導(dǎo)電玻璃鋼濕電除塵器超低排放改造技術(shù)分析

林歡，龔蔚成，張英，謝智宇

（永清環(huán)保股份有限公司，長沙 410330）

引言

為響應(yīng)國務(wù)院《大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃》（國發(fā)〔2013〕37號(hào)）[1]，根據(jù)《山西省人民政府關(guān)于推進(jìn)全省燃煤發(fā)電機(jī)組超低排放的實(shí)施意見》（晉政辦發(fā)〔2014〕62號(hào)）[2]要求，山西省內(nèi)的燃煤發(fā)電機(jī)組需在2017年底前完成改造，煙氣排放標(biāo)準(zhǔn)滿足粉塵≤5mg/Nm3。山西某熱電有限公司2×300MW機(jī)組進(jìn)行煙氣處理設(shè)施改造，增設(shè)濕式靜電除塵器。

1 改造前工程概況

某熱電有限公司一期工程建設(shè)規(guī)模為2×300MW亞臨界空冷供熱機(jī)組，配置兩臺(tái)1065t/h煤粉鍋爐，同步建設(shè)脫硫裝置。兩臺(tái)機(jī)組分別于2011年7月7日和10月10日投產(chǎn)發(fā)電。鍋爐配有兩臺(tái)SCR反應(yīng)器，每臺(tái)SCR反應(yīng)裝置設(shè)置三層蜂窩狀催化劑。電除塵第一、二電場采用高頻電源（1.2A/7.2kV）供電，第三、四、五電場采用脈沖電源（TM-HPP-1.0）+工頻電源供電，第五電場采用旋轉(zhuǎn)電極電場。在煙氣溫度110℃～160℃，煤含硫量在0.6%～2.5%范圍內(nèi)，燃煤灰含量小于36%的情況下，除塵器出口煙氣含塵濃度（換算為含氧量為6%的標(biāo)準(zhǔn)干煙氣時(shí)的要求）≤30mg/Nm3。脫硫方案采用石灰石-石膏濕法脫硫工藝，1爐1塔，全煙氣脫硫，未設(shè)置GGH和增壓風(fēng)機(jī)。燃用設(shè)計(jì)煤種Sar=2.47時(shí)，SO2入口濃度為6089mg/Nm3，脫硫出口SO2濃度＜35mg/Nm3。煙氣脫硫出口煙氣參數(shù)如表1。

表1 煙氣脫硫出口煙氣參數(shù)

2 除塵改造技術(shù)分析

針對煙氣排放標(biāo)準(zhǔn)滿足粉塵≤5mg/Nm3的目標(biāo)，根據(jù)《煤電節(jié)能減排升級(jí)與改造行動(dòng)計(jì)劃（2014～2020年）》[3]的指示，可在原有濕法脫硫與煙囪之間增設(shè)濕式靜電除塵器。濕式除塵器的原理與干式除塵器基本相同，高壓放電、粉塵荷電、粉塵收集、再利用沖洗清理粉塵，達(dá)到除塵的效果。濕式靜電除塵器的收塵效率高，對高溫高濕度的粉塵、PM2.5、酸霧、重金屬有很好的去除效果。

目前常用的濕式靜電除塵器有：不銹鋼濕式靜電除塵器、導(dǎo)電玻璃鋼濕式靜電除塵器、柔性極板濕式靜電除塵器、徑流濕式靜電除塵器。

2.1 不銹鋼濕式靜電除塵器

國內(nèi)不銹鋼靜電除塵器技術(shù)主要引進(jìn)日本日立、三菱的濕式電除塵技術(shù)。布置在濕法脫硫和煙囪之間，大多采用臥式結(jié)構(gòu)布置，煙氣方向?yàn)樗竭M(jìn)出；陽極選用不銹鋼材料，采用懸掛方式，由懸掛梁固定在殼體中，不易變形，電場穩(wěn)定性好[4]；占地面積較大，適合處理大煙氣量的新建機(jī)組；有循環(huán)水處理系統(tǒng)，采用連續(xù)噴淋的沖洗方式。防腐性能好，使用壽命長；但設(shè)備體積大，對空間受限的機(jī)組改造難度大。

2.2 導(dǎo)電玻璃鋼濕式靜電除塵器

導(dǎo)電玻璃鋼濕式除塵技術(shù)成熟，在化工行業(yè)有幾十年的應(yīng)用史。導(dǎo)電玻璃鋼是一種以樹脂為基體的高導(dǎo)復(fù)合材料。具有重量輕、強(qiáng)度高、耐腐蝕性好等特點(diǎn)。導(dǎo)電玻璃鋼濕式靜電除塵器通常采用直立式布置在脫硫吸收塔上方。對空間要求小，占地面積少，適合老機(jī)組改造[5]。導(dǎo)電玻璃鋼濕式靜電除塵器陽極管采用CFRP材料，蜂窩狀模塊化設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)緊湊且安裝簡單。無水循環(huán)處理系統(tǒng)，不產(chǎn)生二次污染[6]。采用間歇式?jīng)_洗，腐蝕嚴(yán)重，對集塵極的材料要求較高。

2.3 柔性極板濕式靜電除塵器

柔性極板濕式靜電除塵器采用重量輕、耐腐蝕性好的柔性絕緣疏水纖維織物作為陽極材料，織物吸水后潤濕導(dǎo)電，毛細(xì)纖維中的水膜及織物作為收塵極。柔性陽極的材料結(jié)構(gòu)特性有利于表面形成均勻水膜，間歇沖洗水量小。表面水膜沖洗加上高速氣流促使的自振，使柔性極板具有自清灰特性，從而保證陰、陽極表面的清潔[7]。但柔性極板使用壽命短，通常為6年左右，高溫?zé)煔庖矔?huì)嚴(yán)重影響柔性陽極的壽命。當(dāng)煙氣流速較高時(shí)，氣流會(huì)帶出部分細(xì)微顆粒和氣溶膠，影響脫除效率。

2.4 徑流濕式靜電除塵器

徑流濕式靜電除塵器安裝在脫硫塔與煙囪之間，陽極板垂直于氣流方向（如圖1），粉塵顆粒在同一水平線上的電場力和引風(fēng)力的共同作用下，完成在陽極板上的捕集。陽極系統(tǒng)采用旋轉(zhuǎn)電極的方式設(shè)計(jì)（如圖2），陽極系統(tǒng)安裝工藝復(fù)雜。除塵器與煙氣接觸的部位整體采用2205雙相不銹鋼材質(zhì)，耐高溫、耐腐蝕、使用壽命長，但前期投入成本高。無水循環(huán)系統(tǒng)，利用壓差實(shí)現(xiàn)在線噴淋，耗水耗電量較小。

圖1 電場力與引風(fēng)力方向

圖2 陽極系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)電極

3 改造技術(shù)分析

該工程脫硫出口煙氣粉塵濃度為25mg/Nm3，改造后煙氣排放標(biāo)準(zhǔn)滿足粉塵≤5mg/Nm3，除塵效率高達(dá)80%。故選擇在脫硫與煙囪間加裝濕式靜電除塵器。因改造項(xiàng)目空間有限，結(jié)合工程特點(diǎn)，選用導(dǎo)電玻璃鋼濕式靜電除塵器。

導(dǎo)電玻璃鋼濕式除塵器采用架高布置在脫硫塔與煙囪間的上方，選用立式布置（濕式除塵器立面圖和平面圖如圖3所示）。除塵器每臺(tái)爐配1臺(tái)濕式電除塵器，共配2臺(tái)，每臺(tái)濕式除塵器設(shè)置1級(jí)電場，單臺(tái)機(jī)組共5個(gè)供電分區(qū)。煙氣通過煙道進(jìn)入除塵器，從上而下垂直通過除塵器后進(jìn)入煙囪。

圖3 濕式靜電除塵器立面圖和平面圖

3.1 特殊防腐及加固措施，保證性能穩(wěn)定

濕式除塵器陽極采用管式蜂窩狀正六邊形高性能的導(dǎo)電玻璃鋼，內(nèi)切圓直徑為360mm。結(jié)構(gòu)緊湊，無放電死角。表面平整光滑、機(jī)械強(qiáng)度高、耐腐蝕，且具備重量輕、導(dǎo)電性能好、耐高溫、阻燃性強(qiáng)、使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)。模塊化設(shè)計(jì)，整體一次成型、整體脫模工藝制造，運(yùn)輸、安裝方便。陽極管如圖4所示。陰極系統(tǒng)采用鈦合金材質(zhì)芒刺線，鈦合金具有質(zhì)量輕、剛度好、強(qiáng)度高等特點(diǎn)，芒刺線可提高放電效率及強(qiáng)度?？紤]到除塵器內(nèi)部的酸性環(huán)境，殼體、進(jìn)口均流裝置、噴淋用噴嘴、管道均采用進(jìn)口316L材質(zhì)。進(jìn)出口煙道、立柱、支撐梁等采用不銹鋼，并內(nèi)襯玻璃鱗片防腐。在煙道及本體內(nèi)需要防腐部件做防腐時(shí)，將內(nèi)襯的拐角和邊加工成圓弧形。設(shè)備和本體的內(nèi)部件、人孔、法蘭、角落、拐角部位等部位，采用FRP玻璃鋼局部加強(qiáng)（如圖5）。特殊防腐及加固措施，保證除塵器結(jié)構(gòu)性能穩(wěn)定。

圖4 整體成型的蜂窩狀導(dǎo)電玻璃鋼陽極管

圖5 設(shè)備襯里補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)示意圖

3.2 煙氣系統(tǒng)CFD流場分析

改造工程的原場地空間有限，除塵器通過煙道連接布置在脫硫塔和煙囪之間的高空中，煙道阻力較大。為保證濕式除塵器內(nèi)部氣流均布，按1 ∶ 1的比例進(jìn)行建模，利用CFD計(jì)算機(jī)進(jìn)行熱態(tài)（工況）單相流仿真試驗(yàn)。為保證煙氣在濕式電除塵器內(nèi)的分布情況與模擬結(jié)果相符，從濕電除塵器前入口圓煙道部分至濕式電除塵器出口的完整路徑進(jìn)行模擬，網(wǎng)格數(shù)量達(dá)530萬以上。如僅在進(jìn)口煙道設(shè)置氣流均布板，不增設(shè)導(dǎo)流板，煙氣流無法向兩邊擴(kuò)散，氣流主要集中在除塵器中間部分，兩側(cè)煙氣量很少。除塵器兩側(cè)煙氣速度小，遠(yuǎn)離除塵器入口側(cè)的陽極板處速度很高，最高達(dá)到8m/s以上。為使煙氣能均勻通過電場，根據(jù)模型流場數(shù)值模擬結(jié)果，對模型流場進(jìn)行優(yōu)化，在圓形煙道變方形煙道擴(kuò)徑段增設(shè)一組水平方向?qū)Я靼澹Υ怪狈较蛏系膶?dǎo)流板進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化，進(jìn)行一系列煙氣流場優(yōu)化數(shù)值模擬計(jì)算和數(shù)據(jù)分析，得出優(yōu)化后的數(shù)值模擬的結(jié)果。滿足除塵器氣流均布系數(shù)＜0.15。增設(shè)導(dǎo)流板前后除塵器內(nèi)部煙氣速度流線的對比如圖6所示。增設(shè)導(dǎo)流板前后陽極板內(nèi)部流速分布云對比圖如圖7所示。

圖6 增設(shè)導(dǎo)流板前后除塵器內(nèi)部煙氣速度流線對比圖

圖7 增設(shè)導(dǎo)流板前后陽極板內(nèi)部流速分布云對比圖

3.3 節(jié)能環(huán)保水處理系統(tǒng)

濕電除塵器噴淋沖洗系統(tǒng)采用各分區(qū)間斷噴淋的方式。由于玻璃鋼陽極的疏水性，一般時(shí)段，吸附在陽極管壁的水露通過自重落到除塵器水槽。每分區(qū)每次斷電噴淋3分鐘，共5分區(qū)1臺(tái)爐，24小時(shí)沖洗一次。各分區(qū)噴淋被PP隔板分區(qū)分開，避免了噴水時(shí)對其他分區(qū)放電造成短路，保證除塵效率。濕電除塵器水系統(tǒng)的沖洗廢水含固量約為4%，含泥量較高，沖洗廢水在初沉池長達(dá)十幾個(gè)小時(shí)的自沉淀后，底部的污泥通過排泥泵至真空皮帶機(jī)，上部的澄清液至中和箱中和后回用，實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用率80%以上，可節(jié)省投資，減少耗電、耗水量。

3.4 多層保障解決脫硫煙氣“石膏雨”問題

濕法脫硫系統(tǒng)如除霧器出現(xiàn)故障，會(huì)造成煙氣含水量增大。針對這一情況，除塵器出口煙道設(shè)計(jì)一定的坡度，可讓夾帶水直接回流到除塵器底部排水槽。經(jīng)計(jì)算可知，煙氣溫度平均每降低1℃將有18.6t/h的冷凝水析出，為防止因煙氣溫度降低致使煙氣中冷凝水析出，濕式除塵器出口位置布置一個(gè)雙管互契式簡易除霧器，加大對霧滴的脫除效率。出口霧滴濃度≤10mg/Nm3，霧滴去除率≥80%，從而解決脫硫煙氣“石膏雨”等問題。

4 改造后運(yùn)行情況

該項(xiàng)目2×300MW機(jī)組超低排放改造工程2017年8月完成168h調(diào)試后投入使用，系統(tǒng)連續(xù)、穩(wěn)定運(yùn)行，安全性良好，各項(xiàng)性能正常。對濕式除塵器煙氣煙塵濃度進(jìn)行檢測，1#機(jī)組濕式靜電除塵器出口煙塵含量平均為2.30mg/Nm3，2#機(jī)組濕式靜電除塵器出口煙塵含量平均為2.58mg/Nm3，均滿足凈煙氣煙塵排放濃度＜5mg/Nm3的要求。同時(shí)濕式除塵器對PM2.5、SO3、重金屬有協(xié)同去除作用，PM2.5脫除效率≥70%、SO3脫除效率≥75%、汞脫除效率≥70%。至今設(shè)備已投運(yùn)近1年，煙氣系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，滿足超低排放出口粉塵排放濃度的要求。

5 結(jié)論

超低排放改造中可采用增設(shè)濕式靜電除塵器。本文以山西某熱電有限公司2×300MW機(jī)組煙氣改造為例，分析了不銹鋼濕式靜電除塵器、導(dǎo)電玻璃鋼濕式靜電除塵器、柔性極板濕式靜電除塵器、徑流濕式靜電除塵器四種濕式靜電除塵器的技術(shù)特點(diǎn)。結(jié)合工程特征，在濕法脫硫與煙囪間增設(shè)立管式導(dǎo)電玻璃鋼濕式除塵器。從運(yùn)行結(jié)果來看，立管式濕式除塵器可實(shí)現(xiàn)超低排放，達(dá)到出口粉塵排放濃度≤5mg/Nm3的要求，且占地面積小，可解決改造工程改造空間有限，用地緊張的問題。其改造路線值得推廣。