湿式电除尘器在燃煤电厂的应用条件分析

Posted 2023-01-12 除尘器

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湿式电除尘器近年来在我国电厂急速发展，然而业内对其普遍认识不足，更缺乏实践经验，因此有必要借鉴国外经验，对其应用条件及设备选型进行探讨。通过对国内、外湿式电除尘器在燃煤电厂的应用研究，对湿式电除尘器技术的发展、应用情况进行了分析，阐述了湿式电除尘器在烟气处理系统所处的地位，提出了湿式电除尘器应用条件建议。
引言
近两年来，随着国内包括益阳电厂2×300MW机组、黄台电厂8号机组(300MW)、舟山电厂350MW机组、嘉兴三期2×1000MW机组等一批湿式电除尘器的投运，湿式电除尘器在国内燃煤电厂得到了迅猛发展。据不完全统计，截至2015年4月，我国湿式电除尘器已有超50台套的工程投运业绩，投运、在建和已经签订合同的燃煤电厂湿式电除尘器已超200台，总装机容量约120000MW，其中金属极板湿式电除尘器约占50%。我国湿式电除尘器超过美、日等国家燃煤电厂应用湿式电除尘器的总和，并且各种类型湿式电除尘器均有应用。在这种条件下，有必要对湿式电除尘器技术进行归类、对应用条件进行分析，以便提出相关技术路线和建议。
1、湿式电除尘器在国外燃煤电厂的应用及相关技术路线
1.1湿式电除尘器在日本的应用
根据统计，至今为止，日本湿式电除尘器在燃煤电厂应用为5台。20世纪90年代，为应对地方环保法规提出的对烟尘排放控制的要求，1991年、1992年和1993年日本三菱公司分别在日本碧南电厂的1、2、3号机组(3×700MW)建成湿式电除尘器，其实际测试主要技术指标如表1所示(表内涉及体积的数值均为标准状态下所得，下同。)。
表1碧南电厂1、2、3号湿式电除尘器主要技术指标
Table1Themainindiceof#1～3WESPinHekinanpowerplantUnit:mg/Nm3

随后几年，日本开始研究低低温电除尘器技术及移动极板电除尘器等技术的工程应用。1994年，日本相马电厂1000MW机组移动极板电除尘器投入运行。1997年第1台低低温电除尘器在日本Haramachi电厂1000MW机组得到应用，标志着采用低低温电除尘器技术与烟气处理系统其它工艺协同控制也能达到烟尘排放质量浓度控制在低于5mg/m3要求。从1997年至2009年，日本一直执行低低温电除尘器+湿法烟气脱硫工艺的协同治理技术路线。
为满足地方政府提出的更高的烟尘排放控制要求，日本公司提出了低低温电除尘器(含移动极板)+湿法烟气脱硫工艺+湿式电除尘器的烟尘协同治理技术路线。碧南电厂4、5号2×1000MW机组采取该技术路线分别于2009年、2010年投运，机组设计湿式电除尘器进口烟尘质量浓度≦5.0mg/m3，出口烟尘质量浓度≦2.0mg/m3，湿式电除尘器除尘效率60%。
总结日本燃煤电厂湿式电除尘技术应用主要采用的技术路线：(1)低NOx燃烧器+选择性催化还原(SCR)烟气脱硝工艺+电除尘器+湿法烟气脱硫工艺+湿式电除尘器(碧南电厂1、2、3号3台700MW机组，1991年、1992年、1993年投运)；(2)低NOx燃烧器+SCR烟气脱硝工艺+低低温电除尘器+湿法烟气脱硫工艺+水媒体净烟气加热器(1997年～2009年)；(3)低NOx燃烧器+SCR烟气脱硝工艺+低低温电除尘器(含移动极板)+湿法烟气脱硫工艺+湿式电除尘器+水媒体净烟气加热器(碧南电厂4、5号2台1000MW机组，2009年、2010年投运)。其中，技术路线(2)不采用湿式电除尘器仍能达到环保要求。
1.2湿式电除尘器在美国的应用
2006年，美国提出了废除PM10要求,专门针对PM2.5提出控制要求,此后美国在燃煤电厂安装了8台湿式电除尘器。美国燃煤电厂湿式电除尘器安装情况如表2所示。
表2美国燃煤电厂湿式电除尘器安装情况
Table2TheinstillationstatusofWESPsincoal-firedpowerplantsintheUS

注：ESP为电除尘器；FF为布袋除尘器；WFGD为湿法脱硫系统；WESP为湿式电除尘器
主要案例技术路线分析：
(1)美国Spurlock电厂1、2号机组湿式电除尘器的应用。电厂燃煤硫分为4.2%。采取的烟气治理技术路线：低NOx燃烧器+SCR烟气脱硝工艺+电除尘器+湿法烟气脱硫工艺+湿式电除尘器。该系统分别于2008年和2009投运。
(2)美国TrimbleCounty电厂2号机组湿式电除尘器的应用。该电厂是美国燃高硫煤最环保的电厂之一。采取的烟气治理技术路线：低NOx燃烧器+SCR烟气脱硝工艺(NOx综合脱除率>90%)+石灰液喷射系统(脱除S03)+电除尘器+活性炭烟气脱汞装置+布袋除尘器+湿法烟气脱硫工艺+湿式电除尘器，该系统2011年投运。
(3)ElmRoad电厂1、2号机组湿式电除尘器的应用。电厂燃煤硫分为2.6%，采取的烟气治理技术路线：低NOx燃烧器+SCR烟气脱硝工艺+电除尘器+湿法烟气脱硫工艺+湿式电除尘器，该系统分别于2009年和2010年投运，湿式电除尘器脱除达总量94%的PM2.5及SO3。
美国燃煤电厂湿式电除尘器应用特点：(1)针对燃中、高硫煤电厂；(2)针对新的燃煤电厂，并且主要针对燃中煤阶煤和高煤阶煤的火电机组，以解决蓝烟问题。美国自从2006年提出PM2.5控制要求后，提出了除脱除传统的粉尘、NOx、SO2外，还要脱除PM2.5、SO3及汞的要求，进而提出了低NOx燃烧器+SCR烟气脱硝工艺+活性炭脱汞工艺+布袋除尘器+湿法烟气脱硫工艺+湿式电除尘器的技术路线，其中大多数电厂采取布袋除尘器+湿法烟气脱硫工艺+湿式电除尘器或电除尘器+烟气脱汞+布袋除尘器+湿法烟气脱硫工艺+湿式电除尘器的技术路线。
笔者对美国上述技术路线研究所得结论：(1)满足美国环保排放法规的要求，即美国燃煤电厂颗粒物排放质量浓度控制要求依然是20mg/m3，因此首先应满足该要求。(2)满足控制PM2.5、硫酸雾和蓝烟要求。(3)满足烟气脱汞的要求。
美国2011年以前各州电厂汞排放标准是1～3μg/m3。美国对80个电厂的测试结果表明：布袋除尘系统的汞脱除率最高可达90%。在布袋除尘器内，烟气与滤料表面形成的滤饼层充分接触，滤饼层如同一个固定床反应器，可以促进汞的异相氧化和吸附；湿式电除尘器脱除大约37%的剩余汞。
1.3国外主要湿式电除尘器性能
国外主要湿式电除尘器性能如表3所示。
表3国外主要湿式电除尘器技术参数
Table3MaintechnicalparametersofforeignWESPs

2、湿式电除尘器在国内的应用
(1)华能山东黄台电厂8号机组(300MW)。2013年12月25日该机组湿式电除尘器投运，现已运行1年以上，各项性能指标优于设计值。烟尘排放质量浓度6.85mg/m3；PM2.5排放质量浓度0.95mg/m3，PM2.5脱除效率362%；总汞脱除效率337%；除尘器阻力335Pa。湿式电除尘器每天冲洗1次，每次冲洗用水量10m3。
(2)国华舟山电厂二期1×350MW机组。2014年6月25日神华国华舟山二期燃煤机组1×350MW机组“近零排放”项目通过168h运行移交生产。该机组采取的烟气治理技术路线：控煤(Sar<0.8%，Aar<20%)及低NOx燃烧器+SCR烟气脱硝工艺+五电场(4+1)移动极板电除尘器+海水烟气脱硫工艺+湿式电除尘器。主要环保指标经浙江省环境监测中心检测：烟囱入口烟尘排放质量浓度为2.55mg/m3。其中各段烟尘质量浓度测量情况：电除尘器出口为16.5mg/m3，海水烟气脱硫装置出口为10mg/m3，湿式电除尘器出口为2.55mg/m3。
(3)嘉兴发电厂三期2×1000MW机组及六横电厂2×1030MW机组。嘉兴发电厂三期2×1000MW机组采用低低温电除尘器+湿法烟气脱硫工艺+湿式电除尘器。据介绍：其综合除尘效率达到99.99%。六横电厂2×1030MW超超临界燃煤机组采用旋转电极电除尘器+湿法烟气脱硫工艺+湿式电除尘器+水媒体净烟气加热器，综合除尘效率达到99.99%。
(4)天津国电津能滨海热电有限公司1号机组(300MW)。该机组湿式电除尘器设计主要技术指标为入口粉尘质量浓度≤20mg/m3时，出口粉尘质量浓度<5mg/m3；本体总阻力≤350Pa。湿式电除尘器性能测试数据为：入口烟尘质量浓度<10mg/m3，出口烟尘质量浓度<3mg/m3。
3、国内燃煤电厂湿式电除尘器主要性能
国内燃煤电厂湿式电除尘器应用主要分以下3种：金属极板湿式电除尘器、柔性阳极湿式电除尘器和导电玻璃钢湿式电除尘器(分立式、卧式2种)，其主要性能对比结果如表4所示。
表4国内燃煤电厂湿式电除尘器主要性能对比
Table4TheperformancecomparisonofWESPsindomesticcoal-firedpowerplants

国内部分湿式电除尘器参数如表5所示。
表5国内部分湿式电除尘器主要参数
Table5ThecomparisonofmaintechnicalparametersofdomesticWESPs

4、湿式电除尘器应用条件分析及建议
目前，国内燃煤电厂投运的湿式电除尘器数量已经远远超过美国、日本运行湿式电除尘器总量，即出现湿式电除尘器的应用在国内出现“一窝蜂”现象，但对湿式电除尘器的应用条件和对湿式电除尘器在环保技术路线中的作用并不十分清晰。笔者的建议是适量开展，不断总结，特别应注意湿式电除尘器要解决什么样的排放问题，同时还要解决湿式电除尘器运行可靠性、废水处理、腐蚀严重、材料选择困难等问题。
日本相关公司在最早一批湿式电除尘器应用时，运行几年时间后出现极板结垢、腐蚀等方面问题，在采取优化喷淋系统、增加碱冲洗溶液等措施后，2009年后投运的机组湿式电除尘器未再出现类似问题。美国相关公司认为，在吸收塔后布置湿式电除尘器，必须解决因氯化物浓度升高所引起的不锈钢发生点腐蚀和/或缝隙腐蚀的问题。湿式电除尘器所处位置基本上由未缓冲的脱硫浆液雾或冷凝物所湿化，它们对烟气中剩余SO2的吸收可能造成pH值下降到低于2。由于湿式电除尘器会出现高氯化物和低pH值的可能性，因此不推荐极板、极线等仅使用普通不锈钢，根据pH值、氯离子浓度不同，可分别选用317LM、双向不锈钢3305、超级奥氏体钢904、镍合金625等。
如前文所述，美国燃煤电厂湿式电除尘器应用主要针对燃中、高硫煤电厂和新上燃煤电厂，并且主要针对燃中煤阶煤和高煤阶煤的火电机组，以解决蓝烟问题，同时满足2006年提出的PM2.5控制要求。
湿式电除尘器是燃煤电厂烟气综合治理体系最后一道防线，对什么时候设，要达到什么目的应该有清晰的认识。我国不可能像日本一样，个个电厂选低低温或湿式电除尘器，但可以借鉴美国和日本的部分经验，提出不同的技术路线。根据本文上述分析，对湿式电除尘器的应用建议如下：
(1)燃低硫煤电厂。目前国家标准要求特别排放限值地区烟尘排放质量浓度为20mg/m3。对于燃用低硫煤的电厂，可考虑采用低低温技术路线与高效电除尘器及湿法烟气脱硫工艺结合的工艺，满足烟尘排放质量浓度5mg/m3(地方标准)的要求，或满足最近三部委颁发的发改能源[2014](2093)号文件提出的10mg/m3要求。鉴于此，建议燃低硫煤的电厂可暂不考虑采用湿式电除尘器。
(2)燃中、高硫煤电厂。湿式电除尘器不仅应用于烟尘排放，同时还应考虑更长远的排放控制问题。华能在山东的几个湿式电除尘器项目的实践在这方面已经积累了一定的经验，既要满足烟尘排放控制要求，又要考虑脱除大部分PM2.5，以及部分SO3和汞，以消除蓝色烟羽。
(3)新上燃煤电厂。可将粉尘、NOx、SO2、PM2.5、SO3及汞等共同考虑，提出先进的环保技术路线，其中包括采用湿式电除尘器。
(4)湿式电除尘器选型。对于600MW、1000MW机组，从除尘效率、阻力、布置、检修维护等方面考虑，建议采用卧式、板式湿式电除尘器；对于300MW等级机组，可采用立式蜂窝式或卧式、板式湿式电除尘器。
5、结语
湿式电除尘器的应用应与主体烟气治理技术路线相协调，并应及时总结经验。根据不同的燃煤电厂条件，应做到因地制宜、因煤制宜、因炉制宜、因标准制宜，并应考虑未来环保标准可能的变化，确保湿式电除尘器在我国得到可靠应用、合理发展。