唐亮 趙夢(mèng)雪 鄭蘇忠 武申堂

摘 要：隨著國(guó)家對(duì)燃煤電廠全面實(shí)施超低排放要求，濕法脫硫后增設(shè)濕法電除塵器成為燃煤電廠實(shí)現(xiàn)煙塵超低排放的有效措施。文章提出一種新型立式濕法電除塵器技術(shù)，通過創(chuàng)新性的設(shè)置加濕及清潔系統(tǒng)，減小了用水量，提高了清污效果，對(duì)于PM2.5、SO2、SO3氣溶膠和固態(tài)重金屬顆粒物等都具有良好的收集效果，并且與脫硫塔一體式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有設(shè)備體積小等優(yōu)點(diǎn)。結(jié)合工程實(shí)踐案例，展示新型立式濕法電除塵技術(shù)的突出優(yōu)點(diǎn)。國(guó)內(nèi)某100MW燃煤機(jī)組項(xiàng)目進(jìn)行改造后，出口煙塵濃度僅為3.20mg/Nm3，效果極為顯著，穩(wěn)定實(shí)現(xiàn)出口煙塵的超低排放目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：濕法電除塵器；加濕系統(tǒng)；清潔系統(tǒng)；一體式結(jié)構(gòu)；超低排放

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，霧霾現(xiàn)象頻繁發(fā)生，環(huán)境污染問題逐漸成為人們的關(guān)注焦點(diǎn)，燃煤火電廠及工業(yè)鍋爐是產(chǎn)生大氣環(huán)境污染的主要來源。新的火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)（GB13223-2011）于2012年1月1日正式實(shí)施。新排放標(biāo)準(zhǔn)對(duì)煙塵、二氧化硫、氮氧化排放控制要求都有了很大的提高。我國(guó)燃煤電廠對(duì)鍋爐尾部煤煙氣處理時(shí)，會(huì)產(chǎn)生二次污染問題，如經(jīng)脫硝處理時(shí)，脫硝設(shè)備中的催化器會(huì)通過副反應(yīng)催化二氧化硫，產(chǎn)生具有強(qiáng)酸、腐蝕性的氣溶膠SO3，此外還會(huì)有一部分逃逸NH3；進(jìn)行脫硫處理時(shí)，其工作漿液也可通過霧化夾帶或產(chǎn)物結(jié)晶析出現(xiàn)象，產(chǎn)生細(xì)顆粒物，帶來石膏雨等環(huán)境污染現(xiàn)象[ 1 ]。因此，燃煤火電廠煙囪排放煙氣中含有濕法脫硫未能脫除的逃逸煙塵、濕法脫硫自身產(chǎn)生排出的細(xì)顆粒物和氣溶膠。

為了滿足新的排放標(biāo)準(zhǔn)以及解決現(xiàn)已投運(yùn)電廠普遍存在石膏雨等問題，我國(guó)采用多種除塵方式。其中袋式除塵器、電袋除塵器及各式新型干法電除塵器受到煙氣濕度限制，不能應(yīng)用于濕法脫硫后，無法解決石膏雨等問題，因此部分工程要求研發(fā)使用濕法電除塵技術(shù)。該技術(shù)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)國(guó)家新排放標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)成大氣污染物的“超潔凈排放目標(biāo)”，還能加裝在脫硫脫硝之后，有效減少脫硫、脫硝工藝產(chǎn)生的細(xì)顆粒物污染，解決石膏雨、藍(lán)煙酸霧等環(huán)境問題[ 2 ]。

1 濕法電除塵技術(shù)

1.1 濕法電除塵器概述

濕法電除塵器與干法電除塵器原理相同，都是采用電暈放電，使氣體電離，進(jìn)而在放電極與收塵極間形成穩(wěn)定電暈，使該區(qū)域內(nèi)粉塵顆粒荷電，并最終在收塵極收塵。但在捕集粉塵清除方式上，濕法電除塵通過水沖刷的方式進(jìn)行收塵，干法電除塵采用振打清灰方式進(jìn)行收塵，二者有明顯差異。與其他除塵器相比，濕法電除塵器由于水的電阻較小，當(dāng)水滴與粉塵結(jié)合后，高比電的粉塵會(huì)下降比電阻，保證了工作狀態(tài)的穩(wěn)定性；通過水流沖洗，還可有效避免二次揚(yáng)塵及反電暈現(xiàn)象的產(chǎn)生；此外，濕法電除塵器內(nèi)部無轉(zhuǎn)動(dòng)部件，提升了設(shè)備可靠性，增強(qiáng)了設(shè)備壽命，且對(duì)重金屬、PM2.5和SO3都具有很高的脫除效率[ 3，4 ]。

濕法電除塵器置于脫硫設(shè)施與煙囪之間，用于去除脫硫后濕煙氣中的煙塵、氣溶膠等細(xì)顆粒物。該技術(shù)最早于1970年應(yīng)用于硫酸和冶金工業(yè)生產(chǎn)中，可有效控制煙氣中的酸霧、顆粒物等污染排放，1986年后開始應(yīng)用于燃煤電廠中[ 5 ]，而后日本等國(guó)家電廠已廣泛使用。

我國(guó)的濕法電除塵技術(shù)研發(fā)工作起步較晚，八十年代中期武漢安全環(huán)保研究院首先在馬鞍山鋼鐵廠煉鋼平爐上采用濕法電除塵器[ 6 ]。隨著現(xiàn)代工業(yè)和環(huán)保事業(yè)的發(fā)展，我國(guó)鋼鐵廠如寶鋼、包鋼等濕法電除塵技術(shù)均有所發(fā)展，并取得一定業(yè)績(jī)。

1.2 濕法電除塵器分類

1.2.1結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

濕法電除塵器從構(gòu)型角度分為兩種，一種是板式濕法電除塵器，另一種是管式濕法電除塵器。前者收塵極呈平板狀，電暈極均布于極板間，煙氣流動(dòng)可任意方向[ 7 ]，其結(jié)構(gòu)呈立式或臥式，臥式結(jié)構(gòu)所需占地面積較大，此外，板式濕電的水處理系統(tǒng)中需加入堿液進(jìn)行清灰，噴淋水經(jīng)堿液中和后循環(huán)使用，這會(huì)增加設(shè)備的水耗、電耗、堿耗，對(duì)噴嘴性能要求更高，增加投入成本[ 8 ]；后者的收塵極一般由多根并列的金屬管組成，極板間均布電暈線，煙氣在垂直方向上流動(dòng)，占地面積較小，在同等情況下煙氣的流動(dòng)速度更大。

1.2.2收塵極材料

由于濕法電除塵器通常在低于沖刷液的絕熱飽和溫度下運(yùn)行，因此需要合理選擇各部位結(jié)構(gòu)材料，避免腐蝕。其中收塵極最易受到腐蝕，且一旦收塵極發(fā)生故障，不僅除塵性能下降，還會(huì)產(chǎn)生電火花，擾亂電場(chǎng)。目前濕法電除塵器收塵極主要有三種形式：柔性極板、導(dǎo)電玻璃鋼極板及鋼性極板。

柔性極板1990年最早由美國(guó)俄亥俄大學(xué)開展實(shí)驗(yàn)研究，而后國(guó)內(nèi)山東大學(xué)一直致力于柔性電極的研究，其采用纖維織物制成，當(dāng)潤(rùn)濕附有煙塵的柔性極板后，其可導(dǎo)電并形成水膜，依靠重力自流向下完成清灰，該過程可利用從煙氣中收集的酸液實(shí)現(xiàn)自清灰，降低運(yùn)行過程中的耗水量，但在運(yùn)行中極板易發(fā)生擺動(dòng)，導(dǎo)致極間距發(fā)生變化，運(yùn)行電壓不穩(wěn)定，此外，柔性極板不耐高溫，煙氣的溫度不能過高。

導(dǎo)電玻璃鋼極板材料是在玻璃鋼內(nèi)置具有導(dǎo)電能力的碳纖維，通過樹脂粘合而成，代表技術(shù)有宜興化工成套設(shè)備廠[ 9 ]。該材料導(dǎo)電能力強(qiáng)、耐腐蝕性強(qiáng)、輕質(zhì)且材料性能穩(wěn)定，但檢修難度大，運(yùn)行電壓低，不能在高溫條件下長(zhǎng)期使用，長(zhǎng)期運(yùn)行后導(dǎo)電性能會(huì)下降，且由于附灰易形成結(jié)垢，導(dǎo)致沖洗能力下降。若其中某部分出現(xiàn)損壞，需要更換整個(gè)模塊，增加維護(hù)費(fèi)用和難度。

鋼性金屬極板采用不銹鋼金屬材料，配合噴淋系統(tǒng)水膜清灰，并配備水循環(huán)系統(tǒng)，是目前國(guó)外濕法電除塵的主流技術(shù)。該極板運(yùn)行電壓高，可持續(xù)穩(wěn)定實(shí)現(xiàn)煙氣顆粒物低排放，耐高溫，運(yùn)行中極間距不易發(fā)生變化，運(yùn)行穩(wěn)定，維護(hù)費(fèi)用低。代表有如福建龍凈[ 10 ]、浙江菲達(dá)[ 11 ]等技術(shù)，該材料目前較多應(yīng)用于臥式濕法電除塵器中。

1.2.3沖刷方法

濕法電除塵器常用的沖刷方式分為三種：

第一種是自沖刷，即利用捕集到的液滴潤(rùn)濕收塵極，或通過煙氣冷凝等特殊變化潤(rùn)濕收塵極進(jìn)行清灰；

第二種是噴霧沖刷，利用霧化噴嘴連續(xù)的沖刷收塵極，使其在收塵極表面形成一層沖刷膜；

第三種是液膜沖刷，即采用連續(xù)的液膜對(duì)收塵極進(jìn)行沖刷。沖刷液的導(dǎo)電性、液膜物理特性及液膜分布情況是重要考慮因素。

1.3 濕法電除塵技術(shù)的影響因素

煙氣驅(qū)進(jìn)速度、放電電壓、極板水膜及收塵極總面積都會(huì)對(duì)濕法電除塵效率產(chǎn)生影響。放電電壓增大，可以使細(xì)顆粒荷電量增加，提高煙氣驅(qū)進(jìn)速度，收塵極總面積增大會(huì)使細(xì)顆粒的停留時(shí)間增長(zhǎng)，顆粒向極板遷移時(shí)間增長(zhǎng)，極板水膜能提高細(xì)顆粒荷電及對(duì)細(xì)顆粒捕集效率，進(jìn)而提高除塵效率。

通過對(duì)濕法電除塵器大量的實(shí)驗(yàn)研究及調(diào)研，參考國(guó)內(nèi)外相對(duì)成熟的燃煤電廠實(shí)際應(yīng)用情況發(fā)現(xiàn)，目前多數(shù)技術(shù)采用臥式濕法電除塵器，由于該技術(shù)占地面積大，對(duì)場(chǎng)地需求高，我們確定采用立式濕法電除塵器，并結(jié)合國(guó)際主流材料技術(shù)進(jìn)行除塵。由于常規(guī)濕法電除塵器的沖刷方式需投入較高的水耗、電耗，板式濕電還需投入較高的堿耗，我們對(duì)其沖刷方式進(jìn)行了創(chuàng)新。

2 新型立式濕法電除塵器

2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

該新型立式濕法電除塵器塵器采用與濕法脫硫塔整體布置的形式，濕法電除塵器殼體與脫硫吸收塔整體設(shè)計(jì)。煙氣由煙氣入口進(jìn)入脫硫塔，經(jīng)脫硫塔充分洗滌降溫后，自下而上進(jìn)入新型立式濕法電除塵器。新型立式濕法電除塵器入口設(shè)有均布裝置，將飽和濕煙氣均勻?qū)敫邏弘妶?chǎng)，并經(jīng)高壓電場(chǎng)深度凈化后，煙氣沿濕法電除塵器上部煙箱排入煙囪。新型立式濕法電除塵器系統(tǒng)見圖1。

脫硫塔上部、除塵器本體底部設(shè)置由多孔板和導(dǎo)流板組成的入口均布系統(tǒng)，入口均布系統(tǒng)上方設(shè)置加濕系統(tǒng)。除塵器本體中高壓電場(chǎng)內(nèi)設(shè)置多塊陽(yáng)極板及多條陰極線，陽(yáng)極板豎向平行懸掛在除塵器本體內(nèi)的支撐梁上，由不銹鋼板采用專用設(shè)備軋制而成，相鄰陽(yáng)極板之間豎向設(shè)置陰極線，陰極線根據(jù)煙氣含硫量采用不同等級(jí)的不銹鋼材料制成，通過陰極框架懸掛在高壓絕緣系統(tǒng)上，陽(yáng)極板底部安裝收集槽。除塵器本體側(cè)壁上設(shè)置排污管路。除塵器本體上部設(shè)置清潔系統(tǒng)，并在清潔系統(tǒng)上安裝噴嘴，清潔系統(tǒng)上方設(shè)置出口均布系統(tǒng)。除塵器本體頂部安裝高壓絕緣系統(tǒng)，并連接高壓電源，高壓電源連接低壓控制系統(tǒng)。

2.2 關(guān)鍵技術(shù)

經(jīng)脫硫塔處理過的煙氣由具有多孔板和導(dǎo)流板組成的入口均布系統(tǒng)均布后，進(jìn)入除塵器本體內(nèi)。首先煙氣經(jīng)過電場(chǎng)底部加濕系統(tǒng)進(jìn)行加濕，保證收集物在陽(yáng)極板和陰極線上的流動(dòng)性。而后進(jìn)入高壓電場(chǎng)，流經(jīng)電場(chǎng)時(shí)，煙氣中的的粉塵、氣溶膠和固態(tài)重金屬顆粒物都被荷電，在電場(chǎng)力的作用下被陽(yáng)極板吸附。煙氣由電場(chǎng)處理后，經(jīng)出口均布系統(tǒng)均布，流入煙道再由煙囪排出，出口均布系統(tǒng)由喇叭口形狀的外殼和內(nèi)部的多孔板與導(dǎo)流板組成，能夠保證煙氣流場(chǎng)的均勻性。

陽(yáng)極板和陰極線之間形成的電場(chǎng)上部設(shè)置有頂部清潔系統(tǒng)，保證其對(duì)陰陽(yáng)極系統(tǒng)清洗效果。清潔系統(tǒng)上安裝的噴嘴可產(chǎn)生超細(xì)噴霧，并在陽(yáng)極板上形成均勻的水膜，當(dāng)對(duì)陽(yáng)極板上的污染物進(jìn)行清塵時(shí)，吸附在陽(yáng)極板上的污染物在重力作用下隨水膜流入收集槽內(nèi)，收集槽內(nèi)的污水順著連接所有收集槽的水槽匯集到排污管路，再由排污管路流入脫硫塔底部。

加濕系統(tǒng)和清潔系統(tǒng)都由水泵、閥門、管路和霧化噴嘴組成，進(jìn)水都從外部工藝水管并聯(lián)獨(dú)立接入，清潔系統(tǒng)的噴霧時(shí)間為周期性噴淋，且時(shí)間可調(diào)，

此外，低壓控制系統(tǒng)根據(jù)高壓電源的運(yùn)行參數(shù)來控制高壓絕緣系統(tǒng)對(duì)內(nèi)部絕緣件的加熱、電場(chǎng)底部加濕系統(tǒng)的增濕和電場(chǎng)頂部清潔系統(tǒng)的噴淋，決定他們的啟停和工作時(shí)間長(zhǎng)短。

3 新型立式濕法電除塵器的應(yīng)用

3.1 工程概況及改造方案

3.1.1工程概況

在作者主持設(shè)計(jì)的國(guó)內(nèi)某100MW燃煤機(jī)組項(xiàng)目中，原煙氣配套除塵設(shè)備為四電場(chǎng)電除塵，采用石灰石——石膏濕法脫硫工藝，在考慮了場(chǎng)地限制、除塵效率穩(wěn)定性和投資費(fèi)等多方面的因素后，最終用戶采用了脫硫塔上部加金屬陽(yáng)極板形式的立式濕法電除塵方案進(jìn)行改造。

3.1.2立式濕電入口煙氣參數(shù)

新型立式濕電入口煙氣參數(shù)見表1。

3.1.3改造技術(shù)方案的主要內(nèi)容

①加高脫硫塔筒壁，在其上部設(shè)置金屬陽(yáng)極板形式的立式濕電，設(shè)計(jì)2個(gè)供電分區(qū)的電場(chǎng)，提高電場(chǎng)工作電壓和保障電區(qū)可靠性。

②在塔筒內(nèi)設(shè)置有陰極系統(tǒng)、陽(yáng)極系統(tǒng)、煙氣均布系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)等。

③增設(shè)除塵器外圍輔助系統(tǒng)，主要有電場(chǎng)底部加濕系統(tǒng)、電場(chǎng)頂部的清潔系統(tǒng)和絕緣子箱熱風(fēng)吹掃系統(tǒng)。

3.2 立式濕電主要技術(shù)參數(shù)

新型立式濕電主要技術(shù)參數(shù)見表2。

3.3 改造效果

2016年2月實(shí)施脫硫塔上部新型立式濕電技術(shù)改造，并順利投入運(yùn)行，2016年6月，經(jīng)第三方測(cè)試結(jié)果表明，在機(jī)組平均負(fù)荷為100MW時(shí)，新型立式濕電出口煙塵濃度僅為3.20mg/Nm3，本體壓力降為230Pa，除塵效率達(dá)到84%，效果極為顯著，該項(xiàng)目是脫硫塔上部設(shè)置金屬陽(yáng)極板立式濕電技術(shù)成功應(yīng)用的一個(gè)典范。

4 結(jié)論

新型立式濕法電除塵器通過創(chuàng)新性的設(shè)置加濕及清潔系統(tǒng)，減小了用水量，提高了清污效果，對(duì)于PM2.5、SO2、SO3氣溶膠和固態(tài)重金屬顆粒物等都具有良好的收集效果，并且與脫硫塔一體式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有設(shè)備體積小等優(yōu)點(diǎn)。經(jīng)脫硫后的煙氣在除塵器本體內(nèi)自下而上作垂直運(yùn)動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)煙氣的超低排放，滿足國(guó)家新標(biāo)準(zhǔn)要求。應(yīng)用該技術(shù)對(duì)國(guó)內(nèi)某100MW燃煤機(jī)組項(xiàng)目進(jìn)行改造，發(fā)現(xiàn)改造后濕法電除塵器出口煙塵濃度僅為3.20mg/Nm3，效果極為顯著，為實(shí)現(xiàn)燃煤電廠煙塵“超低排放”提供了高效、穩(wěn)定、可靠的技術(shù)支撐。

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作者簡(jiǎn)介：

唐亮（1968-），男，漢族，四川人，畢業(yè)于新疆工學(xué)院機(jī)械制造專業(yè)，工程師，研究方向：工業(yè)煙氣除塵凈化。