華建平

（上海電力股份有限公司，上海 200010）

燃煤電廠(chǎng)濕式電除塵器應(yīng)用情況介紹及建議

華建平

（上海電力股份有限公司，上海 200010）

為使燃煤電廠(chǎng)大氣污染物煙塵排放濃度達(dá)到燃機(jī)標(biāo)準(zhǔn)（≤5mg/Nm3）以及滿(mǎn)足國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目申報(bào)條件（≤4.5mg/Nm3），在濕法脫硫（FGD）后加裝濕式電除塵器（WESP）的設(shè)計(jì)技術(shù)路線(xiàn)已被國(guó)內(nèi)電廠(chǎng)采用。在燃煤電廠(chǎng)已投入運(yùn)行的濕式電除塵器中，實(shí)際除塵效率低于設(shè)計(jì)和測(cè)試效率的情況較為普遍，其主要原因是設(shè)計(jì)工況和實(shí)際工況發(fā)生偏差以及制作安裝質(zhì)量問(wèn)題。文章分析運(yùn)行問(wèn)題產(chǎn)生的原因，以期對(duì)濕式電除塵器的設(shè)計(jì)、制造、安裝及運(yùn)行提供借鑒。

濕式電除塵器；應(yīng)用分析；建議

繼《火電廠(chǎng)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB13223-2011）正式頒布后，廣州、江蘇、山東、浙江等地方政府部門(mén)相繼提出燃煤電廠(chǎng)污染物超低排放要求，燃煤電廠(chǎng)大氣污染物排放濃度為：氮氧化物50mg/Nm3以下、二氧化硫35mg/Nm3以下、煙塵5mg/Nm3以下。

依據(jù)國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目申請(qǐng)條件，燃煤電廠(chǎng)大氣污染物的排放濃度為：氮氧化物30mg/Nm3以下、二氧化硫20mg/Nm3以下、煙塵4.5mg/Nm3以下。

采用濕法脫硫后加裝濕式靜電除塵器作為精處理單元，可在濕式電除塵器入口煙塵濃度為20m g/Nm3的條件下，達(dá)到出口煙塵排放濃度≤5m g/Nm3的要求，同時(shí)對(duì)石膏粉塵、三氧化硫、汞等重金屬有脫除作用，是燃煤電廠(chǎng)多污染物協(xié)同治理的理想技術(shù)選項(xiàng)[1]。

1 濕式電除塵器的原理及主要技術(shù)特點(diǎn)

1.1 濕式電除塵器工作原理

如圖1所示，濕式電除塵器系統(tǒng)由電除塵器本體、循環(huán)水系統(tǒng)及電控三大部分組成。

濕式電除塵器的工作過(guò)程與干式電除塵器相同，運(yùn)行時(shí)均包括顆粒荷電、收集和清灰三個(gè)階段，只是濕式靜電除塵脫除的對(duì)象有粉塵和霧滴，由于霧滴與粉塵的物理特性存在差別，其工作原理也有所差異；另外，濕式電除塵器陰陽(yáng)極的清灰采用的是水沖洗方式（如圖2），與干式電除塵器相比較，不存在傳統(tǒng)機(jī)械振打造成的二次粉塵飛揚(yáng)污染問(wèn)題。

圖1 濕式電除塵器系統(tǒng)圖

圖2 濕式電除塵器（板式）極板及沖洗示意圖

從原理上來(lái)講，首先，由于水滴的存在會(huì)對(duì)電極放電產(chǎn)生影響，要形成發(fā)射離子，金屬電極中的自由電子必須獲得足夠的能量，才能克服電離能而越過(guò)表面勢(shì)壘成為發(fā)射電子。讓電極表面帶水是降低表面勢(shì)壘的一種有效措施。水滴覆蓋金屬表面后，將原來(lái)的“金屬-空氣”界面分割成“金屬-水”界面和“水-空氣”界面，后兩種界面的勢(shì)壘比前一種界面的勢(shì)壘低很多。這樣，金屬表面帶水后，原來(lái)的高勢(shì)壘分解為兩種低勢(shì)壘，大大削弱了表面勢(shì)壘對(duì)自由電子的阻礙作用，使電子易于發(fā)射。另外，水中的多種雜質(zhì)離子在電場(chǎng)作用下，也易越過(guò)表面勢(shì)壘而成為發(fā)射離子。這些都改變了電極放電效果，使之能在低電壓下發(fā)生電暈放電。其次，由于水滴的存在，水的電阻相對(duì)較小，水滴與粉塵結(jié)合后，使得高比電阻的粉塵比電阻下降，因此濕式靜電除塵的工作狀態(tài)會(huì)更加穩(wěn)定；另外，由于濕式靜電除塵器采用水流沖洗，沒(méi)有振打裝置，所以不會(huì)產(chǎn)生二次揚(yáng)塵[2]。

所有的噴淋水在濕式靜電除塵器下部的灰斗收集后，自流至循環(huán)水箱用于噴淋或進(jìn)入FGD漿液?；叶肥占膰娏芩胁粌H含有灰塵，還溶解了煙氣中的三氧化硫和從FGD攜帶的水滴，因此pH值呈酸性。為降低該水的腐蝕性，需加入NaOH以提高pH值。NaOH的加入量要根據(jù)循環(huán)水箱中的pH值調(diào)節(jié)。

1.2 濕式電除塵器結(jié)構(gòu)形式

如圖3所示，濕式電除塵器從結(jié)構(gòu)上可分為兩種基本型式，即管式和板式。其中管式濕式電除塵器更適用于垂直方向的煙氣流（上升流或下降流），而板式濕式電除塵器的設(shè)計(jì)既可以采用水平煙氣流也可以采用垂直煙氣流。兩種濕式電除塵器的特點(diǎn)比較見(jiàn)表1。

圖3 濕式電除塵器結(jié)構(gòu)

表1 板式、管式濕式電除塵器優(yōu)劣比較

1.3 濕式電除塵器布置形式

在工業(yè)和燃煤電廠(chǎng)應(yīng)用較多的濕式電除塵器有以下三種設(shè)計(jì)形式[3]：

（1）垂直煙氣流獨(dú)立設(shè)計(jì)

板式和管式均可適用于此布置方式，煙氣可以自上而下順流布置，也可逆向布置。需要提供專(zhuān)門(mén)的布置空間（如圖4）。

（2）水平煙氣流獨(dú)立設(shè)計(jì)

圖4 垂直煙氣流式濕式電除塵器

板式適用于此種布置方式，煙氣是水平進(jìn)出的交叉流布置，這種形式已成功應(yīng)用于國(guó)外部分電廠(chǎng)或類(lèi)似的工業(yè)領(lǐng)域[4]。這種布置方法只能像常規(guī)電除塵器一樣，需要專(zhuān)門(mén)的空間（如圖1所示的濕式電除塵器系統(tǒng)圖）。

（3）垂直煙氣流與WFGD整體式設(shè)計(jì)

這種方式采用經(jīng)典的垂直布置方式，這也是近些年來(lái)WESP的常用的布置方式[4]，但煙氣只能自下而上逆流布置，流場(chǎng)較為復(fù)雜。占地面積及建造成本較小，適用于在役機(jī)組的技術(shù)改造（如圖5）。

圖5 垂直煙氣流與WFGD整體式濕式電除塵器

2 國(guó)內(nèi)不同型式濕式電除塵的特點(diǎn)比較（見(jiàn)表2）

3 濕式電除塵器運(yùn)行中的主要故障及原因

目前，國(guó)內(nèi)的濕式電除塵器制造商大多數(shù)采用引進(jìn)國(guó)外技術(shù)或借鑒國(guó)外先進(jìn)技術(shù) + 自主再創(chuàng)新模式，在初期消化吸收國(guó)外技術(shù)時(shí)，對(duì)設(shè)計(jì)條件、設(shè)備和部件的制作安裝存在認(rèn)知上的不足。同時(shí)，從產(chǎn)品研發(fā)、實(shí)驗(yàn)裝置試生產(chǎn)（煙氣量小于10萬(wàn)Nm3/h），到1000MW燃煤機(jī)組（煙氣量約320萬(wàn)Nm3/h）上的應(yīng)用僅僅用了2～3年的時(shí)間，因此，濕式電除塵器在運(yùn)行中出現(xiàn)故障是難以避免的，需要較長(zhǎng)的時(shí)間來(lái)實(shí)現(xiàn)改進(jìn)和完善。

3.1 部件故障

（1）陰極線(xiàn)腐蝕和斷裂，引起電場(chǎng)短路

主要原因：1）陰極線(xiàn)兩端固定采用焊接，焊接點(diǎn)腐蝕斷裂；2）陰極線(xiàn)兩端彈性螺栓連接，陰極框組受風(fēng)振動(dòng)使螺母脫落；3）陰極線(xiàn)安裝過(guò)緊，陰極框組受風(fēng)振動(dòng)時(shí)造成部分陰極線(xiàn)拉斷；4）沖洗水或水膜不能均勻覆蓋其表面或采用間斷沖水，使電極316L處于干濕交變的環(huán)境中，易腐蝕。

（2）陽(yáng)極故障

主要原因：1）柔性板易受風(fēng)晃動(dòng)，在間斷沖水條件下，單側(cè)級(jí)距減小會(huì)造成局部放電，損壞柔性板；2）管式陽(yáng)極常用于間斷沖水方式，易受污染積灰，造成電場(chǎng)故障；3）陰極線(xiàn)不易在管式陽(yáng)極長(zhǎng)度范圍內(nèi)固定，且易擺動(dòng)引起非金屬電極燒損。

3.2 水膜形成較差

主要原因：1）連續(xù)沖水時(shí)，極板進(jìn)水結(jié)構(gòu)不合理以及極板垂直度偏差造成偏流和干區(qū)；2）間斷沖水時(shí)，除上條原因外，進(jìn)入除塵器的氣體未達(dá)到過(guò)飽和狀態(tài)，水膜狀態(tài)和除塵效果均會(huì)不理想；3）陽(yáng)極材質(zhì)及表面微結(jié)構(gòu)不利于水流均布；4）流場(chǎng)波動(dòng)或偏流嚴(yán)重，造成陽(yáng)極振動(dòng)或局部高流速破壞水膜。

3.3 運(yùn)行電壓低于設(shè)計(jì)值

主要原因：1）由于現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際流場(chǎng)和設(shè)備、安裝等綜合因素，投入使用的推薦運(yùn)行電壓會(huì)比設(shè)計(jì)運(yùn)行電壓有所降低，這是目前難以避免的問(wèn)題；2）實(shí)際流場(chǎng)與設(shè)計(jì)流場(chǎng)的偏差是重要原因，其會(huì)造成電極組距振動(dòng)偏差，造成局部電場(chǎng)處理量超過(guò)設(shè)計(jì)流量和濃度；3）部件安裝質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，主要是大尺寸構(gòu)件的組裝和安裝尺寸，尤其是在運(yùn)行中的保持能力；4）高壓電氣組件存在密封、加熱等問(wèn)題。

3.4 除塵效率低于設(shè)計(jì)值

主要原因：1）除上述低于設(shè)計(jì)電壓運(yùn)行會(huì)降低除塵效率外，流場(chǎng)模擬與實(shí)際偏差較大也是重要原因，其中近殼區(qū)域的煙氣短路會(huì)造成效率下降較大；2）間斷沖水模式下，進(jìn)入除塵器的氣體存在不飽和及水膜破壞現(xiàn)象，也會(huì)造成效率下降[5]。

4 結(jié)論

目前，我國(guó)濕式電除塵器的開(kāi)發(fā)應(yīng)用尚處于試驗(yàn)裝置到生產(chǎn)裝置的轉(zhuǎn)型期，實(shí)際應(yīng)用中會(huì)產(chǎn)生問(wèn)題和故障是難免的，這些問(wèn)題的徹底解決需要技術(shù)進(jìn)步和實(shí)踐完善。因此，燃煤電廠(chǎng)用戶(hù)在選用設(shè)備時(shí)要有充分準(zhǔn)備，備有較充分的改進(jìn)和完善的技術(shù)資源。

表2 國(guó)內(nèi)不同型式濕式電除塵特點(diǎn)比較

（1）對(duì)于用戶(hù)選用設(shè)備的建議

在現(xiàn)場(chǎng)條件允許的條件下，優(yōu)先選用水平布置，煙氣二通道及以上、連續(xù)噴水的成熟技術(shù)；在選用垂直布置時(shí)，優(yōu)先順流，橫向出氣，設(shè)計(jì)選擇較低流速，出口可采用通道式除霧器；在供應(yīng)商的選擇上，建議用戶(hù)就上述問(wèn)題進(jìn)行交流，了解問(wèn)題的解決方案和效果，著重進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際效果的驗(yàn)證。

（2）對(duì)于制造商的改進(jìn)建議

進(jìn)一步理解引進(jìn)技術(shù)的設(shè)計(jì)條件，滿(mǎn)足國(guó)內(nèi)煙氣品質(zhì)和流量波動(dòng)的適用范圍；優(yōu)化流場(chǎng)模擬，降低流場(chǎng)波動(dòng)和偏差；重點(diǎn)解決設(shè)備、部件的制作問(wèn)題，盡早制定規(guī)范有效的安裝工藝和驗(yàn)收規(guī)范；針對(duì)電廠(chǎng)檢修特點(diǎn)，推薦快速有效的在線(xiàn)檢修方案，減少故障檢修對(duì)機(jī)組運(yùn)行的不利影響。

[1] 劉鶴忠，陶秋根.濕式電除塵器在工程中的應(yīng)用[J].電力勘查設(shè)計(jì)，2012（2）.

[2] 薛建明，縱寧生.濕法電除塵器的特性及其發(fā)展方向[J].電力環(huán)境保護(hù)，1997，13（3）.

[3] 趙琴霞，陳招妹，周超炯，伊得仕.濕式電除塵技術(shù)在電廠(chǎng)的應(yīng)用前景探討[J].電力科技和環(huán)保，2012，28（4）.

[4] Richard C Staeh le，Ronald J Triscori.使用濕式電除塵器（WESP）收集濕法煙氣脫硫（W FGD）后的酸霧和細(xì)小顆粒[C].中國(guó)國(guó)際脫硫脫硝技術(shù)與設(shè)備展覽會(huì)暨技術(shù)研討會(huì)，北京，2004.

[5] 曹慶俊.電除塵器的研究與開(kāi)發(fā)[D].山東大學(xué)，碩士學(xué)位論文，2004.

Application Analysis and Suggestion on Wet Process of Electrostatic Precipitators in Coal-fired Power Plant

HUA Jian-ping

X701

A

1006-5377（2014）09-0027-04