陳馨（北京華能達電力技術(shù)應(yīng)用有限責(zé)任公司）

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徑流濕式靜電除塵器在大型供熱機組中的應(yīng)用

陳馨（北京華能達電力技術(shù)應(yīng)用有限責(zé)任公司）

摘要：為了達到國家自2012年1月1日開始實施的GB 13223—2011《火電廠大氣污染物排放標準》的排放要求（一般地區(qū)火電廠的煙塵排放濃度低于30mg/m3，重點地區(qū)低于20mg/m3），需升級改造現(xiàn)有除塵設(shè)備。濕式電除塵器對粉塵、液滴和重金屬濃度的降低具有顯著作用，同時能有效解決因漿液（產(chǎn)于濕法脫硫系統(tǒng)中）夾帶而產(chǎn)生的石膏雨問題，是目前實現(xiàn)煙塵達標排放的最佳選擇方案之一。因此，大唐集團決定在唐山熱電300MW供熱機組煙塵減排的提效工程中采用徑流濕式靜電除塵工藝。監(jiān)測結(jié)果表明：該技術(shù)適應(yīng)性強、不受煤種、煙塵特性影響，除塵和去除三氧化硫、液滴效率高，得到國家環(huán)保部門高度肯定。

關(guān)鍵詞：燃煤電廠PM2.5徑流濕式電除塵器工程應(yīng)用

1　引言

為了達到國家自2012年1月1日開始實施的GB 13223—2011《火電廠大氣污染物排放標準》（一般地區(qū)火電廠的煙塵排放濃度低于30mg/m3，重點地區(qū)低于20mg/m3）的環(huán)保要求，國內(nèi)多數(shù)火電廠現(xiàn)有的除塵系統(tǒng)都需要進行提效改造。

目前，電廠中廣泛使用的干式靜電除塵器（electrostatic precipitator，簡稱ESP）存在著三方面技術(shù)瓶頸。第一，對細微顆粒物的捕集效率低，由于表面積很小的細微顆粒物主要通過擴散作用來獲得很少的電荷量，在電場中受到的電場力很小，很容易被引風(fēng)吹走而不被陽極板捕集；其次，依靠振打擊落粉塵，容易產(chǎn)生嚴重的二次揚塵，使粉塵排放濃度增加；另外，高比電阻的粉塵容易引起反電暈現(xiàn)象，造成除塵效率降低。特別是電廠采用濕法脫硫裝置后，產(chǎn)生的SO3酸霧無法去除，且濕煙氣中攜帶著石膏霧滴，這些都會造成煙氣中粉塵濃度超標，導(dǎo)致電廠周圍形成石膏雨等嚴重問題。因此，解決燃煤電廠的PM2.5污染問題，是達到火電廠煙塵排放標準的關(guān)鍵。

2　高效終端處理技術(shù)——濕式電除塵技術(shù)

2.1濕式電除塵技術(shù)（wet electrostatic precipitator，簡稱WESP）對PM2.5去除機理

電除塵器中對粉塵顆粒的荷電過程分為兩種，一種是對于直徑大于1mm的顆粒，主要是電場荷電，顆粒與沿電力線運動的負離子發(fā)生碰撞而帶電，這時電壓的強弱是影響這個過程的最主要因素。一種是對于直徑小于0.5mm的顆粒，擴散荷電是主要荷電方式，亞微米粒子在運動時與負離子碰撞而帶電，電流密度是影響擴散放電最重要的因素。濕式靜電除塵中，被水浸潤的放電極，溢出更多電子，同時水霧被放電極尖端的強大電火花進一步擊碎細化，使電場中存在大量帶電霧滴，大大增加亞微米粒子碰撞帶電的概率，而帶電粒子在電場中運動的速度是布朗運動的數(shù)十倍，亞微米粒子向集塵極運行的速度大幅度提高，可以在較高的煙氣流速下，捕獲更多的微粒。

2.2徑流濕式靜電除塵技術(shù)的特點

早先的WESP裝置多采用臥式板式技術(shù)（金屬極板），這種裝置由于采用水膜清灰方式，故需要設(shè)置專門的水處理系統(tǒng)，將收集的酸液在稀釋加堿中和后，一部分進入脫硫補水，一部分循環(huán)使用，這對于堿的消耗很大，對噴嘴性能要求更高，且對水量、電量的消耗也相應(yīng)增大；此外，濕式電除塵器一般布置在煙氣脫硫系統(tǒng)后，故吸收塔后需要增加布置場地，對于新建機組一般影響不明顯，對于已投產(chǎn)的老機組由于可供改造的場地有限，在使用空間上就提出了更嚴格的要求。第三，由于陰陽極均平行于氣流方向布置，陽極板采用平行懸掛的金屬極板，電暈電極采用框架式結(jié)構(gòu)，若達到85%的除塵效率，需要設(shè)置兩個電場，煙氣的系統(tǒng)阻力也隨之增加約為300～400Pa。

與傳統(tǒng)金屬陽極濕式靜電除塵器不同，徑流濕式靜電除塵器將收塵陽極板垂直于氣流方向布置，使電場力的方向與引風(fēng)力的方向在同一水平線上，使粉塵顆粒在引風(fēng)力與電場力的共同作用下，在新型陽極板上完成捕集。由于新型陽極板采用橫向布置，不僅對粉塵有一定的物理攔截作用，而且對細微顆粒物收集能力更強，減少收塵極數(shù)量。此次項目是徑流濕式電除塵技術(shù)在國內(nèi)火電廠大型機組中的首次成功應(yīng)用，為該項技術(shù)的進一步優(yōu)化和推廣積累了豐富的數(shù)據(jù)和經(jīng)驗。

3　項目概況

河北大唐國際唐山熱電有限責(zé)任公司2號爐（300MW） 燃煤供熱機組配2臺電袋復(fù)合式除塵器，尾部配置濕法石灰石——石膏全煙氣脫硫系統(tǒng)，不設(shè)GGH（煙氣換熱器）。目前脫硫后的煙塵指標為30mg/m3，無法達到GB 13223—2011中規(guī)定的重點地區(qū)低于20mg/m3的排放標準，以及河北省環(huán)境保護廳發(fā)布的DB13/2209—2015《燃煤電廠大氣污染物排放標準》中規(guī)定的煙塵濃度低于10 mg/m3的排放標準，并且存在“石膏雨”現(xiàn)象。

經(jīng)過廣泛調(diào)研，河北大唐國際唐山熱電有限責(zé)任公司決定采用徑流式濕法靜電除塵技術(shù)，在脫硫吸收塔后增加徑流濕式靜電除塵器，實現(xiàn)煙囪出口煙塵排放濃度低于5mg/m3，并解決“石膏雨”問題。

4　設(shè)計參數(shù)與系統(tǒng)構(gòu)成

唐山熱電廠300MW機組中采用的徑流濕式除塵器布置在脫硫后。煙氣先經(jīng)過電袋復(fù)合除塵器去除絕大部分粉塵，然后經(jīng)過濕式石灰石-石膏法去除SO2，最后將濕法脫硫后溫度低、濕度大、腐蝕性強的煙氣再經(jīng)過徑流濕式靜電除塵器進行終端處理。

本裝置的原理與常規(guī)濕式除塵器相似：金屬放電線在直流高壓的作用下，將其周圍氣體電離，使粉塵或霧滴粒子表面荷電，荷電粒子在電場力的作用下向收塵極運動，并沉積在收塵極上。本設(shè)備的技術(shù)優(yōu)勢體現(xiàn)在下述三方面：

（1）與煙氣接觸部分全部采用2205雙相不銹鋼，其具有強度高，沖擊韌性好，抵抗氯離子和硫化物的應(yīng)力腐蝕。與普通不銹鋼相比，能大量節(jié)省用材。

（2）作用在旋轉(zhuǎn)電極上的、采用2205雙相不銹鋼制成的新型陽極板，與普通陽極板相比，相同體積下具有更大的集塵面積，且通透率達到98%以上，大大降低了系統(tǒng)運行阻力，減少了占地面積。

（3）由于采用旋轉(zhuǎn)電極式陽極系統(tǒng)，只需在旋轉(zhuǎn)電極下部設(shè)計獨立的清洗室，清洗室中使用高壓噴嘴從旋轉(zhuǎn)電極內(nèi)部向外沖洗網(wǎng)板，沖洗完的污水通過灰斗和管道排至脫硫塔循環(huán)使用，減少了系統(tǒng)的耗電量和耗水量。

4.1設(shè)計參數(shù)

表1為唐山熱電廠的平均煤種的煤質(zhì)分析數(shù)據(jù)，其數(shù)據(jù)可以確定濕式靜電除塵器的設(shè)計參數(shù)，為除塵器性能測試提供重要依據(jù)。

表1　煤質(zhì)分析資料

根據(jù)煤質(zhì)分析數(shù)據(jù)、脫硫裝置煙氣參數(shù)及電袋復(fù)合除塵器的實際參數(shù)，最終確定徑流濕式除塵裝置的主要設(shè)計參數(shù)，具體數(shù)值如表2所示。

表2　徑流濕式靜電除塵器的主要設(shè)計參數(shù)

4.2系統(tǒng)構(gòu)成

本項目的徑流濕式除塵器主要由殼體、進出風(fēng)口、分布板、陽極裝置、陰極裝置、沖洗裝置和供電電源等部分組成。

4.2.1分布板

煙氣自脫硫吸收塔出口進入徑流濕式除塵裝置，此時煙道氣流分布不均勻，嚴重影響粉塵和液滴的去除效率，因此在濕式徑流除塵裝置進風(fēng)口處布置2層分布板，通過布置分布板，實現(xiàn)了系統(tǒng)內(nèi)煙氣的充分擴散，減小了渦旋產(chǎn)生的區(qū)域并降低了系統(tǒng)的阻力損失。經(jīng)過現(xiàn)場進行的氣流分布均勻性試驗，氣流均勻性實現(xiàn)σ≤0.15，滿足濕式靜電除塵對氣流均布的要求。

4.2.2陰極裝置

由于濕式靜電除塵器在濕煙氣環(huán)境下工作，故陰極系統(tǒng)全部采用具有耐腐蝕性的2205雙相不銹鋼材料制成。通過對收塵性能和2205加工性能的綜合考慮，選用魚骨狀形式作為電暈電極。極配型式可保證穩(wěn)定運行電壓達90kV。

吊桿在保溫箱內(nèi)采用絕緣瓷瓶支撐，保溫箱內(nèi)配有電加熱裝置并通入熱空氣，保證保溫箱內(nèi)部溫度維持在130～150℃，以防止絕緣子上結(jié)露腐蝕和爬電現(xiàn)象的發(fā)生。

4.2.3陽極裝置

陽極裝置與傳統(tǒng)濕式靜電除塵器形式不同，采用旋轉(zhuǎn)電極作為集塵極，將集塵極做成可以上下移動的形式，用安裝在灰斗上側(cè)（即底封板處）的一排噴淋裝置將被鋪集的粉塵進行噴水清灰。

集塵極由傳動系統(tǒng)、主軸系統(tǒng)、上部機架、框架、軌道及網(wǎng)板、鏈條等組成，通過電焊技術(shù)，將金屬網(wǎng)板焊接在旋轉(zhuǎn)電極框架內(nèi)。一般極板運動的線速度為1～3m/min，粉塵比電阻高時移動速度取高值。當(dāng)前后兩層網(wǎng)板間壓差＞120Pa時，開啟沖洗系統(tǒng)，對陽極板進行清灰。根據(jù)目前工程的運作狀況，陽極板沖洗頻率為2～3天一次，一次用水量約24t，折合每小時0.3～0.5t左右。

4.2.4沖洗系統(tǒng)

沖洗系統(tǒng)主要用于對陽極板、陰極線、分布板進行沖洗，防止它們產(chǎn)生大量粉塵粘附并結(jié)塊的現(xiàn)象，降低除塵效率。沖洗方式與沖洗常規(guī)剛性陽電極不同，常規(guī)陽電極通過沖洗水使其表面形成均勻的水膜，使粘附至極板上的煙塵顆粒隨水膜自流至下部集液槽。對于徑流濕式除塵器，則是通過高壓清洗噴嘴對其進行清洗，沖洗完的灰水落入灰斗中，排放至脫硫塔泵坑作為脫硫塔補水，從而實現(xiàn)在線清灰。由于沖洗陽極和陰極裝置的要求不同，沖洗系統(tǒng)分開運行。經(jīng)實際工況顯示，在機組100%負荷工況下，耗水量為0.6t/h。

4.2.5電源系統(tǒng)

本裝置采用工頻電源作為供電電源，為了預(yù)防事故等突發(fā)事件，采用雙電源配置，具有自動切換功能，兩電源相互獨立運行，以增強系統(tǒng)的可靠性。

5　性能測試結(jié)果及分析

施工完畢后，對項目運行情況進行驗收監(jiān)測，監(jiān)測期間，對供熱機組不同工況負荷、不同煤質(zhì)情況下，對除塵器出口煙塵排放濃度、SO2濃度進行檢測。工況安排如下：

近期煤種第四天時間　機組負荷　使用煤質(zhì)第一天　高負荷（＞90%）　近兩年環(huán)保指標最差煤質(zhì)第二天　高負荷（＞90%）　設(shè)計煤種第三天　高負荷（＞90%）中負荷（75%左右）低負荷（50%左右）

監(jiān)測頻次：針對每一工況條件，煙塵每小時測試三次，每次不小于10min，計算小時均值；晝、夜共測試9次。

測試結(jié)果表明：在負荷最大、煤質(zhì)最差的情況下，煙囪入口含塵濃度為4mg/m3，除塵效率達到87%，SO2濃度為14 mg/m3，SO2去除率達到60%，性能指標不僅低于GB 13223—2011中要求的限值，且低于DB13/2209—2015中煙塵濃度的排放標準。

安裝了濕式電除塵器后，將大大改善電廠周圍的環(huán)境條件，為當(dāng)?shù)鼐用窦捌髽I(yè)創(chuàng)造一個良好的生活及工作環(huán)境。初步測算，一套300MW機組安裝濕式電除塵器后每年可減排粉塵約200t。

6　結(jié)論

徑流濕式靜電除塵器與傳統(tǒng)濕式靜電除塵器類似，都是利用高壓電場使煙氣發(fā)生電離，氣流中的粉塵荷電并在電場力作用下與氣流分離。兩者不同之處在于前者垂直于煙氣方向布置，采用噴淋方式對粉塵進行清除，而傳統(tǒng)濕式除塵器陰極、陽極系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)為平行于煙氣方向，采用水膜清灰方式。與傳統(tǒng)濕式靜電除塵器相比，徑流濕式電除塵器具有以下優(yōu)點：

（1） 徑流濕式電除塵器處理的是脫硫系統(tǒng)后的飽和濕煙氣，電暈電流大，對濕煙氣中的粉塵比電阻沒有要求，采用與煙氣方向垂直布置，能夠使塵粒捕集性能更好，尤其對微細粉塵去除率更高。

（2）由于陽極板具有更大的集塵面積和通透率，使得徑流濕式電除塵器結(jié)構(gòu)更加緊湊，占地面積少，不僅適合于新建工程，對場地受限的改造工程更能發(fā)揮其優(yōu)勢。

（3）徑流濕式電除塵器與煙氣接觸部位全部采用2205雙向不銹鋼材質(zhì)，其具有耐腐蝕性、高強度、良好的沖擊韌性和抵抗氯離子等性能，使用壽命能夠達到30年。

（4）常規(guī)除塵器，在運行過程中，除高壓電源及供水水泵會引起電量的消耗外，由于增加了循環(huán)水系統(tǒng)，故輔助的循環(huán)水泵、堿液泵等還將消耗部分電量；此外，為實現(xiàn)在線的自動清灰，使陽極板表面形成均勻的水膜，需要較多的沖洗水，且沖洗水中添加的NaOH溶液也將提高運行成本，后期噴嘴的更換和泵的維護也會增加額外費用。

徑流濕式除塵器相對于常規(guī)除塵器而言，無水循環(huán)系統(tǒng)，電量主要用于除塵器本體（高壓電源、旋轉(zhuǎn)電極）及供水水泵中，在工程運行中，利用壓差的檢測，實現(xiàn)在線噴淋，從而降低了耗水、耗電量。

濕式電除塵器技術(shù)其成功使用的歷史近100年，在燃煤電廠也有30多年的應(yīng)用。從日本及歐美電廠運行情況來看，濕式靜電除塵器可以長期高效穩(wěn)定地去除煙氣中PM2.5、SO3酸霧等微細顆粒物。

近年來，隨著國家對環(huán)境保護的日趨重視，濕式靜電除塵器在脫硫煙氣深度凈化中的優(yōu)勢更加突出。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和成熟，可以預(yù)計，在我國的燃煤電廠濕式靜電除塵器將會得到越來越多的推廣應(yīng)用。

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Application of Radial Flow Wet Electrostatic Precipitator in High Capacity Thermal Power Unit

Chen Xin （Beijing Huanengda Power Technology Company ）

Abstract:According to the Emission Standard of Air Pollutants for Thermal Power Plants （GB 13223—2011）promulgated by the Ministry of Environmental Protection of the People’s Republic of China, since Jan 1st, 2012, the dust emission concentration limit of the coal- fi red boiler for the existing thermal power plant is 30mg/m3. In addition, the special dust emission concentration limit of the coal-fired boiler for the thermal power plant in the key area is also regulated to be 20mg/m3in the Standard. In order to meet the requirements, the conventional ESP should be improved with latest technology to meet the new national standard. The wet electrostatic precipitator （WESP） can further reduce the emission of the fi ne particle, droplet and heavy metal in the gas fl ue, and prevent slurry entrainment of wet desulfurization system to solve the gypsum rain problem. WESP is one of the best solution for achieving the new emission standard. So Datang group decide to use Radial fl ow WESP technology in Tangshan thermal power plant 300MW unit emission reducing project. According to the test result, Radial fl ow WESP has high adaptability and ef fi ciency in removing dust, droplet and SO3in gas fl ue, with no respect to difference of coal type, the characteristics of gas fl ue. And it has been highly recognized by the State Environmental Protection Department.

Key words:coal- fi red power plant PM2.5, wet electrostatic precipitator, application of project