燃煤电厂湿式电除尘技术-曹作旺

2014年第19期科技创新科技创新与应用燃煤电厂湿式电除尘技术曹作旺1李云涛2（1、贵州省习水鼎泰能源开发有限责任公司，贵州习水5646002、中电投远达环保工程有限公司，重庆401122）引言根据统计，在中国各行业中，燃煤电厂排放的工业烟尘所占比例是最高的[1]。国家逐年降低火电厂污染物排放限值，最新颁布的《火电厂大气污染物排放标准》中燃煤电厂烟尘排放限值降低至30mg/m3，而对于重点地区，其燃煤电厂烟尘排放限值降低至20mg/m3。当燃煤电厂燃煤灰份大、比电阻高或锅炉排烟温度较高时，干式电除尘器往往达不到新标准的要求。经过对燃煤电厂电除尘器前后细灰组成进行研究，发现除尘器前粉尘大颗粒占大多数，PM10和PM2.5占总灰百分比为39.35%和2.42%，而除尘器后高达92.47%和35.56%，说明普通电除尘器对细灰捕集效率不高，PM2.5除尘效率较低[2]。近年来针对微细颗粒的排放控制发展了许多新技术，其对微细粉尘的收集效率如图1所示，从图中可以看到，随着颗粒直径由10μm递减至小于1μm，各种技术相应的粉尘收集效率曲线陡降，唯一例外的是湿法与静电并用的湿式电除尘技术，该技术的收尘效率受微细颗粒直径影响较小，对粒径0.06~10μm范围内的颗粒都具有较高的收集效果。根据国内外应用情况，在湿法脱硫装置后安装湿式电除尘器，不仅能有效控制烟气中的微细颗粒的排放，而且可以脱除湿法脱硫后烟气中携带的石膏液滴，以及经过SCR后生成的SO3气溶胶颗粒，从而消除烟囱“石膏雨”和烟气的“蓝烟”等现象。1湿式电除尘技术工作原理及其脱除性能1.1工作原理湿式电除尘脱除粉尘分为荷电、集尘、清灰三个步骤。将水雾喷向放电极和电晕区，水雾在电极形成的电晕场内荷电后分裂进一步雾化，电场力、荷电水雾的碰撞拦截、吸附凝并，共同对粉尘粒子起捕集作用，最终粉尘粒子在电场力的驱动下到达集尘极而被捕集，喷雾形成的连续水膜将捕获的粉尘冲刷到灰斗中排出。1.2湿式电除尘对微细粉尘和SO3雾滴的脱除湿式电除尘中，放电极电子较易溢出，水雾被进一步细化，使电场中存在大量带电雾滴，大大增加亚微米粒子碰撞带电的机率，而带电粒子在电场中运动的速度是布朗运动的数十倍，这大幅度提高了亚微米粒子向集尘极运行的速度，可以在较高的烟气流速下，捕获更多的微粒[4]。烟气中的SO3在205℃以下时，主要以H2SO4的微液滴形式存在[5]，其平均直径在0.4μm以下，因此干式静电除尘器和FGD对SO3去除较低。湿式电除尘器对亚微米颗粒的高捕获率，可对SO3的微液滴起相同作用。湿式电除尘器独特的工作环境决定了它能够高效地脱除亚微米级别的粉尘、雾滴，除尘效率最高可达到99.9%以上[6]。2湿式电除尘器设计2.1结构设计湿式电除尘器在结构上主要分为两种基本型式：管式和板式。管式湿式电除尘器的集尘极为多根并列的圆形或多边形金属管，放电极均布于极板之间，管状湿式电除尘器只能用于处理垂直流动的烟气。板式湿式电除尘器的集尘极呈平板状，可获得良好的水膜形成特性，极板间均布电晕线，板式湿式电除尘器可用于处理水平或垂直流动的烟气。这两种湿式电除尘器的不同点主要在于[7]：（l）对于给定的除尘效率，电极长度相同的前提下，管式湿式电除尘器所允许的烟气流速是板式湿式电除尘器的两倍。（2）对于给定的除尘效率，管式湿式电除尘器的局部干燥区比板式湿式电除尘器要小。2.2材料选择壳体通常采用带有衬层保护的碳钢，为防止腐蚀，其内表面需涂有防腐材料。安装时还需严格控制壳体内表面破损，防止产生腐蚀，如焊缝、孔隙、构件连接处及盖板等。为了避免发生点腐蚀和裂隙腐蚀，内部构件材料必须考虑工艺气体和冲洗液体中氧和氯化物的浓度。对于耐腐蚀性和材料选取的关系，表1显示了各种材料的选择及其能够正常工作的氯化物浓度范围。表1不同氯化物浓度对应采用的材料[8]2.3湿式电除尘布置形式目前在国外电厂常采用的湿式电除尘器布置形式有以下三种：水平烟气独立布置；垂直烟气独立布置；垂直烟气与WFGD整体式设计。前两种布置方式需要专门的空间，第三种布置方式是近些年来最常用的，同时成本和运行费用也是最低的，占地面积也很小。3湿式电除尘在燃煤电厂的应用湿式电除尘器最早在1907年开始应用于硫酸和冶金工业生产中，上世纪八十年代后国外大容量燃煤电厂也逐渐采用湿式电除尘器净化脱硫后的烟气，取得了良好的效果。美国的AESDeepwater电厂于1986年采用湿式电除尘技术，该电厂以石油焦作为主要燃料，其湿式电除尘器由3个电场、12套平行向上的烟气流系统模件组成，经测试对硫酸雾的脱除效率高于90%[9]。2000年和2002年N&B电力公司分别对Dalhousie电厂和CloesonCove电厂（1050MW）的WFGD进行改造并安装了湿式电除尘器，采用的都是WFGD与湿式电