顆粒物的主要源頭。我國是煤炭生產(chǎn)與消費使用大國，在發(fā)電生產(chǎn)中燃煤發(fā)電所占的比例依然最高，所以由其所產(chǎn)生的大氣細微顆粒污染物數(shù)量也最大，此問題在近些年越發(fā)成為了國家和社會的焦點。在《火電廠大氣污染物排放標準》（GB13223-2011)中，我國將燃煤電廠的粉塵排放標準降低為30mg/m3，部分重點地區(qū)的標準更是擬降低至20mg/m3。而近年國家各部委對燃煤電廠下發(fā)的《通知》和《計劃》中，政策均向超低排放傾斜，超低排放的煙塵標準為5mg/m3，比《火電廠大氣污染物排放標準》(GB13223-2011)中規(guī)定的燃煤鍋爐重點地區(qū)特別排放限值下降75%。

經(jīng)過對燃煤電廠電除塵器前后細灰組成進行研究發(fā)現(xiàn)，除塵器前粉塵大顆粒占大多數(shù)，PM10和PM2.5占總灰百分比為39.35%和2.42%，而除塵器后高達92.47%和35.56%，說明普通電除塵器對細灰捕集效率不高，PM2.5去除率較低[1]。近年為解決燃煤大氣污染排放問題先后又出現(xiàn)了相關(guān)其他技術(shù)，通過對所有技術(shù)的綜合分析發(fā)現(xiàn)，“濕法”和“靜電”是控制微細顆粒的2大技術(shù)特征，而且隨著顆粒直徑由10um 遞減至小于1.0um，各種技術(shù)相應(yīng)的粉塵收集效率曲線陡降，唯一例外的是濕法與靜電并用的濕式電除塵技術(shù)，該技術(shù)的收塵效率受微細顆粒直徑影響較小，對粒徑0.06um 到10um 范圍內(nèi)的顆粒都具有較高的收集效果。也就是說，在火力發(fā)電對我國依然必要的情況下，濕式電除塵技術(shù)在燃煤電廠當中的應(yīng)用是目前最理想的一種大氣污染控制方式，應(yīng)當?shù)玫酵茝V與應(yīng)用實踐。

2 濕式電除塵技術(shù)的原理與優(yōu)勢

從技術(shù)原理上來講，濕式電除塵是將水霧噴向放電極和電暈區(qū)，水霧在電極形成的電暈場內(nèi)荷電后分裂進一步霧化，電場力、荷電水霧的碰撞攔截、吸附凝并，共同對粉塵粒子起捕集作用，最終粉塵粒子在電場力的驅(qū)動下到達集塵極而被捕集，噴霧形成的連續(xù)水膜將捕獲的粉塵沖刷到灰斗中排出。在濕式電除塵器當中，因為存在水霧液滴，這就可以改變電極表面勢壘。同干式電除塵技術(shù)比較起來，電子的激發(fā)在濕式電除塵中就更加的容易。而且在濕式電除塵器當中，在電場的作用之下水中含有的雜質(zhì)更加容易越過表面勢壘變?yōu)榘l(fā)射離子。這一系列的因素，最終會對電極放電效果帶來影響和改變，即使是在低電壓的情況之下也能夠發(fā)生電暈放電。再者，水的電阻明顯更小，因此粉塵與水接觸之后可以降低粉塵的電阻率，這樣就可具備更高效的除塵效果，而且濕式電除塵器的清洗采用的是流水，不會導(dǎo)致二次揚塵的出現(xiàn)[2]。

濕式電除塵技術(shù)的優(yōu)勢主要在于，其除塵效果非常的明顯和穩(wěn)定，可達到超低排放的效果，顯著減少煤炭在燃燒過程中產(chǎn)生的大氣污染物，達到國家的排放標準要求。同時能夠?qū)M2.5微細粉塵和氣溶膠有效的脫除，使得煙囪透明度得到改善，從長遠來講，這可以持續(xù)滿足國家空氣質(zhì)量控制要求；再者是濕式電除塵還能夠?qū)⑷趸蛴行摮?，改善煙囪、煙道的腐蝕情況，降低生產(chǎn)中的防腐成本；最后是通過該技術(shù)方法的應(yīng)用能夠防止?jié)穹摿蛟斐傻氖嘤?、藍煙酸霧等現(xiàn)象。當然該技術(shù)也存缺點，如其對水量的消耗較大，不過可以對灰水進行相應(yīng)的處理，對其實現(xiàn)循化利用，如部分的污水可用作濕法脫硫的工藝補水，同時可將原濕法脫硫中用到的工藝補水等量用于濕式電除塵器，如此一來這兩種技術(shù)之間就可形成總體水平衡；再一個較為明顯的缺點是初期成本投資較大，明顯高于其他的相關(guān)技術(shù)方法，不過長期經(jīng)濟效益和生態(tài)效益突出。

3 濕式電除塵技術(shù)在燃煤電廠中的應(yīng)用

3.1 濕式電除塵的結(jié)構(gòu)選擇

濕式電除塵技術(shù)主要包括管式濕式電除塵與板式濕式電除塵。管式濕式電除塵器集塵極主要由多邊形的金屬管組成，也有圓形的金屬管，但是其排列均為多根并列，放電極于極板之間均勻分布。從實際的作用功能上來講，這種結(jié)構(gòu)的濕式電除塵器只能用于對垂直方向流動的煙氣起到除塵作用；板式濕式電除塵器集塵極主要呈平板的形狀，這更有利于水膜的形成。于極板之間其電暈線同樣是均勻的分布，與前者的另一差異是，在除塵功能上板式濕式電除塵器不僅可以處理垂直方向流動的煙氣，同樣也能夠?qū)λ椒较虻牧鲃訜煔馄鸬匠龎m作用[3]。在燃煤電廠中，對于濕式電除塵的結(jié)構(gòu)選擇應(yīng)根據(jù)實際情況，結(jié)合不同結(jié)構(gòu)的特點做出科學的判斷。

3.2 濕式電除塵的材料選擇

燃煤電廠濕式電除塵器的工作環(huán)境通常都是氣體溫度飽和、或是氣體接近溫度飽和，這時在氣體中氧含量是較高的，容易造成腐蝕，縮短設(shè)備的壽命，為防止這樣的情況盡量延長設(shè)備的使用壽命、降低設(shè)備成本，便需更謹慎的進行濕式電除塵材料選擇[4]。

如氣體中含氧量并不是非常高，通?？蛇x擇A36碳鋼作為材料，其液體回路還需采用抗微生物方式進行處理，這樣就可達到消除硫還原細菌的效果，因為硫還原細菌對于碳鋼來說腐蝕性是較強的，可能導(dǎo)致濕式電除塵設(shè)備在短期之后便需更換昂貴管件。至于設(shè)備的內(nèi)部部件，殼體可采用碳鋼，為了增強其抗腐蝕性能還需在其表面涂一層防腐材料，而且在安裝過程中一定要避免任何的部件表面遭到擦掛、破壞，諸如連接部位、孔隙以及焊縫等地方，也需要進行相應(yīng)的防腐處理。

另外需要注意的是，在濕式電除塵設(shè)備的內(nèi)部構(gòu)件材料選擇中需要均衡成本，往往結(jié)構(gòu)設(shè)計相同的濕式電除塵設(shè)備，由于材料的選擇差異成本可能會相差巨大。實踐中應(yīng)根據(jù)實際工作環(huán)境情況來合理的選擇材料，要在確保其具有理想抗腐蝕、抗裂隙性能的情況下盡量降低成本。在這里，氯化物的濃度是需要主要考慮的一個因素，表1對各種可選材料能夠適應(yīng)的氯化物濃度進行了說明。

表1 各種可選材料能夠適應(yīng)的氯化物濃度

3.3 濕式電除塵的布置形式

當前濕式電除塵的布置形式主要有三種：水平煙氣獨立布置，稱為臥式濕式除塵器，；垂直煙氣獨立布置，又稱立式濕式除塵器；垂直煙氣與WFGD整體式布置[5]，內(nèi)部結(jié)構(gòu)以蜂窩狀管式除塵器為主。這三種布置形式各有特點，其中水平煙氣獨立布置、垂直煙氣獨立布置都需具備專門的空間，因此空間需求相對較大，一般適用于大型燃煤電廠新建機組，符合大空間布置需求，其整體造價及運行維護費用相對較高。而垂直煙氣與WFGD 整體式布置則不需專門的空間，空間需求和占地較小，因此在燃煤電廠改造中應(yīng)用的較為廣泛，且成本與后期的運行費用、維護費用等也相對較低[6]。此外垂直煙氣與WFGD 整體式布置的可靠性相對更高，因為在其內(nèi)部結(jié)構(gòu)中沒有可活動的內(nèi)件，對沖洗后的酸液以及存儲進行了系統(tǒng)簡化，優(yōu)化清洗水噴霧沖洗且清洗水能直接作為補給水被WFGD所利用，其優(yōu)點是較為突出的。

4 結(jié)語

就目前、乃至今后相當長的一段時間來講，燃煤發(fā)電都還必須存在，其對社會生活、生產(chǎn)的用電保障依然具有不可替代的作用和地位。不過燃煤發(fā)電弊端是非常明顯的，空氣污染較為嚴重，煙塵排放量非常大，這不僅會破壞空氣環(huán)境，同時還會影響到整個自然生態(tài)循環(huán)，甚至對人類健康、安全帶來危害。面對這樣的情況，能夠采取的辦法便是要做好燃煤發(fā)電中的空氣污染控制工作，降低煙塵排放量，而濕式電除塵在目前是這方面非常理想的一種技術(shù)，應(yīng)對其加強研究、探討與實踐，將其科學、合理的應(yīng)用到燃煤電廠發(fā)電生產(chǎn)中來，從而有效降低燃煤電廠發(fā)電過程當中煙塵污染物排放量。