尹連慶，唐志鵬，劉佳

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

濕式電除塵器技術(shù)分析

尹連慶，唐志鵬，劉佳

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

近期全國(guó)多地霧霾頻發(fā)，空氣質(zhì)量惡化，為改善空氣質(zhì)量，國(guó)家出臺(tái)了新的火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)，加強(qiáng)對(duì)于煙塵、SO2、NOx的排放控制。為滿(mǎn)足新的排放標(biāo)準(zhǔn)，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)、石膏雨以及藍(lán)煙問(wèn)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除塵機(jī)理、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及布置方式，論述了國(guó)內(nèi)外應(yīng)用情況，并在此基礎(chǔ)上就技術(shù)性和經(jīng)濟(jì)性?xún)煞矫媾c干式電除塵器、袋式除塵器和電袋除塵器進(jìn)行分析比較，可為電廠選型提供參考。

濕式電除塵器;PM2．5;大氣復(fù)合污染物;經(jīng)濟(jì)性分析

1 概述

燃煤電廠一直是國(guó)家環(huán)境治理的重點(diǎn)，新出臺(tái)的污染物排放標(biāo)準(zhǔn)更是對(duì)近年來(lái)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、石膏雨和煙囪藍(lán)煙等問(wèn)題已成為當(dāng)務(wù)之急。新的《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB13223－2011)中，粉塵排放限值由50mg/m3提高到30mg/m3，重點(diǎn)地區(qū)提高到20mg/m3，單純的干式電除塵器已經(jīng)很難滿(mǎn)足要求，同時(shí)新標(biāo)準(zhǔn)也提高了NOx和SOx的排放限值，并增加了Hg的控制指標(biāo)。濕式電除塵器(WESP)在實(shí)現(xiàn)超低排放、控制PM2．5和重金屬等復(fù)合污染物方面應(yīng)用效果良好，國(guó)家環(huán)保部在《環(huán)境空氣細(xì)顆粒物污染防治技術(shù)政策(試行)》(征求意見(jiàn)稿)中明確指出:鼓勵(lì)火電企業(yè)采用濕式電除塵等新技術(shù)，防止脫硫脫硝造成的“石膏雨”以及“藍(lán)煙”污染。因此，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)濕式電除塵技術(shù)的研究和應(yīng)用。

2 國(guó)內(nèi)外應(yīng)用現(xiàn)狀和技術(shù)特點(diǎn)

2．1 國(guó)內(nèi)濕式電除塵器應(yīng)用概況

我國(guó)在濕式電除塵技術(shù)研究方面起步較晚，最早主要是硫酸和冶金工業(yè)中應(yīng)用了一些中小型的濕式電除塵器。從2009年開(kāi)始，逐步開(kāi)展了針對(duì)燃煤電廠應(yīng)用濕式電除塵器的研究和探索，并取得了多個(gè)項(xiàng)目的成功應(yīng)用。華電淄博熱電有限公司濕式電除塵工程，該項(xiàng)目充分考慮了老廠爐后場(chǎng)地有限的特點(diǎn)，采用了雙層復(fù)式臥式結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)緊湊［1］。鞍鋼第二發(fā)電廠燃?xì)猓羝?lián)合循環(huán)機(jī)組，引進(jìn)日本三菱濕式電除塵器裝置(平板式)，用于除塵凈化進(jìn)入煤氣壓縮機(jī)前高爐、焦?fàn)t煤氣。

2．2 國(guó)外濕式電除塵器應(yīng)用概況

日本的濕式電除塵技術(shù)起步較早，已經(jīng)有30多年的應(yīng)用史，僅三菱重工就有33臺(tái)套應(yīng)用于電廠。日本碧南電廠5臺(tái)套濕式電除塵器投產(chǎn)20年來(lái)，煙塵排放濃度長(zhǎng)期保持在2～5mg/m3的水平，并且濕式電除塵器本體和內(nèi)部構(gòu)件均未發(fā)生嚴(yán)重腐蝕。

美國(guó)在濕式電除塵方面研究也較早，與日本不同的是，美國(guó)應(yīng)用較多的是垂直煙氣流獨(dú)立設(shè)計(jì)和與WFGD的整體式設(shè)計(jì)。典型工程有AES深水電廠，采用的是吸收塔后單獨(dú)布置的垂直煙氣流設(shè)計(jì)［2］。整體式布置方案具有不用另外占用場(chǎng)地，減少了內(nèi)部連接管道和土建，無(wú)單獨(dú)支架，管道布置簡(jiǎn)單，投建成本和運(yùn)行費(fèi)用低的優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是:由于布置在WFGD的上方，使得煙氣的流動(dòng)阻力增加，同時(shí)高空布置也使得基礎(chǔ)和鋼結(jié)構(gòu)負(fù)荷增加［3］。

3 濕式電除塵器的原理及特點(diǎn)

3．1 工作原理

濕式電除塵器的工作原理和干式的類(lèi)似，都是高壓電暈放電使粉塵或水霧荷電，荷電的粒子在電場(chǎng)力的作用下到達(dá)集塵板，但在粉塵的清除方式上，干式電除塵器采用的是機(jī)械振打，而濕式電除塵器采用沖刷液沖洗電極，將收塵板上捕獲的粉塵沖刷到灰斗中隨之排出。

3．2 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

(1)本體結(jié)構(gòu)。濕式電除塵器主要由進(jìn)出口煙道、除塵器殼體、導(dǎo)流板、整流格柵、陽(yáng)極收塵板、陰極線、絕緣箱、沖洗水系統(tǒng)、電源及控制系統(tǒng)組成。結(jié)構(gòu)類(lèi)型上一般分為板式和管式兩類(lèi)，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(lèi)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。濕式電除塵器外部構(gòu)件采用普通碳素鋼，內(nèi)表面加涂層以防腐蝕，安裝時(shí)要注意控制內(nèi)表面的破損，特別是焊接點(diǎn)、構(gòu)件連接處等。外殼的外部不需要保溫，因?yàn)闊煔鉁囟鹊陀陲柡蜏囟龋蚨鈿ぬ幍臒煔庖矌缀鯖](méi)有降溫［4］?？傮w來(lái)看，管式集塵極要比板式的效率高、便于布置且占用空間少［5］。

(2)清灰方式。干式電除塵器是通過(guò)振打的方式，將集塵極上的積灰振落到灰斗，而濕式電除塵器是將沖刷液噴淋至集塵板上形成連續(xù)的液膜，隨著沖刷液的流動(dòng)將粉塵沖刷到灰斗中隨之排出。若集塵極上的粉塵不能及時(shí)沖刷下來(lái)，會(huì)產(chǎn)生運(yùn)行電壓下降、電暈封閉和局部腐蝕等問(wèn)題。常見(jiàn)的清灰方式包括自沖刷、噴霧沖刷和液膜沖刷［6］。不管哪類(lèi)沖刷方式，沖刷液中含有的大量懸浮顆粒物以及酸性物質(zhì)，直接排放會(huì)造成二次污染和水資源的浪費(fèi)，因此需要解決灰水循環(huán)和水耗問(wèn)題。建議對(duì)沖洗水采用閉式循環(huán)。

3．3 濕式電除塵器的優(yōu)缺點(diǎn)

濕式電除塵器的優(yōu)點(diǎn):對(duì)粉塵的適應(yīng)能力強(qiáng)，能達(dá)到很高的除塵效率，同時(shí)也適用于處理高溫、高濕的煙氣;沒(méi)有二次揚(yáng)塵;沒(méi)有錘擊設(shè)備等易損部件，可靠性高;能有效去除亞微米級(jí)顆粒、SO3氣溶膠和石膏微液滴，對(duì)控制PM2．5、藍(lán)煙和石膏雨效果良好;由于在電除塵器內(nèi)電場(chǎng)氣流速度較高，灰斗的傾斜角減小，設(shè)備的布置緊湊［7－8］;降低煙氣中總的攜帶水量，減小石膏雨形成的幾率。

存在的問(wèn)題:排煙溫度需低于沖刷液的絕熱飽和溫度［9］;在高粉塵濃度和高SO2濃度時(shí)難以采用濕式電除塵器［10］;必須要有良好的防腐蝕措施;濕式電除塵器沖洗水雖采用閉式循環(huán)，但要與脫硫水系統(tǒng)保持平衡;多處部件需要用耐腐蝕材料，且未大規(guī)模生產(chǎn)，單個(gè)產(chǎn)品投入成本較高;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(wèn)題。

4 新技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r

(1)濕式膜電除塵技術(shù)。該技術(shù)最早在1979年，由美國(guó)俄亥俄大學(xué)Pasic提出并研究成功［11］。濕式膜電除塵器采用碳纖維或硅纖維編織膜作為集塵極，代替?zhèn)鹘y(tǒng)電除塵器中的金屬集塵極，利用毛細(xì)作用，使水均勻的分布在膜表面，消除了傳統(tǒng)濕式電除塵器集塵板上容易出現(xiàn)的局部干燥區(qū)，避免反電暈的產(chǎn)生，也保證了電場(chǎng)的穩(wěn)定，提高了除塵效率。

(2)干濕復(fù)合電除塵技術(shù)。集合了干式和濕式電除塵技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，采用前級(jí)電場(chǎng)干式電除塵+末極電場(chǎng)濕式電除塵的配套方案，最早由美國(guó)電研所于20世紀(jì)90年代開(kāi)始研究。

5 濕式電除塵器與現(xiàn)有除塵設(shè)備比較

以100MW機(jī)組為例，達(dá)到國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)采用5電場(chǎng)干式電除塵器、袋式除塵器、電袋復(fù)合式除塵器(包含2電場(chǎng))、4干式+1濕式電除塵器，進(jìn)行技術(shù)性［12－13］、經(jīng)濟(jì)性比較［6，14－15］。

5．1 經(jīng)濟(jì)性比較

(1)設(shè)備費(fèi)用。袋式除塵器＜5電場(chǎng)干式除塵器＜電袋復(fù)合式除塵器＜4干式+1濕式電除塵器;

(2)土建及施工費(fèi)用。袋式除塵器＜電袋復(fù)合式除塵器＜5電場(chǎng)干式除塵器＜4干式+1濕式電除塵器;

(3)年運(yùn)行、維護(hù)費(fèi)用。5電場(chǎng)干式除塵器＜電袋復(fù)合式除塵器＜4干式+1濕式電除塵器＜袋式除塵器;

(4)總費(fèi)用。5電場(chǎng)干式除塵器＜袋式除塵器＜電袋式復(fù)合除塵器＜4干式+1濕式電除塵器。

由此可見(jiàn)，濕式電除器的總費(fèi)用最高，但其所帶來(lái)的社會(huì)效益和環(huán)境效益是無(wú)法估量的。

5．2 技術(shù)性比較

現(xiàn)在廣泛采用的干式電除塵、袋式除塵、電袋復(fù)合式除塵技術(shù)，僅能控制脫硫塔前的粉塵排放濃度，對(duì)于SCR以及WFGD后所產(chǎn)生的SO3氣溶膠和石膏微液滴沒(méi)有去除效果，對(duì)于PM2．5細(xì)微顆粒物和重金屬污染物的去除效果也很有限。干式電除塵器除塵性能受煤質(zhì)、飛灰成分、物相組成影響;袋式除塵器不受煤質(zhì)、飛灰特性影響，但對(duì)煙氣溫度、濕度、成分敏;感電袋復(fù)合式除塵器不受煤質(zhì)、飛灰特性影響，同樣對(duì)煙氣溫度、濕度等敏感，但要好于袋式除塵器;濕式電除塵器不受煤質(zhì)、煙氣工況影響，適用范圍較廣。濕式電除塵器作為大氣復(fù)合污染物的終端控制設(shè)備，在控制上述污染物、滿(mǎn)足新標(biāo)準(zhǔn)煙塵排放要求上都有出色的表現(xiàn)。表1列出了上述幾種除塵技術(shù)比較。

表1 各類(lèi)除塵器的技術(shù)性比較

6 結(jié)語(yǔ)

濕式電除塵器在滿(mǎn)足新標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)，還能對(duì)PM2．5細(xì)微顆粒、SO3氣溶膠微液滴、有機(jī)污染物、重金屬污染物等起到有效的控制作用，其社會(huì)效益巨大?！癝CR+ESP/FF+WFGD+WESP”的大氣污染物控制模式，也是目前世界上燃煤電廠最先進(jìn)的、控制污染物效果最好的方式。目前，國(guó)內(nèi)已有數(shù)臺(tái)套的濕式電除塵器成功應(yīng)用，并且運(yùn)行狀況良好。國(guó)內(nèi)外的濕式電除塵器投運(yùn)經(jīng)驗(yàn)表明，在燃煤電廠應(yīng)用濕式電除塵器是完全可行的，而且對(duì)于復(fù)合污染物有著很好的控制效果，能夠解決眾多環(huán)境問(wèn)題。相信隨著國(guó)家環(huán)保要求的不斷提高，濕式電除塵器也將日益受到重視，并在實(shí)現(xiàn)粉塵超低排放，控制PM2．5和大氣復(fù)合污染物方面發(fā)揮重要作用。

［1］中國(guó)環(huán)保產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)電除塵委員會(huì)．濕式電除塵新技術(shù)助燃煤電廠實(shí)現(xiàn)超低排放［N］．中國(guó)環(huán)境報(bào)，2013－10－09．

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Technical analysis of wet electrostatic precipitator

Recently，in many places of China showed up haze frequently，air quality deteriorated，to improve air quality，the new emission standard of air pollutants for thermal power plants(GB 13223－2011)was issued，and the emission limits for dust，sulfur dioxide，nitrogen oxides was more stringent．To meet the new standard，and resolve the problems of tiny particles，gypsum rain and blue smoke in coal－fired power plant，wet electrostatic precipitators can be used as a fine processing equipment，to control the complex atmospheric pollutants before the stack．It analyzed the dust removal mechanism，structural characteristics and arrangement of wet electrostatic precipitator，discussed the applications of home and abroad，and compared with dry electrostatic precipitator，bag filter and electrical bag filter in two aspects of technical and economical．This conclusion can provide reference for power plant selection and design．

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

X701．2

B

1674－8069(2015)03－018－03

2014-12-19

2015-02-27

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