濕式電除塵器技術(shù)分析原理及特點(diǎn)

1 概述
燃煤電廠(chǎng)一直是國家環(huán)境治理的重點(diǎn)，新出臺的污染物排放標準更是對近年來(lái)陸續跟進(jìn)的除塵、脫硫以及脫硝系統提出了更高的要求，如何控制PM2.5細顆粒排放、石膏雨和煙囪藍煙等問(wèn)題已成為當務(wù)之急。新的《火電廠(chǎng)大氣污染物排放標準》(GB13223-2011)中，粉塵排放限值由50mg/m3提高到30mg/m3，重點(diǎn)地區提高到20mg/m3，單純的干式電除塵器已經(jīng)很難滿(mǎn)足要求，同時(shí)新標準也提高了NOx和SOx的排放限值，并增加了Hg的控制指標。濕式電除塵器(WESP)在實(shí)現超低排放、控制PM2.5和重金屬等復合污染物方面應用效果良好，國家環(huán)保部在《環(huán)境空氣細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“藍煙”污染。
 
2 國內外應用現狀和技術(shù)特點(diǎn)
2.1 國內濕式電除塵器應用概況
我國在濕式電除塵技術(shù)研究方面起步較晚，*早主要是硫酸和冶金工業(yè)中應用了一些中小型的濕式電除塵器。從2009年開(kāi)始，逐步開(kāi)展了針對燃煤電廠(chǎng)應用濕式電除塵器的研究和探索，并取得了多個(gè)項目的成功應用。華電淄博熱電有限公司濕式電除塵工程，該項目充分考慮了老廠(chǎng)爐后場(chǎng)地有限的特點(diǎn)，采用了雙層復式臥式結構，結構緊湊。鞍鋼第二發(fā)電廠(chǎng)燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組，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)入煤氣壓縮機前高爐、焦爐煤氣。
 
2.2 國外濕式電除塵器應用概況
日本的濕式電除塵技術(shù)起步較早，已經(jīng)有30多年的應用史，僅三菱重工就有33臺套應用于電廠(chǎng)。日本碧南電廠(chǎng)5臺套濕式電除塵器投產(chǎn)20年來(lái)，煙塵排放濃度長(cháng)期保持在2～5mg/m3的水平，并且濕式電除塵器本體和內部構件均未發(fā)生嚴重腐蝕。
美國在濕式電除塵方面研究也較早，與日本不同的是，美國應用較多的是垂直煙氣流獨立設計和與WFGD的整體式設計。典型工程有AES深水電廠(chǎng)，采用的是吸收塔后單獨布置的垂直煙氣流設計。整體式布置方案具有不用另外占用場(chǎng)地，減少了內部連接管道和土建，無(wú)單獨支架，管道布置簡(jiǎn)單，投建成本和運行費用低的優(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和鋼結構負荷增加。
 
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)力的作用下到達集塵板，但在粉塵的清除方式上，干式電除塵器采用的是機械振打，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 結構特點(diǎn)
(1)本體結構。濕式電除塵器主要由進(jìn)出口煙道、除塵器殼體、導流板、整流格柵、陽(yáng)極收塵板陰極線(xiàn)、絕緣箱、沖洗水系統、電源及控制系統組成。結構類(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(xiàn)，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(xiàn)，只能處理垂直流動(dòng)的煙氣。濕式電除塵器外部構件采用普通碳素鋼，內表面加涂層以防腐蝕，安裝時(shí)要注意控制內表面的破損，特別是焊接點(diǎn)、構件連接處等。外殼的外部不需要保溫，因為煙氣溫度低于飽和溫度，因而外殼處的煙氣也幾乎沒(méi)有降溫�？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。
 
(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的液膜，隨著(zhù)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。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，因此需要解決灰水循環(huán)和水耗問(wèn)題建議對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):對粉塵的適應能力強，能達到很高的除塵效率，同時(shí)也適用于處理高溫、高濕的煙氣;沒(méi)有二次揚塵;沒(méi)有錘擊設備等易損部件，可靠性高;能有效去除亞微米級顆粒、SO3氣溶膠和石膏微液滴，對控制PM2.5、藍煙和石膏雨效果良好;由于在電除塵器內電場(chǎng)氣流速度較高，灰斗的傾斜角減小，設備的布置緊湊;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;在高粉塵濃度和高SO2濃度時(shí)難以采用濕式電除塵器;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)，但要與脫硫水系統保持平衡;多處部件需要用耐腐蝕材料，且未大規模生產(chǎn)，單個(gè)產(chǎn)品投入成本較高;新機組需單獨占用爐后場(chǎng)地，對老機組改造將會(huì )有場(chǎng)地布置問(wèn)題。
 
4 新技術(shù)發(fā)展狀況
(1)濕式膜電除塵技術(shù)。該技術(shù)*早在1979年，由美國俄亥俄大學(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，代替傳統電除塵器中的金屬集塵極，利用毛細作用，使水均勻的分布在膜表面，消除了傳統濕式電除塵器集塵板上容易出現的局部干燥區，避免反電暈的產(chǎn)生，也保證了電場(chǎng)的穩定，提高了除塵效率。
 
(2)干濕復合電除塵技術(shù)。集合了干式和濕式電除塵技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，采用前級電場(chǎng)干式電除塵+末極電場(chǎng)濕式電除塵的配套方案，*早由美國電研所于20世紀90年代開(kāi)始研究。
 
5 濕式電除塵器與現有除塵設備比較
以100MW機組為例，達到國家排放標準，對采用5電場(chǎng)干式電除塵器、袋式除塵器、電袋復合式除塵器(包含2電場(chǎng))、4干式+1濕式電除塵器，進(jìn)行技術(shù)性、經(jīng)濟性比較。
 
5.1 經(jīng)濟性比較
(1)設備費用。袋式除塵器<5電場(chǎng)干式除塵器<電袋復合式除塵器<4干式+1濕式電除塵器;
(2)土建及施工費用。袋式除塵器<電袋復合式除塵器<5電場(chǎng)干式除塵器<4干式+1濕式電除塵器;
(3)年運行、維護費用。5電場(chǎng)干式除塵器<電袋復合式除塵器<4干式+1濕式電除塵器<袋式除塵器;
(4)總費用。5電場(chǎng)干式除塵器<袋式除塵器<電袋式復合除塵器<4干式+1濕式電除塵器。
由此可見(jiàn)，濕式電除器的總費用*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
現在廣泛采用的干式電除塵、袋式除塵、電袋復合式除塵技術(shù)，僅能控制脫硫塔前的粉塵排放濃度，對于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，對于PM2.5細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，但對煙氣溫度、濕度、成分敏;感電袋復合式除塵器不受煤質(zhì)、飛灰特性影響，同樣對煙氣溫度、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合污染物的終端控制設備，在控制上述污染物滿(mǎn)足新標準煙塵排放要求上都有出色的表現。表1列出了上述幾種除塵技術(shù)比較。
 
6結語(yǔ)
濕式電除塵器在滿(mǎn)足新標準的同時(shí)，還能對PM2.5細微顆粒、SO3氣溶膠微液滴、有機污染物、重金屬污染物等起到有效的控制作用，其社會(huì )效益巨大。SCR+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(chǎng)*先進(jìn)的、控制污染物效果*好的方式。目前，國內已有數臺套的濕式電除塵器成功應用，并且運行狀況良好。國內外的濕式電除塵器投運經(jīng)驗表明，在燃煤電廠(chǎng)應用濕式電除塵器是完全可行的，而且對于復合污染物有著(zhù)很好的控制效果，能夠解決眾多環(huán)境問(wèn)題相信隨著(zhù)國家環(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)現粉塵超低排放，控制PM2.5和大氣復合污染物方面發(fā)揮重要作用。