于宏朋, 于宏林

(1.南京凈環(huán)熱冶金工程有限公司, 江蘇 南京　210016;2.大峘集團(tuán)有限公司, 江蘇 南京　211112)

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煙氣超低排放用濕式靜電除塵器技術(shù)應(yīng)用分析①

于宏朋1, 于宏林2

(1.南京凈環(huán)熱冶金工程有限公司, 江蘇 南京210016;2.大峘集團(tuán)有限公司, 江蘇 南京211112)

結(jié)合國家環(huán)保要求，介紹了實(shí)現(xiàn)煙氣超低排放的濕式靜電除塵器的原理，并對比了三種主流結(jié)構(gòu)濕式靜電除塵器的技術(shù)特點(diǎn)，通過對燃煤鍋爐超低排放工程實(shí)際應(yīng)用情況，進(jìn)行了技術(shù)分析。

濕式靜電除塵器； 超低排放； 柔性電極； 導(dǎo)電玻璃鋼； 不銹鋼極板

前　言

為改善大氣排放質(zhì)量，2014年9月，國家發(fā)改委、環(huán)境保護(hù)部、國家能源局聯(lián)合發(fā)布《煤電節(jié)能減排升級與改造行動計劃(2014-2020)》的通知(發(fā)改能源[2014]2093號)中，明確提出要求東部地區(qū)(遼寧、北京、天津、河北、山東、上海、江蘇、浙江、福建、廣東、海南等11省市)穩(wěn)步推行燃煤發(fā)電機(jī)組,實(shí)施大氣污染物排放濃度達(dá)到天然氣燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)組排放限值的要求，即執(zhí)行煙塵排放5 mg/m3，二氧化硫排放35 mg/m3，氮氧化物排放50 mg/m3的排放標(biāo)準(zhǔn)，統(tǒng)稱為煙氣執(zhí)行“超低排放”、“近零排放”、“5、35、50”標(biāo)準(zhǔn)。

隨著國家對節(jié)能減排工作的不斷深入，環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)不斷提高，排放監(jiān)督愈發(fā)嚴(yán)格。2015年12月，國家發(fā)改委、能源局、環(huán)保部下發(fā)的關(guān)于印發(fā)《全面實(shí)施燃煤電廠超低排放和節(jié)能改造工作方案》的通知(環(huán)發(fā)[2015]164號)，要求到2020年，全國所有具備改造條件的燃煤電廠達(dá)到超低排放水平，加快現(xiàn)役燃煤發(fā)電機(jī)組超低排放改造步伐，將東部地區(qū)原計劃2020年前完成的超低排放改造任務(wù)提前至2017年前總體完成；將對東部地區(qū)的要求逐步擴(kuò)展至全國有條件地區(qū)，其中，中部地區(qū)力爭在2018年前基本完成，西部地區(qū)在2020年前完成。

基于以上環(huán)保要求，自2014年起，全國火電行業(yè)逐步開展符合超低排放要求的環(huán)保改造項(xiàng)目，并推行到鋼鐵、有色、造紙等所有行業(yè)的自備燃煤電廠和燃煤熱電廠。部分省市自行制定的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)中，對燃煤鍋爐和設(shè)施也提出了超低排放要求。

而超低排放改造中，針對煙塵的達(dá)標(biāo)排放，尤其是包含PM10、PM2.5的超細(xì)煙塵的有效捕集，是改造技術(shù)中的重點(diǎn)。

1　濕式靜電除塵器介紹

1.1超低排放除塵工藝

燃煤機(jī)組目前配置的煙塵處理裝置，采用脫硝、除塵、脫硫分布工藝。針對氮氧化物的去除，對于煤粉爐大多采用選擇性催化還原法(SCR)，對于流化床爐大多采用非選擇性催化還原法(SNCR)。脫硝后的煙氣，進(jìn)入臥式干靜電除塵器(ESP)進(jìn)行粉塵收集，之后進(jìn)入濕法脫硫設(shè)施脫除二氧化硫后達(dá)標(biāo)排放。

目前常規(guī)干式除塵器改進(jìn)技術(shù)，包括擴(kuò)大除塵器容量、微細(xì)粉塵靜電凝聚技術(shù)、低溫除塵技術(shù)、移動極板技術(shù)、機(jī)電多復(fù)式雙區(qū)電除塵器技術(shù)、新型電源(高頻電源、脈沖電源)、電袋復(fù)合除塵、腹膜濾袋除塵等，更多適用于濕法脫硫前的干煙氣。不管是袋式還是干式靜電除塵器，在微細(xì)粉塵的捕捉上都存在缺陷，因此出口粉塵濃度一般最低可控制在20 mg/m3左右。然而除塵后的煙氣進(jìn)入脫硫吸收塔進(jìn)行噴淋脫硫過程中，又會帶來石膏和霧滴顆粒的夾帶，反而造成粉塵濃度的增高。因此，在脫硫塔后，設(shè)置適應(yīng)濕煙氣的濕式靜電除塵器，是達(dá)到粉塵超低排放要求的唯一選擇。

1.2濕式靜電除塵器原理

濕式靜電除塵裝置作為一個獨(dú)立裝置布置，主要由裝置本體、陰極系統(tǒng)、陽極系統(tǒng)、絕緣箱、供電電源和沖洗系統(tǒng)組成。其工作原理為：在濕式靜電除塵裝置的陽極和陰極線之間施加數(shù)萬伏直流高壓電，在強(qiáng)電場的作用下，電暈線周圍產(chǎn)生電暈層，電暈層中的空氣發(fā)生雪崩式電離，從而產(chǎn)生大量的負(fù)離子和少量的陽離子，這個過程叫電暈放電；隨煙氣進(jìn)入濕式靜電除塵裝置內(nèi)的塵(霧)粒子與這些正、負(fù)離子相碰撞而荷電，荷電后的塵(霧)粒子由于受到高壓靜電場庫侖力的作用，向陽極運(yùn)動；到達(dá)陽極后，將其所帶的電荷釋放掉，塵(霧)粒子就被陽極所收集，在水膜的作用下靠重力自流向下而與煙氣分離；極小部分的塵(霧)粒子本身則附著在陰極線上形成小液滴，靠重力自流向下，或通過沖洗的方法將其清除，原理如圖1所示。

圖1　濕式靜電除塵原理

濕式靜電除塵裝置處理的是脫硫后的濕煙氣，一般布置在除塵脫硫系統(tǒng)的尾部或后部。其與干式電除塵器的不同點(diǎn)在于：

1)濕式靜電除塵裝置在飽和濕煙氣條件下工作，塵霧粒子荷電性能好，電暈電流大，脫除微細(xì)顆粒物和除霧效率高；

2)濕式靜電除塵裝置借助水力清灰，沒有陰、陽極振打裝置，不會產(chǎn)生二次揚(yáng)塵，確保出口粉塵達(dá)標(biāo)；

3)濕式靜電除塵裝置對于微細(xì)顆粒以及SO3，NH3等氣溶膠有很好的去除效果；

4)濕式靜電除塵裝置不受粉塵比電阻影響，不僅對PM2.5的去除效率高，而且可以有效消除“石膏雨”和“大白煙”現(xiàn)象。濕式電除塵裝置可以有效地脫除煙氣中的微細(xì)粒子和氣溶膠，使得煙氣林格曼黑度等級小于1，煙囪出口粉塵濃度可滿足最新標(biāo)準(zhǔn)中最嚴(yán)格要求。

1.3濕式靜電除塵器作用

濕式靜電除塵器的直接作用為：可有效去除SO3、微細(xì)粉塵(PM2.5)、石膏液滴、重金屬及其氧化物等，去除效率可達(dá)90%左右。

其間接作用為：SO3和水霧的大量去除，可以有效降低對煙囪的腐蝕。同時其運(yùn)行的阻力較低(本體阻力一般不超過200 Pa)，沖洗水全部循環(huán)或回用，沒有新水消耗，沒有蒸汽或壓縮空氣消耗。

濕式靜電除塵器的應(yīng)用效果數(shù)據(jù)如表1所示。

表1　濕式靜電除塵器應(yīng)用效果表

2　不同濕式靜電除塵器結(jié)構(gòu)介紹

濕式靜電除塵器分為立式濕式靜電除塵器和臥式濕式靜電除塵器。根據(jù)集塵極材質(zhì)的不同又主要分為導(dǎo)電玻璃鋼陽極、柔性纖維織物陽極和不銹鋼板式陽極。目前國內(nèi)應(yīng)用較成熟的濕式靜電除塵器主要有三種：采用導(dǎo)電玻璃鋼陽極的立式濕式靜電除塵器、采用柔性纖維織物陽極的立式濕式靜電除塵器和采用不銹鋼陽極的臥式濕式靜電除塵器。

2.1柔性陽極濕式靜電除塵器

柔性陽極濕式靜電除塵器最早由國電科學(xué)技術(shù)研究院與山東大學(xué)開發(fā)，主要特點(diǎn)是柔性集塵極采用柔性纖維織物，柔性纖維織物通過張緊裝置固定，形成井字形網(wǎng)格狀，裝置為立式布置，煙氣可實(shí)現(xiàn)上進(jìn)下出或下進(jìn)上出。

正常運(yùn)行時，陽極先進(jìn)行沖洗潤濕而后具有導(dǎo)電性，柔性集塵極表面形成一層連續(xù)水膜，收集下來的煙塵隨水膜重力自流至下部積液槽內(nèi)，實(shí)現(xiàn)在線清灰。柔性極板具有抗腐蝕性能好，可實(shí)現(xiàn)在線連續(xù)工作等特點(diǎn)，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)如圖2所示。采用柔性陽極濕式靜電除塵器的部分用戶如表2所示。

圖2　柔性陽極靜電除塵器內(nèi)部照片

柔性陽極濕式靜電除塵器的技術(shù)優(yōu)劣點(diǎn)有：

(1)技術(shù)優(yōu)點(diǎn)

①高效去除微細(xì)顆粒物、高比電阻粉塵；

②壓力損失較低；

③可以避免二次揚(yáng)塵；

④可以去除Hg，NH3等氣相污染物；

⑤可利用柔性織物自身毛細(xì)孔作用，自形成均勻水膜，無需連續(xù)沖洗，廢水量少，可直接排入脫硫系統(tǒng)；

⑥無堿液等水系統(tǒng)，水耗和能耗都較低；

⑦重量輕，設(shè)備本體投資費(fèi)用低。

(2)技術(shù)有待優(yōu)化點(diǎn)

①陰極需要定期斷電沖洗；

②陽極安裝精度要求較高；

③陽極柔性材料的使用壽命待長時間驗(yàn)證；

④該技術(shù)是新興技術(shù)，目前工業(yè)化時間較短。

表2　柔性陽極濕式靜電除塵器使用廠家

2.2導(dǎo)電玻璃鋼濕式靜電除塵器

導(dǎo)電玻璃鋼濕式靜電除塵器是在冶金、化工行業(yè)使用的類似設(shè)備基礎(chǔ)上開發(fā)的設(shè)備，主要特點(diǎn)是陽極采用碳纖維導(dǎo)電玻璃鋼蜂窩體，耐腐蝕不銹鋼支撐；陰極線采用耐腐蝕合金針刺線，并采用電加熱陶瓷絕緣箱支撐，絕緣子為復(fù)合陶瓷材質(zhì)并增設(shè)電加熱裝置；其它不能進(jìn)行表面防腐處理的部件采用雙相合金不銹鋼，并根據(jù)不同的位置及使用條件進(jìn)行局部加厚、加強(qiáng)處理。

導(dǎo)電玻璃鋼濕式靜電除塵器通常采用立式布置。正常運(yùn)行時，集塵極表面形成一層連續(xù)水膜，收集下來的煙塵隨水膜重力自流至下部積液槽內(nèi)，具體結(jié)構(gòu)如圖3所示。采用導(dǎo)電玻璃鋼濕式靜電除塵器的部分用戶如表3所示。

圖3　導(dǎo)電玻璃鋼濕式靜電除塵器內(nèi)部照片

導(dǎo)電玻璃鋼濕式靜電除塵器的技術(shù)優(yōu)劣點(diǎn)有：

(1)技術(shù)優(yōu)點(diǎn)

①高效去除微細(xì)顆粒物、高比電阻粉塵；

②壓力損失較低；

③可以避免二次揚(yáng)塵；

④可以去除Hg，NH3等氣相污染物；

⑤耐腐蝕性高，自身防腐，無需額外防腐設(shè)施；

⑥自身具有導(dǎo)電性，無需利用水膜導(dǎo)電；

⑦可自形成均勻水膜，無需連續(xù)沖洗，廢水量少，可直接排入脫硫系統(tǒng)；

⑧無堿液等水系統(tǒng)，水耗和能耗都較低；

⑨重量輕；

⑩模塊化布置方式，易于安裝。

(2)技術(shù)有待優(yōu)化點(diǎn)

①檢修便利性有待提高；

②裝置斷面有效利用率有待進(jìn)一步提高。

表3　導(dǎo)電玻璃鋼濕式靜電除塵器使用廠家

2.3不銹鋼極板濕式靜電除塵器

不銹鋼極板濕式靜電除塵器技術(shù)源自日本，其中以三菱和日立的技術(shù)最為成熟。該技術(shù)是對干式電除塵器進(jìn)行改良，主要差異在于增設(shè)噴淋、堿液循環(huán)水系統(tǒng)，采用液膜清灰方式，主要解決振打的二次揚(yáng)塵和高比電阻粉塵荷電難題。

不銹鋼極板濕式靜電除塵器和傳統(tǒng)干式電除塵器結(jié)構(gòu)接近，多采用316L不銹鋼作為電極板，電極采用板式布置，除塵器多為臥式結(jié)構(gòu)。極板上設(shè)置連續(xù)噴淋系統(tǒng)，通過噴淋NaOH堿液，在不銹鋼極板上形成均勻覆蓋的液膜，對不銹鋼極板進(jìn)行防腐保護(hù)，同時將極板上的粉塵沖洗下來，在單獨(dú)設(shè)置的堿液循環(huán)系統(tǒng)中對除塵灰進(jìn)行集中、撈取脫水工藝。其結(jié)構(gòu)如下圖4所示。采用不銹鋼極板濕式靜電除塵器的部分用戶如表4所示。

圖4　不銹鋼極板濕式靜電除塵器內(nèi)部照片

不銹鋼極板濕式靜電除塵器的技術(shù)優(yōu)劣點(diǎn)有：

(1)技術(shù)優(yōu)點(diǎn)

①高效去除微細(xì)顆粒物、高比電阻粉塵；

②壓力損失低；

③可以避免二次揚(yáng)塵；

④可以去除Hg，NH3等氣相污染物；

⑤陽極沖洗采用連續(xù)沖洗方式，保證極板的清潔；

⑥結(jié)構(gòu)形式成熟，國外應(yīng)用較多。

(2)技術(shù)有待優(yōu)化點(diǎn)

①水耗和廢水量大，需要配置堿液等復(fù)雜的水系統(tǒng)，設(shè)備投資大，能耗高；

②由于極板材質(zhì)采用316L不銹鋼，不具備很好的防腐性能。主要依靠極板上的一層均勻的水膜以避免極板受到煙氣的腐蝕，水膜一旦出現(xiàn)破損，陽極板將很快被腐蝕。這就需要在設(shè)計、制造及安裝上有極高的要求，并且要求具有良好的現(xiàn)場管理能力；

③材料表面張力特征及極板長度易形成水膜不均和枝丫流，存在腐蝕風(fēng)險；

④無法去除濕煙氣中的水霧含量，甚至?xí)黾訚駸煔庵械乃F含量，加大煙囪冒“白煙”的現(xiàn)象；

⑤易出現(xiàn)“干斑點(diǎn)”和“火花放電”；

⑥存在旁路串氣問題，影響除塵效率；

⑦連續(xù)噴淋導(dǎo)致液滴逃逸濃度較高。

表4　不銹鋼極板濕式靜電除塵器使用廠家

3　不同濕式靜電除塵器對比分析

柔性陽極濕式靜電除塵器、導(dǎo)電玻璃鋼濕式靜電除塵器、金屬極板濕式靜電除塵器的比較分析如表5所示。

表5　不同濕式靜電除塵器技術(shù)比較

4　結(jié)束語

燃煤機(jī)組增加濕式靜電除塵器，是滿足超低排放環(huán)保改造要求的必選方案，選擇哪種濕式靜電除塵器需要結(jié)合企業(yè)的原料條件、水資源條件、生產(chǎn)工藝特點(diǎn)；相對而言，導(dǎo)電玻璃鋼和柔性陽極濕式靜電除塵器，運(yùn)行過程中不需要噴淋水及堿液，不產(chǎn)生新的二次污染，具有較高的推廣應(yīng)用價值。其各自的使用壽命和檢修難易，還有待在長期使用中進(jìn)行總結(jié)和驗(yàn)證。

2016-02-28

于宏朋(1977—)，男，高級工程師。E-mail:3137797@qq.com

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