湿式静电除尘技术的工艺设备选型分析

Posted 2023-01-12 烟气

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摘要：本文介绍了目前国内湿式除尘设备的主要类型，依据当前国内湿式除尘设备的投入运行实际情况，分析了影响湿式除尘设备高效稳定运行的几个关键参数，并对不同的工艺路线和设备选型方法提出了若干建议。
关键词：湿式静电；工艺；选型；超低排放
一、导言
对于燃煤烟气排放的细颗粒物，三部委要求中、东、西部地区新建和东部现役燃煤电厂烟尘排放浓度标准基本达到或接近燃气轮机组排放限值，鼓励加装湿式静电除尘装置(WESP)等成熟适用的环保改造技术。在美国、日本、德国等世界发达国家，自1991～1992年开始，湿式静电技术用于脱硫尾部烟气处理方面开始有工业应用案例。在我国，自2014年下半年开始，国内陆续建成一批湿式静电除尘改造工程，公布的烟尘排放浓度也越来越低，从10mg/Nm3，到5mg/Nm3，到3mg/Nm3，甚至于1mg/Nm3，结合高效脱硫、脱硝技术，“超净排放”“近零排放”的概念逐渐成为环保热词。WESP作为高效除尘的尖端精处理设备在处理复杂湿烟气PM2.5组分方面具有明显的优势，得到行业人士的普遍认可，本文仅就WESP目前在国内的应用情况进行讨论和分析。
二、WESP技术分类
WESP除在处理复杂湿烟气PM2.5组分具备明显优势之外，其对高比电阻粉尘、酸雾、汞、重金属、二恶英等气溶胶颗粒也具有优异的协同脱除效果，严格来讲，“深度净化、联合脱除”才是该技术应用于燃煤烟气污染物末端脱除的准确表述，而不是常规理解的仅仅实现的除尘功能。随着湿式静电除尘设备的大规模应用，业主单位在选择湿式除尘设备时，通常按照阳极材质不同来分类，即：
1、柔性阳极湿式除尘设备
该技术采用柔性有机纤维作为做阳极，利用纤维结构的毛细现象，使其在运行过程中自然形成“全表面”均匀水膜，不会出现刚性极板常见的“沟流”及“枝杈”现象，降低了阳极发生结垢的可能性。柔性有机纤维材料耐腐蚀性能优越，运行过程中不需要额外使用碱液进行保护性冲洗，无二次废水产生。柔性阳极能够在极板自然形成并保持一层均匀水膜，起到“自冲刷”的水力冲灰效果，无需大量冲洗水。该技术由山东神华山大能源环境有限公司自主研发，专门针对燃煤湿烟气的特点，具备完全自主知识产权，是国内电力行业最早大型化应用(300MW机组以上)的湿式除尘设备技术，可根据需要采用立式或卧式布置方式，运行费用是国内外同类技术的40%～50%。
2、刚性极板湿式除尘设备
(1)不锈钢阳极湿式除尘设备：该技术采用316L不锈钢作为阳极材料，其技术来源为日本三菱、日立公司，国内也有部分环保企业通过消化吸收以上技术推出了自己的不锈钢阳极WESP技术，该技术均采用卧式方式布置。由于316L不锈钢在脱硫后高腐蚀环境烟气中长期运行存在显著的腐蚀结垢风险，采用金属极板的湿式静电除尘器都设计有碱液(NaOH溶液)保护系统，虽然一定程度上延长了阳极板的使用寿命，但是却由此产生了大量碱性废水，须另行处理，也对电厂的废水处理系统带来了一定的压力。
(2)玻璃钢阳极WESP
该技术采用导电玻璃钢作为阳极，具备良好的耐腐蚀性能，运行中不需要碱液保护冲洗。玻璃钢阳极湿式静电曾在国内化工行业(除酸雾)广泛应用，与燃煤烟气不同，化工行业使用的湿式静电除尘器烟气处理流速一般在1m/s左右(一般处理燃煤烟气为2～3m/s)，且尾气成分相对从简单，基本为SO3酸雾，H2S等(燃煤烟气中含有尘、盐类等多组分杂质)，因此该技术在燃煤烟气处理中的应用还有待进一步验证。
三、WESP技术工艺及设备选型分析
清灰方式合理，阳极表面能够持续保持清洁是湿式除尘设备长期稳定运行的关键。因此选择不同的技术工艺，重点应对阳极清灰方式和效果以及由清灰方式衍生的问题予以考虑。WESP设备若按清灰水膜形成类型划分，主要有：自清灰型(依靠静电收集液体形成均匀水膜，完成电极冲洗，以湿烟气环境为前提，代表性技术柔性阳极)；喷雾冲刷型(雾化喷嘴产生气水混合物，在电极表面形成均匀水膜，代表性技术刚性阳极)。阳极材料的异同，其形成水膜的机理差异加大。对于柔性阳极而言，其阳极材料选用耐酸碱腐蚀性优良的有机纤维，材料编制结构特性引入毛细作用，利于在超低水耗量(甚至紧靠捕集脱硫携带的液滴量)即可在表面形成均匀水膜，正常运行耗水量基本为零；刚性阳极需要重点提升极板表面加工偏差和降低表面张力，水膜形成过程要利于液膜铺展，否则会在极板表面形成“沟流”、“枝杈”现象，有造成极板结垢的严重风险，或者需要使用外加水源频繁对阳极进行冲洗，这会使得运行水耗、电耗和运行成本偏大，严重者会影响脱硫系统水平衡。因此需尽量降低冲洗水耗量，从而减少设备出口液滴浓度超标风险增加，降低烟羽脱尾视觉污染。
作者：宋家秋(山东神华山大能源环境有限公司)