燃煤電廠濕式電除塵器應用情況介紹及建議

華建平

（上海電力股份有限公司，上海 200010）

燃煤電廠濕式電除塵器應用情況介紹及建議

華建平

（上海電力股份有限公司，上海 200010）

為使燃煤電廠大氣污染物煙塵排放濃度達到燃機標準（≤5mg/Nm3）以及滿足國家科技支撐計劃項目申報條件（≤4.5mg/Nm3），在濕法脫硫（FGD）后加裝濕式電除塵器（WESP）的設計技術路線已被國內電廠采用。在燃煤電廠已投入運行的濕式電除塵器中，實際除塵效率低于設計和測試效率的情況較為普遍，其主要原因是設計工況和實際工況發生偏差以及制作安裝質量問題。文章分析運行問題產生的原因，以期對濕式電除塵器的設計、制造、安裝及運行提供借鑒。

濕式電除塵器；應用分析；建議

繼《火電廠大氣污染物排放標準》（GB13223-2011）正式頒布后，廣州、江蘇、山東、浙江等地方政府部門相繼提出燃煤電廠污染物超低排放要求，燃煤電廠大氣污染物排放濃度為：氮氧化物50mg/Nm3以下、二氧化硫35mg/Nm3以下、煙塵5mg/Nm3以下。

依據國家科技支撐計劃項目申請條件，燃煤電廠大氣污染物的排放濃度為：氮氧化物30mg/Nm3以下、二氧化硫20mg/Nm3以下、煙塵4.5mg/Nm3以下。

采用濕法脫硫后加裝濕式靜電除塵器作為精處理單元，可在濕式電除塵器入口煙塵濃度為20m g/Nm3的條件下，達到出口煙塵排放濃度≤5m g/Nm3的要求，同時對石膏粉塵、三氧化硫、汞等重金屬有脫除作用，是燃煤電廠多污染物協同治理的理想技術選項[1]。

1 濕式電除塵器的原理及主要技術特點

1.1 濕式電除塵器工作原理

如圖1所示，濕式電除塵器系統由電除塵器本體、循環水系統及電控三大部分組成。

濕式電除塵器的工作過程與干式電除塵器相同，運行時均包括顆粒荷電、收集和清灰三個階段，只是濕式靜電除塵脫除的對象有粉塵和霧滴，由于霧滴與粉塵的物理特性存在差別，其工作原理也有所差異；另外，濕式電除塵器陰陽極的清灰采用的是水沖洗方式（如圖2），與干式電除塵器相比較，不存在傳統機械振打造成的二次粉塵飛揚污染問題。

圖1 濕式電除塵器系統圖

圖2 濕式電除塵器（板式）極板及沖洗示意圖

從原理上來講，首先，由于水滴的存在會對電極放電產生影響，要形成發射離子，金屬電極中的自由電子必須獲得足夠的能量，才能克服電離能而越過表面勢壘成為發射電子。讓電極表面帶水是降低表面勢壘的一種有效措施。水滴覆蓋金屬表面后，將原來的“金屬-空氣”界面分割成“金屬-水”界面和“水-空氣”界面，后兩種界面的勢壘比前一種界面的勢壘低很多。這樣，金屬表面帶水后，原來的高勢壘分解為兩種低勢壘，大大削弱了表面勢壘對自由電子的阻礙作用，使電子易于發射。另外，水中的多種雜質離子在電場作用下，也易越過表面勢壘而成為發射離子。這些都改變了電極放電效果，使之能在低電壓下發生電暈放電。其次，由于水滴的存在，水的電阻相對較小，水滴與粉塵結合后，使得高比電阻的粉塵比電阻下降，因此濕式靜電除塵的工作狀態會更加穩定；另外，由于濕式靜電除塵器采用水流沖洗，沒有振打裝置，所以不會產生二次揚塵[2]。

所有的噴淋水在濕式靜電除塵器下部的灰斗收集后，自流至循環水箱用于噴淋或進入FGD漿液。灰斗收集的噴淋水中不僅含有灰塵，還溶解了煙氣中的三氧化硫和從FGD攜帶的水滴，因此pH值呈酸性。為降低該水的腐蝕性，需加入NaOH以提高pH值。NaOH的加入量要根據循環水箱中的pH值調節。

1.2 濕式電除塵器結構形式

如圖3所示，濕式電除塵器從結構上可分為兩種基本型式，即管式和板式。其中管式濕式電除塵器更適用于垂直方向的煙氣流（上升流或下降流），而板式濕式電除塵器的設計既可以采用水平煙氣流也可以采用垂直煙氣流。兩種濕式電除塵器的特點比較見表1。

圖3 濕式電除塵器結構

表1 板式、管式濕式電除塵器優劣比較

1.3 濕式電除塵器布置形式

在工業和燃煤電廠應用較多的濕式電除塵器有以下三種設計形式[3]：

（1）垂直煙氣流獨立設計

板式和管式均可適用于此布置方式，煙氣可以自上而下順流布置，也可逆向布置。需要提供專門的布置空間（如圖4）。

（2）水平煙氣流獨立設計

圖4 垂直煙氣流式濕式電除塵器

板式適用于此種布置方式，煙氣是水平進出的交叉流布置，這種形式已成功應用于國外部分電廠或類似的工業領域[4]。這種布置方法只能像常規電除塵器一樣，需要專門的空間（如圖1所示的濕式電除塵器系統圖）。

（3）垂直煙氣流與WFGD整體式設計

這種方式采用經典的垂直布置方式，這也是近些年來WESP的常用的布置方式[4]，但煙氣只能自下而上逆流布置，流場較為復雜。占地面積及建造成本較小，適用于在役機組的技術改造（如圖5）。

圖5 垂直煙氣流與WFGD整體式濕式電除塵器

2 國內不同型式濕式電除塵的特點比較（見表2）

3 濕式電除塵器運行中的主要故障及原因

目前，國內的濕式電除塵器制造商大多數采用引進國外技術或借鑒國外先進技術 + 自主再創新模式，在初期消化吸收國外技術時，對設計條件、設備和部件的制作安裝存在認知上的不足。同時，從產品研發、實驗裝置試生產（煙氣量小于10萬Nm3/h），到1000MW燃煤機組（煙氣量約320萬Nm3/h）上的應用僅僅用了2～3年的時間，因此，濕式電除塵器在運行中出現故障是難以避免的，需要較長的時間來實現改進和完善。

3.1 部件故障

（1）陰極線腐蝕和斷裂，引起電場短路

主要原因：1）陰極線兩端固定采用焊接，焊接點腐蝕斷裂；2）陰極線兩端彈性螺栓連接，陰極框組受風振動使螺母脫落；3）陰極線安裝過緊，陰極框組受風振動時造成部分陰極線拉斷；4）沖洗水或水膜不能均勻覆蓋其表面或采用間斷沖水，使電極316L處于干濕交變的環境中，易腐蝕。

（2）陽極故障

主要原因：1）柔性板易受風晃動，在間斷沖水條件下，單側級距減小會造成局部放電，損壞柔性板；2）管式陽極常用于間斷沖水方式，易受污染積灰，造成電場故障；3）陰極線不易在管式陽極長度范圍內固定，且易擺動引起非金屬電極燒損。

3.2 水膜形成較差

主要原因：1）連續沖水時，極板進水結構不合理以及極板垂直度偏差造成偏流和干區；2）間斷沖水時，除上條原因外，進入除塵器的氣體未達到過飽和狀態，水膜狀態和除塵效果均會不理想；3）陽極材質及表面微結構不利于水流均布；4）流場波動或偏流嚴重，造成陽極振動或局部高流速破壞水膜。

3.3 運行電壓低于設計值

主要原因：1）由于現場的實際流場和設備、安裝等綜合因素，投入使用的推薦運行電壓會比設計運行電壓有所降低，這是目前難以避免的問題；2）實際流場與設計流場的偏差是重要原因，其會造成電極組距振動偏差，造成局部電場處理量超過設計流量和濃度；3）部件安裝質量不達標，主要是大尺寸構件的組裝和安裝尺寸，尤其是在運行中的保持能力；4）高壓電氣組件存在密封、加熱等問題。

3.4 除塵效率低于設計值

主要原因：1）除上述低于設計電壓運行會降低除塵效率外，流場模擬與實際偏差較大也是重要原因，其中近殼區域的煙氣短路會造成效率下降較大；2）間斷沖水模式下，進入除塵器的氣體存在不飽和及水膜破壞現象，也會造成效率下降[5]。

4 結論

目前，我國濕式電除塵器的開發應用尚處于試驗裝置到生產裝置的轉型期，實際應用中會產生問題和故障是難免的，這些問題的徹底解決需要技術進步和實踐完善。因此，燃煤電廠用戶在選用設備時要有充分準備，備有較充分的改進和完善的技術資源。

表2 國內不同型式濕式電除塵特點比較

（1）對于用戶選用設備的建議

在現場條件允許的條件下，優先選用水平布置，煙氣二通道及以上、連續噴水的成熟技術；在選用垂直布置時，優先順流，橫向出氣，設計選擇較低流速，出口可采用通道式除霧器；在供應商的選擇上，建議用戶就上述問題進行交流，了解問題的解決方案和效果，著重進行現場實際效果的驗證。

（2）對于制造商的改進建議

進一步理解引進技術的設計條件，滿足國內煙氣品質和流量波動的適用范圍；優化流場模擬，降低流場波動和偏差；重點解決設備、部件的制作問題，盡早制定規范有效的安裝工藝和驗收規范；針對電廠檢修特點，推薦快速有效的在線檢修方案，減少故障檢修對機組運行的不利影響。

[1] 劉鶴忠，陶秋根.濕式電除塵器在工程中的應用[J].電力勘查設計，2012（2）.

[2] 薛建明，縱寧生.濕法電除塵器的特性及其發展方向[J].電力環境保護，1997，13（3）.

[3] 趙琴霞，陳招妹，周超炯，伊得仕.濕式電除塵技術在電廠的應用前景探討[J].電力科技和環保，2012，28（4）.

[4] Richard C Staeh le，Ronald J Triscori.使用濕式電除塵器（WESP）收集濕法煙氣脫硫（W FGD）后的酸霧和細小顆粒[C].中國國際脫硫脫硝技術與設備展覽會暨技術研討會，北京，2004.

[5] 曹慶俊.電除塵器的研究與開發[D].山東大學，碩士學位論文，2004.

Application Analysis and Suggestion on Wet Process of Electrostatic Precipitators in Coal-fired Power Plant

HUA Jian-ping

X701

A

1006-5377（2014）09-0027-04