胡志光，李　麗，徐　勁

(華北電力大學(xué) a. 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院； b. 能源動力與機(jī)械工程學(xué)院，河北保定071003)

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新排放標(biāo)準(zhǔn)下燃煤電廠濕式電除塵器應(yīng)用分析

胡志光a，李麗a，徐勁b

(華北電力大學(xué) a. 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院； b. 能源動力與機(jī)械工程學(xué)院，河北保定071003)

針對目前國內(nèi)大多數(shù)燃煤電廠所采用的煙氣治理路線難以滿足排放標(biāo)準(zhǔn)的問題，通過介紹濕式電除塵器的除塵機(jī)理及布置方式，對比目前主流的3種濕式電除塵技術(shù)及能滿足現(xiàn)行排放標(biāo)準(zhǔn)的除塵技術(shù)，分析了濕式電除塵器在燃煤電廠的應(yīng)用。結(jié)果表明，將濕式電除塵器作為煙氣進(jìn)入煙囪前的最后一道把關(guān)設(shè)備，能持續(xù)實(shí)現(xiàn)超低排放，效果顯著。為燃煤電廠濕式電除塵器的應(yīng)用提供一定的參考。

濕式電除塵器；除塵；污染物控制

0　引言

近年來，全國霧霾天氣頻發(fā)，對人們身心健康和生產(chǎn)生活造成嚴(yán)重影響,霧霾問題已引起國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。相關(guān)資料顯示，超微細(xì)顆粒物“PM2.5”比表面積較大、表面活性及吸附性強(qiáng)，容易富集各種重金屬、有機(jī)污染物等有毒物質(zhì)，且在空氣中懸浮時(shí)間長，傳輸距離遠(yuǎn)，是導(dǎo)致大氣能見度低、霧霾、酸雨等重大環(huán)境問題的“罪魁禍?zhǔn)住盵1]。研究表明，燃煤電廠直接排放的PM2.5約占全國PM2.5排放量的10%，加之由燃煤產(chǎn)生的二次顆粒物，燃煤電廠排放的比例還會更高[2]。目前國內(nèi)大多數(shù)燃煤電廠采用的除塵方式對PM2.5的捕集效率為：普通干式除塵器約為50%～60%；低溫電除塵器約為50%～60%；移動極板電除塵器約為60%～70%；袋式除塵器約為70%～80%；電袋除塵器約為70%～80%?？芍@些除塵器對PM2.5的最高脫除率為80%左右，但這些除塵設(shè)備均布置于脫硫系統(tǒng)上游，對脫硫系統(tǒng)上游產(chǎn)生的污染物起到控制作用，但對濕式脫硫系統(tǒng)運(yùn)行過程中產(chǎn)生的水霧、石膏雨、硫酸氣溶膠等污染物無能為力。而且目前被大多數(shù)燃煤電廠所采用的選擇性催化還原脫硝技術(shù)會催生更多的SO3，部分會和逃逸的氨結(jié)合生成(NH3)2SO4氣溶膠，多余的氨發(fā)生逃逸也會生成氣溶膠，脫硝催化劑中含有的重金屬，還會增加后續(xù)煙氣中重金屬的含量[3]。這些現(xiàn)象都導(dǎo)致了從脫硫系統(tǒng)出來的煙氣難以達(dá)到現(xiàn)行的排放標(biāo)準(zhǔn)。因此，國內(nèi)大多數(shù)燃煤電廠煙氣處理系統(tǒng)缺乏對脫硫后的煙氣中污染物進(jìn)行終端處理的設(shè)備。參考美國、日本、歐洲等發(fā)達(dá)國家和地區(qū)濕式電除塵器成熟應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)及國內(nèi)現(xiàn)有的濕式電除塵器運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，將濕式電除塵器布置于濕法脫硫系統(tǒng)下游，對進(jìn)入煙囪前煙氣中存在的微細(xì)顆粒物(包括PM2.5粉塵、SO3酸霧、及氣溶膠等)、重金屬(如Hg、As、Se、Pb、Cr等)、有機(jī)復(fù)合污染物(如多環(huán)芳烴、二噁英等)等污染物進(jìn)行脫除，效果顯著。隨著國家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的日益嚴(yán)格及人們對美好生存環(huán)境的渴望，火力發(fā)電廠燃煤鍋爐及其他工業(yè)鍋爐尾部加裝濕式電除塵器已是大勢所趨[4]。

圖1　濕式電除塵器工作原理

1　濕式電除塵器的工作原理

濕式電除塵器脫除污染物的過程如圖1所示，分為空氣電離、粉塵及霧滴粒子荷電、收集和水力清灰4個階段。

2　技術(shù)特點(diǎn)分析

2.1技術(shù)優(yōu)勢

與普通干式靜電除塵設(shè)備相比，濕式電除塵器具有以下技術(shù)特點(diǎn)：

(1)起暈電壓低，放電電壓高，能提供幾倍于干式電除塵器的電暈功率。

(2)不受粉塵比電阻及粒徑影響，可有效捕集微細(xì)顆粒物(包括PM2.5粉塵、SO3酸霧、及氣溶膠等)、重金屬(如Hg、As、Se、Pb、Cr等)、有機(jī)污染物(如多環(huán)芳烴、二噁英等)等復(fù)合污染物。

(3)可捕集濕法脫硫設(shè)備產(chǎn)生的衍生物，消除石膏雨。

(4)可達(dá)到其他煙氣治理設(shè)備難以達(dá)到的極低的排放指標(biāo)：顆粒物排放濃度≤3 mg/Nm3，煙囪排放普遍控制在20 mg/Nm3以下，部分場合更可達(dá)到10 mg/Nm3(甚至5 mg/Nm3)以下的超低排放。

(5)系統(tǒng)壓力損失小。

(6)改變了清灰方式，可靠的水力清灰系統(tǒng)，避免了粉塵的二次飛揚(yáng)現(xiàn)象。

(7)無轉(zhuǎn)動部件等易損件，運(yùn)行穩(wěn)定，安全可靠，維護(hù)費(fèi)用較低。

(8)結(jié)構(gòu)形式設(shè)計(jì)多樣化，可與其他設(shè)備進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)，減小占地空間。

2.2濕式電除塵器存在的問題

(1)水力清灰耗水量巨大，需與濕法脫硫系統(tǒng)聯(lián)合設(shè)計(jì)，建立水循環(huán)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)水的循環(huán)使用，盡量減少污水排放，需要排放的污水必須處理達(dá)標(biāo)后進(jìn)行排放。

(2)濕式除塵器布置于脫硫塔后高濕環(huán)境，工作環(huán)境極其惡劣，電場內(nèi)部件材質(zhì)及連接方式都需慎重考慮。

(3)濕式電除塵器的布置方式，結(jié)構(gòu)形式，應(yīng)仔細(xì)考慮，在達(dá)標(biāo)排放的前提下實(shí)現(xiàn)占地面積最小化。

(4)目前國內(nèi)經(jīng)驗(yàn)不夠成熟，存在單獨(dú)設(shè)計(jì)成本較高現(xiàn)象。

3　濕式電除塵器布置方案

目前，國內(nèi)燃煤電廠煙氣處理工藝一般是由脫硝、除塵、脫硫組成?，F(xiàn)有除塵工藝存在對脫硝過程產(chǎn)生的有毒重金屬，除塵系統(tǒng)未捕集的細(xì)微顆粒物及脫硫系統(tǒng)產(chǎn)生的三氧化硫和石膏夾帶等處理不良的問題。而將濕式電除塵器安裝于濕法脫硫設(shè)備之后就成了最佳選擇。以濕式電除塵器為核心的煙氣協(xié)同治理路線如圖2所示。也是目前世界上最為先進(jìn)的煙氣處理路線。

圖2　以濕式電除塵器為核心的煙氣協(xié)同治理路線

4　濕式電除塵器技術(shù)方案比較

將目前較為主流的3種濕式電除塵器做了比較，如表1所示[5]。

就濕式電除塵器的性能而言，金屬極板濕式電除塵器可靠性最好，極間距、電場穩(wěn)定性好，運(yùn)行電壓高；煙氣流速較低，能有效控制氣流帶出，PM2.5，SO3等脫除效率高；使用壽命達(dá)15年以上；耐高溫，當(dāng)脫硫系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，可以在較高煙氣溫度下運(yùn)行；電暈線和極板在水循環(huán)系統(tǒng)的沖洗下，能夠保持清潔，系統(tǒng)性能穩(wěn)定。導(dǎo)電玻璃鋼濕式電除塵器極板機(jī)械強(qiáng)度介于金屬極板和柔性極板之間，極間距易保證，具有良好的電場穩(wěn)定性和較高的PM2.5，SO3脫除率；使用壽命與產(chǎn)品質(zhì)量以及制作產(chǎn)品所用的樹脂等原材料性能有關(guān)，大多數(shù)在10～15年左右；但導(dǎo)電玻璃鋼極板材料在較高煙溫下工作壽命會變短，甚至發(fā)生燒蝕。柔性極板濕式電除塵器可靠性差、陽極材料易變形，極間距和電場穩(wěn)定性差，運(yùn)行電壓低；較高的煙氣流速易導(dǎo)致極板搖動并帶出氣流，除塵性能難以保證；柔性陽極使用壽命6年左右，據(jù)介紹一個大修周期內(nèi)換布率不超過20%；陽極材料不耐高溫，陽極板在較高煙溫下工作壽命變短，甚至發(fā)生燒蝕；因?yàn)闆]有連續(xù)噴淋水系統(tǒng)，清灰性能難以保證。

表1　3種主流濕式電除塵器技術(shù)基本參數(shù)對比

5　與目前其他除塵技術(shù)的比較

將新排放標(biāo)準(zhǔn)下幾種電除塵器新技術(shù)做了對比，主要技術(shù)特點(diǎn)如表2所示[6-9]。

6　結(jié)論

(1)國家排放標(biāo)準(zhǔn)日益嚴(yán)格，普通干式除塵器已難以達(dá)標(biāo)，出現(xiàn)了許多除塵新工藝，但大多數(shù)除塵工藝依然是布置于脫硫系統(tǒng)上游的，對于脫硫系統(tǒng)產(chǎn)生的污染物難以控制，濕式除塵器在這一方面優(yōu)勢明顯。

(2)布置于脫硫系統(tǒng)下游的濕式電除塵器能有效脫除微細(xì)顆粒物、有毒重金屬、有機(jī)復(fù)合污染物，消除石膏雨、藍(lán)煙等現(xiàn)象，使煙囪粉塵濃度排放降至10 mg/Nm3以下，甚至降至5 mg/Nm3。具有其他技術(shù)無可比擬的優(yōu)勢[10,11]。

(3)濕式除塵器在國內(nèi)的應(yīng)用目前存在國內(nèi)技術(shù)不夠成熟，國外引進(jìn)技術(shù)成本過高，甚至部分中小電廠難以負(fù)荷。

(4)國內(nèi)目前對于濕式電除塵技術(shù)研究不夠成熟，應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)不足，部分已投產(chǎn)的濕式電除塵器存在基建及運(yùn)行成本高、腐蝕嚴(yán)重，產(chǎn)生的廢水處理不良引起的二次污染嚴(yán)重、氣流分布不均等問題。

(5)國內(nèi)相關(guān)科研人員應(yīng)加強(qiáng)對濕式電除塵器極板新材料的開發(fā)，針對如何減輕腐蝕、減小氣流均布系數(shù)、降低基建及運(yùn)行成本等方面進(jìn)行研究，以促進(jìn)濕式電除塵器逐漸被更多電廠采用[12]。

(6)國內(nèi)電廠應(yīng)結(jié)合自身的實(shí)際情況，在對地理位置、煤質(zhì)、煙氣條件等參數(shù)進(jìn)行充分考慮的前提下，選擇適合自身狀況的煙氣處理方式，以促使達(dá)到低成本，高效能。

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Analysis of Wet Electrostatic Precipitator Application in Coal-fired Power Plants Under New Emission Standards

HU Zhiguanga， LI Lia， XU Jinb

(a. School of Environmental Science and Engineering; b. School of Energy Power and Mechanical Engineering, North China Electric Power University, Baoding 071003, China)

In light of the problem that the flue gas treatment line used by most domestic coal-fired power plants is difficult to meet emission standards, this paper introduces the WESP work mechanism and its layout form, and by comparing the current three mainstream WESP technology and other dedust technologies which satisfy current emission standards, the application of WESP in coal-fired power plants is then analyzed. The result shows that as the final check device before flue gas getting into the chimney, WESP can continue achieving ultra-low emissions, and the effect is significant. This paper provides a reference for the application of WESP in coal-fired power plants.

WESP； dedust； pollution control

2016-05-24。

胡志光(1958-)，男，教授，主要研究方向?yàn)殡姵龎m器的計(jì)算機(jī)仿真控制技術(shù)和專家故障診斷技術(shù),E-mail:hzg2991@126.com。

X51

A

10.3969/j.issn.1672-0792.2016.08.014