劉昊

(1.中鋼集團(tuán)武漢安全環(huán)保研究院有限公司　武漢 430081；　2.中鋼集團(tuán)天澄

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濕式電除塵器在細(xì)顆粒物控制中的應(yīng)用

劉昊1，2

(1.中鋼集團(tuán)武漢安全環(huán)保研究院有限公司武漢 430081；2.中鋼集團(tuán)天澄

環(huán)?？萍脊煞萦邢薰疚錆h 430205)

摘要論述了濕式電除塵器的工作原理、技術(shù)特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)及設(shè)計形式，探討了濕式電除塵器在我國的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞濕式電除塵器細(xì)顆粒污染物煙氣治理

0引言

目前我國多地城市陷入重度空氣污染，霧霾發(fā)生的頻率越來越高，造成的危害越來越大。霧霾天氣的形成除了氣象因素外，顆粒污染物大量排放也是其主要原因，顆粒污染物是包括PM2.5在內(nèi)的各類大氣污染物相互作用并產(chǎn)生疊加效應(yīng)而形成的。霧霾天氣中，細(xì)顆粒物PM2.5是“罪魁禍?zhǔn)住?。PM2.5是指空氣動力學(xué)當(dāng)量直徑≤2.5 μm的顆粒物，它粒徑小，面積大，活性強(qiáng)，很容易攜帶大量有毒有害的物質(zhì)，而且能夠在大氣中長時間停留，被輸送距離遠(yuǎn)，對人體健康產(chǎn)生很大的影響。依據(jù)國內(nèi)外的顆粒物治理經(jīng)驗(yàn)，濕式靜電除塵器對PM10，尤其是對PM2.5的微細(xì)粉塵有良好的去除效果，能夠聯(lián)合脫除PM2.5、酸霧和重金屬汞及其氧化物等復(fù)合污染物。因此，在新環(huán)保法、新標(biāo)準(zhǔn)、新形勢下，濕式電除塵技術(shù)可以作為一種終端精處理技術(shù)，在燃煤電廠、冶金、化工、水泥、玻璃制造等領(lǐng)域?qū)⒕哂袕V泛的應(yīng)用前景，可產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)以及社會效益。

1濕式電除塵器技術(shù)概述

1.1技術(shù)原理

濕式電除塵器主要通過直流高壓電暈放電使煙氣中的粉塵荷電，荷電粉塵在電場的作用下向集塵極運(yùn)動，當(dāng)其到達(dá)集塵極的表面時，粉塵會隨著液體膜流下從而被去除[1]，見圖1。濕式電除塵系統(tǒng)的運(yùn)行主要包括3個階段：粉塵荷電，粉塵收集，清灰除塵。對除塵效率產(chǎn)生影響的包括：煙氣的溫度與濕度、流量和流速、含塵濃度、粉塵的性質(zhì)及除塵器本身的結(jié)構(gòu)等。

圖1　濕式電除塵器原理圖

1.2噴淋系統(tǒng)

每一套濕式電除塵器都有與之配套的噴淋系統(tǒng)來輔助，噴淋系統(tǒng)可分為連續(xù)噴淋或定期沖洗，既可使除塵器內(nèi)煙氣保持一定的含水率以利于電場放電，又能沖洗集塵極上積累的積塵，保證除塵器的連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。因此，設(shè)計上對噴嘴的噴射角度、噴水流量和霧滴粒徑、噴淋水的覆蓋率等都有要求。通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，相同收塵面積的濕式電除塵器的收塵效率比干式電除塵器高出10%。當(dāng)霧滴粒徑過大時，電暈電流較大，容易產(chǎn)生火花，使得除塵效率下降。經(jīng)過研究噴嘴的霧化特性規(guī)律，霧滴的粒徑在距離噴嘴出口350～400 mm處粒徑分布相對均勻。進(jìn)一步的研究表明，噴嘴壓力(霧滴粒徑)的影響要比流量更為顯著，噴嘴壓力在0.3～0.4 MPa時最為合適，此時放電性能最好[2]。噴嘴的流量越小越好，這不僅可以降低濕式電除塵器本體的造價，還能減低后續(xù)含泥污水的處理費(fèi)用。

濕式電除塵器灰斗中收集的沖洗廢水因含有顆粒物不能直接外排。必須經(jīng)過處理后進(jìn)行循環(huán)使用，若是濕式電除塵器與濕法脫硫裝置聯(lián)用，則可直接排放進(jìn)入下部的脫硫系統(tǒng)。

1.3結(jié)構(gòu)組成

濕式電除塵器主要由進(jìn)出口煙道、導(dǎo)流與氣流分布板、收塵極、電暈極、絕緣箱、噴淋系統(tǒng)、高壓電源系統(tǒng)、低壓控制系統(tǒng)等組成。在結(jié)構(gòu)上可分為板式與管式兩大類。板式電除塵器的收塵極呈板狀，極板間均勻布置電極線，板狀電極后期延伸出許多變形，如Z型、C型等。管式電除塵器的集塵極為多根并列的多邊形管或圓管，尤以六邊形管常見，其放電極置于管的中心位置，使放電均勻，適用于處理垂直煙氣流。管式濕式電除塵器比板式濕式電除塵器效率更高且由于外形簡單而占用的空間更少；對于給定的除塵效率，電極長度相同的前提下，管式濕式電除塵器所允許的煙氣流速是板式的2倍。

1.4布置方式

濕式電除塵器常用兩種設(shè)計形式：水平煙氣流設(shè)計和垂直煙氣流設(shè)計。水平煙氣流設(shè)計能夠根據(jù)除塵效率的要求，布置多個電場，此方式以板式居多，需要的空間大。垂直煙氣流設(shè)計以管式居多，常采取模塊形式供貨，在工地組合連接起來，煙氣從下至上或自上而下流經(jīng)濕式電除塵器，設(shè)備占地面積較小。近年來WESP常與WFGD(煙氣濕法脫硫)進(jìn)行整體式設(shè)計，將立式管狀濕式電除塵器布置在脫硫塔上，不單獨(dú)占用廠區(qū)用地面積，該布置方式已廣泛應(yīng)用在工業(yè)領(lǐng)域中。

國內(nèi)目前自主研發(fā)的立式濕式電除塵器，移植了化工系統(tǒng)沿用多年的成熟電除霧技術(shù)，這種設(shè)計在結(jié)構(gòu)上沒有活動內(nèi)件，選擇了可靠的剛性電極和結(jié)構(gòu)材料，所以在線維護(hù)工作量很小。其收塵極材料為耐腐蝕樹脂基導(dǎo)電復(fù)合材料即導(dǎo)電玻璃鋼。它具有耐酸堿腐蝕，強(qiáng)度高，密度小，抗阻燃性好的特性。收塵極一般呈六角蜂窩式組合成管式立式除塵器。它可以直接置于吸收塔的頂上，與吸收塔組成一個整體，也可以布置在吸收塔的側(cè)面，與吸收塔管道相連，凈化后再經(jīng)煙道排出。

2濕式電除塵器技術(shù)特點(diǎn)

濕式電除塵放電極被水浸濕后，電子較易溢出，同時水霧被放電極尖端的強(qiáng)大電火花擊碎細(xì)化，使電場中存在大量帶電霧滴，大大增加了細(xì)顆粒物與離子碰撞帶電的機(jī)率，使帶電粒子在電場中的運(yùn)動速度增長數(shù)倍，能夠捕捉極小微米的粉塵，使顆粒物的排放達(dá)到環(huán)保要求。濕式電除塵器有如下優(yōu)點(diǎn)：①由于電除塵器的電場力直接作用于粉塵粒子，設(shè)備運(yùn)行阻力低，效率高；②液滴的存在降低了顆粒物的表面比電阻，對黏性大或高比電阻粉塵有很好的收集效果，適用于高濕的煙氣；③與干式相比，取消了振打裝置，避免二次揚(yáng)塵，沒有運(yùn)動部件，提高了除塵效率和系統(tǒng)運(yùn)行可靠性；④當(dāng)將濕式電除塵器用在濕法脫硫之后時，不僅能有效解決濕法脫硫帶來的石膏雨、藍(lán)煙酸霧環(huán)境問題，還能實(shí)現(xiàn)顆粒污染物的超低排放，對脫除H2SO4，HCl，NH4Cl等亞微米氣溶膠顆粒物的效率達(dá)90%～97%，粉塵排放低至10 mg/m3；⑤適用范圍廣，不僅可用于鋼鐵企業(yè)濕煙氣治理，還可用于燃煤電廠、化工、工業(yè)窯爐等領(lǐng)域的細(xì)微顆粒物、酸性霧滴等治理。

同時，濕式電除塵器也有其自身的局限性。①由于采用噴水沖洗方式進(jìn)行極板清灰，會產(chǎn)生大量清洗污水，即便是采用水循環(huán)處理系統(tǒng)，隨著運(yùn)行時間的增長，污染物也越積越多，必須進(jìn)行排水與補(bǔ)充水，這無疑增加了設(shè)備的投資與運(yùn)行費(fèi)用；②濕式電除塵器的放電受噴淋系統(tǒng)的限制，若噴淋系統(tǒng)噴嘴選型或排布不合適，會在電場局部形成高濃度的液滴或者射流，很容易產(chǎn)生火花放電，影響除塵裝置的長期穩(wěn)定運(yùn)行；③噴淋水膜需要均勻分布于收塵極板，若分布不均勻，導(dǎo)致除塵器電場條件發(fā)生變化，降低除塵效率；④濕式電除塵器在高濕環(huán)境中運(yùn)行，設(shè)備內(nèi)的金屬材料易被腐蝕，防腐也是濕式電除塵器應(yīng)用中的一大難題，當(dāng)前一般采用內(nèi)部襯玻璃鱗片防腐。

3工程實(shí)例

隨著大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的不斷提高，山東某公司煉鐵廠在其4#燒結(jié)機(jī)脫硫工藝后增加自主研發(fā)設(shè)計的濕式電除塵器，作為末端的精細(xì)控制設(shè)備來滿足控制污染物的要求，其設(shè)計參數(shù)見表1，流程見圖2。

表1　4#燒結(jié)機(jī)濕電參數(shù)

1—軸流風(fēng)機(jī)；2—離心風(fēng)機(jī)；3—換熱器；4—導(dǎo)流板；

該濕式電除塵器在設(shè)計制造方面具有如下特點(diǎn)：

(1)結(jié)構(gòu)緊湊，濕式電除塵器與脫硫塔一體合建，設(shè)備無需占用地面面積，減少連接風(fēng)管，減少噴淋水收集與處理裝置，投資省，運(yùn)行管理方便。

(2)科學(xué)設(shè)置導(dǎo)流系統(tǒng)與氣流分布系統(tǒng)，電場內(nèi)煙氣分布均勻，電場利用率高，除塵器效率高。

(3)采用獨(dú)創(chuàng)陰極技術(shù)、高效極配形式，確保電場穩(wěn)定均勻，提高設(shè)備的除塵效率。

(4)獨(dú)特雙層水清洗系統(tǒng)，上下對噴，既保證清洗水均勻覆蓋陽極管，形成均流水膜，又能使極板黏附的細(xì)顆粒被清洗，保證清灰效果。

(5)保溫箱熱風(fēng)采用廠內(nèi)蒸汽加熱，合理利用廠內(nèi)資源，減少電量消耗，節(jié)約投資費(fèi)用與運(yùn)行費(fèi)用。

該濕式電除塵器自2014年12月建成交付以來，運(yùn)行穩(wěn)定，經(jīng)檢測，出口粉塵質(zhì)量濃度可達(dá)7.7 mg/m3，遠(yuǎn)高于設(shè)計要求。對石膏雨等改善效果明顯，實(shí)踐表明濕式電除塵器設(shè)置在脫硫系統(tǒng)后作為終端精處理設(shè)備，除塵效率高，可有效控制細(xì)顆粒物的污染。

4結(jié)語

濕式靜電除塵器對目前脫硫吸收塔除霧器效果不佳、石膏雨污染等具有明顯的改善效果。能有效減少煙氣中污染物排放，尤其是對PM2.5有良好的脫除效果，將濕式電除塵器設(shè)置在脫硫裝置后，既可以有效去除SO3等細(xì)微顆粒，也可以解決濕式電除塵器對煙氣溫度和粉塵濃度的苛刻要求，受到國內(nèi)外各研究機(jī)構(gòu)的關(guān)注。美國、歐洲、日本等都在燃煤電廠脫硫后的煙氣精細(xì)處理中有大量應(yīng)用。近幾年，中國濕式電除塵器的研究快速發(fā)展，或引進(jìn)國外先進(jìn)技術(shù)學(xué)習(xí)，或自主創(chuàng)新，在濕式電除塵器領(lǐng)域內(nèi)也形成了自己獨(dú)有的技術(shù)，在結(jié)構(gòu)優(yōu)化，降低設(shè)備成本與運(yùn)營費(fèi)用方面均有進(jìn)展。

參考文獻(xiàn)

[1]酈建國．電除塵器[M]．北京：中國電力出版社，2011．

[2]劉麗娜，丁志江，肖立春．濕式電除塵器伏安特性的實(shí)驗(yàn)研究[J]．環(huán)境工程，2012(S2)：187-189．

Application of Wet Electrostatic Precipitator in the Control of the Fine Particulate Matter

LIU Hao1,2

(1.SinosteelWuhanSafety&EnvironmentalProtectionResearchInstituteCo.,Ltd.Wuhan430081)

AbstractIn this paper, the working principles technical characteristics, structure and design form of wet electrostatic precipitator are described and the application prospect of wet electrostatic precipitator is also discussed.

Key Wordswet electrostatic precipitator (WESP)fine particulate matterflue gas treatment

(收稿日期：2015-04-29)

作者簡介劉昊，男，1988年生，碩士研究生，主要研究方向?yàn)楣I(yè)煙塵污染控制。