湿式电除尘器技术分析

Posted 2023-01-11 除尘器

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1概述
燃煤电厂一直是国家环境治理的重点，新出台的污染物排放标准更是对近年来陆续跟进的除尘、脱硫以及脱硝系统提出了更高的要求，如何控制PM2.5细颗粒排放、石膏雨和烟囱蓝烟等问题已成为当务之急。新的《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223-2011)中，粉尘排放限值由50mg/m3提高到30mg/m3，重点地区提高到20mg/m3，单纯的干式电除尘器已经很难满足要求，同时新标准也提高了NOx和SOx的排放限值，并增加了Hg的控制指标。湿式电除尘器(WESP)在实现超低排放、控制PM2.5和重金属等复合污染物方面应用效果良好，国家环保部在《环境空气细颗粒物污染防治技术政策(试行)》(征求意见稿)中明确指出:鼓励火电企业采用湿式电除尘等新技术，防止脱硫脱硝造成的“石膏雨”以及“蓝烟”污染。
2国内外应用现状和技术特点
2.1国内湿式电除尘器应用概况
我国在湿式电除尘技术研究方面起步较晚，最早主要是硫酸和冶金工业中应用了一些中小型的湿式电除尘器。从2009年开始，逐步开展了针对燃煤电厂应用湿式电除尘器的研究和探索，并取得了多个项目的成功应用。华电淄博热电有限公司湿式电除尘工程，该项目充分考虑了老厂炉后场地有限的特点，采用了双层复式卧式结构，结构紧凑。鞍钢第二发电厂燃气-蒸汽联合循环机组，引进日本三菱湿式电除尘器装置(平板式)，用于除尘净化进入煤气压缩机前高炉、焦炉煤气。
2.2国外湿式电除尘器应用概况
日本的湿式电除尘技术起步较早，已经有30多年的应用史，仅三菱重工就有33台套应用于电厂。日本碧南电厂5台套湿式电除尘器投产20年来，烟尘排放浓度长期保持在2～5mg/m3的水平，并且湿式电除尘器本体和内部构件均未发生严重腐蚀。
美国在湿式电除尘方面研究也较早，与日本不同的是，美国应用较多的是垂直烟气流独立设计和与WFGD的整体式设计。典型工程有AES深水电厂，采用的是吸收塔后单独布置的垂直烟气流设计。整体式布置方案具有不用另外占用场地，减少了内部连接管道和土建，无单独支架，管道布置简单，投建成本和运行费用低的优点。缺点是:由于布置在WFGD的上方，使得烟气的流动阻力增加，同时高空布置也使得基础和钢结构负荷增加。
3湿式电除尘器的原理及特点
3.1工作原理
湿式电除尘器的工作原理和干式的类似，都是高压电晕放电使粉尘或水雾荷电，荷电的粒子在电场力的作用下到达集尘板，但在粉尘的清除方式上，干式电除尘器采用的是机械振打，而湿式电除尘器采用冲刷液冲洗电极，将收尘板上捕获的粉尘冲刷到灰斗中随之排出。
3.2结构特点
(1)本体结构。湿式电除尘器主要由进出口烟道、除尘器壳体、导流板、整流格栅、阳极收尘板阴极线、绝缘箱、冲洗水系统、电源及控制系统组成。结构类型上一般分为板式和管式两类，板式的集尘极为平板状，水膜形成性好，极板间均布电晕线，主体类似于干式电除尘器，能处理水平或垂直流动的烟气；管式的集尘极一般为多根并列的圆形或多边形金属管，中间分布电晕线，只能处理垂直流动的烟气。湿式电除尘器外部构件采用普通碳素钢，内表面加涂层以防腐蚀，安装时要注意控制内表面的破损，特别是焊接点、构件连接处等。外壳的外部不需要保温，因为烟气温度低于饱和温度，因而外壳处的烟气也几乎没有降温。总体来看，管式集尘极要比板式的效率高、便于布置且占用空间少。
(2)清灰方式。干式电除尘器是通过振打的方式，将集尘极上的积灰振落到灰斗，而湿式电除尘器是将冲刷液喷淋至集尘板上形成连续的液膜，随着冲刷液的流动将粉尘冲刷到灰斗中随之排出。若集尘极上的粉尘不能及时冲刷下来，会产生运行电压下降、电晕封闭和局部腐蚀等问题。常见的清灰方式包括自冲刷、喷雾冲刷和液膜冲刷。不管哪类冲刷方式，冲刷液中含有的大量悬浮颗粒物以及酸性物质，直接排放会造成二次污染和水资源的浪费，因此需要解决灰水循环和水耗问题建议对冲洗水采用闭式循环。
3.3湿式电除尘器的优缺点
湿式电除尘器的优点:对粉尘的适应能力强，能达到很高的除尘效率，同时也适用于处理高温、高湿的烟气；没有二次扬尘；没有锤击设备等易损部件，可靠性高；能有效去除亚微米级颗粒、SO3气溶胶和石膏微液滴，对控制PM2.5、蓝烟和石膏雨效果良好；由于在电除尘器内电场气流速度较高，灰斗的倾斜角减小，设备的布置紧凑；降低烟气中总的携带水量，减小石膏雨形成的几率存在的问题:排烟温度需低于冲刷液的绝热饱和温度；在高粉尘浓度和高SO2浓度时难以采用湿式电除尘器；必须要有良好的防腐蚀措施；湿式电除尘器冲洗水虽采用闭式循环，但要与脱硫水系统保持平衡；多处部件需要用耐腐蚀材料，且未大规模生产，单个产品投入成本较高；新机组需单独占用炉后场地，对老机组改造将会有场地布置问题。
4新技术发展状况
(1)湿式膜电除尘技术。该技术最早在1979年，由美国俄亥俄大学Pasic提出并研究成功。湿式膜电除尘器采用碳纤维或硅纤维编织膜作为集尘极，代替传统电除尘器中的金属集尘极，利用毛细作用，使水均匀的分布在膜表面，消除了传统湿式电除尘器集尘板上容易出现的局部干燥区，避免反电晕的产生，也保证了电场的稳定，提高了除尘效率。
(2)干湿复合电除尘技术。集合了干式和湿式电除尘技术的优点，采用前级电场干式电除尘+末极电场湿式电除尘的配套方案，最早由美国电研所于20世纪90年代开始研究。
5湿式电除尘器与现有除尘设备比较
以100MW机组为例，达到国家排放标准，对采用5电场干式电除尘器、袋式除尘器、电袋复合式除尘器(包含2电场)、4干式+1湿式电除尘器，进行技术性、经济性比较。
5.1经济性比较
(1)设备费用。袋式除尘器<5电场干式除尘器<电袋复合式除尘器<4干式+1湿式电除尘器；
(2)土建及施工费用。袋式除尘器<电袋复合式除尘器<5电场干式除尘器<4干式+1湿式电除尘器；
(3)年运行、维护费用。5电场干式除尘器<电袋复合式除尘器<4干式+1湿式电除尘器<袋式除尘器；
(4)总费用。5电场干式除尘器<袋式除尘器<电袋式复合除尘器<4干式+1湿式电除尘器。
由此可见，湿式电除器的总费用最高，但其所带来的社会效益和环境效益是无法估量的。
5.2技术性比较
现在广泛采用的干式电除尘、袋式除尘、电袋复合式除尘技术，仅能控制脱硫塔前的粉尘排放浓度，对于SCR以及WFGD后所产生的SO3气溶胶和石膏微液滴没有去除效果，对于PM2.5细微颗粒物和重金属污染物的去除效果也很有限。干式电除尘器除尘性能受煤质、飞灰成分、物相组成影响；袋式除尘器不受煤质、飞灰特性影响，但对烟气温度、湿度、成分敏；感电袋复合式除尘器不受煤质、飞灰特性影响，同样对烟气温度、湿度等敏感，但要好于袋式除尘器；湿式电除尘器不受煤质、烟气工况影响，适用范围较广。湿式电除尘器作为大气复合污染物的终端控制设备，在控制上述污染物满足新标准烟尘排放要求上都有出色的表现。表1列出了上述几种除尘技术比较。

6结语
湿式电除尘器在满足新标准的同时，还能对PM2.5细微颗粒、SO3气溶胶微液滴、有机污染物、重金属污染物等起到有效的控制作用，其社会效益巨大。SCR+ESP/FF+WFGD+WESP的大气污染物控制模式，也是目前世界上燃煤电厂最先进的、控制污染物效果最好的方式。目前，国内已有数台套的湿式电除尘器成功应用，并且运行状况良好。国内外的湿式电除尘器投运经验表明，在燃煤电厂应用湿式电除尘器是完全可行的，而且对于复合污染物有着很好的控制效果，能够解决众多环境问题相信随着国家环保要求的不断提高，湿式电除尘器也将日益受到重视，并在实现粉尘超低排放，控制PM2.5和大气复合污染物方面发挥重要作用。