濕式電除塵技術及其在電廠的應用前景探討

朱銘 楊維 陳遐齡 蔡江峰 肖愛萍

（中國聯合工程公司 浙江杭州 310052）

濕式電除塵器（WESP）作為高效除塵的終端精處理設備，擁有較為理想的對煙氣中酸霧、氣溶膠、汞和各種微細的、粘性的或高比電阻粉塵的收集能力，而且這種高效的控制復合污染物的能力還處在被國內外的專家的不斷發掘中。實踐證明，采用這一設備的國內外電廠都在控制污染方面取得了巨大的成效。目前，大部分國內燃煤電廠都在使用濕式煙氣脫硫系統也為WESP的廣泛使用創造了條件。所以研究濕式電除塵技術是一個具有實用價值的投資，有很大的必要性。

1 WESP的原理和分類

1.1 WESP的工作原理

濕式電除塵器與干式電除塵器工作原理相同，都是向電場空間輸送直流負高壓，通過空間氣體電離，煙氣中粉塵顆粒和霧滴顆粒荷電后在電場力的作用下，移動到收塵極板（集電極），從而被收集在收塵極表面。干式電除塵器利用振打清灰方式將收集到的粉塵震落到灰斗中，而濕式電除塵器則是通過收集煙氣中的霧滴顆粒，在收塵極表面形成溢流而將粉塵沖洗到水灰斗中。

他們的不同點在于煙氣的差異，干式電除塵器煙氣為煙氣溫度較高的干煙氣，煙氣中基本不含霧滴。而濕式電除塵器為煙氣溫度較低的濕飽和煙氣，其中含有大量的霧滴。

1.2 WESP的分類

WESP在結構上有兩種分類：管式和板式。管式WESP的集塵極為多根并列的金屬管，放電極均勻分布在不同極板之間，管狀濕式靜電除塵器只能用于處理上下垂直流動的煙氣。板式WESP的集塵極呈平板狀，極板間均勻布置電暈線，板式WESP可用于處理水平或垂直流動的煙氣。

對比這兩種結構，管式WESP更有優勢，在相同的除塵效率下，管式除塵器內的煙氣流速可以為板式除塵器的兩倍，因此在達到相同除塵效率時，管式除塵器的占地面積要小于板式除塵器。

2 WESP的布置形式和考慮因素

2.1 WESP的布置形式

WESP有多種布置形式，但部分形式已不適合現代工廠的使用。經實踐證明，被大多數燃煤電廠采用的主要有三種布置形式。

2.1.1 垂直煙氣流獨立布置。

垂直煙氣流獨立布置由于其便于安裝和維修，因此被大多數工廠采用。采用這種形式的系統大多采取模塊形式供貨，之后在現場用多種方式連接。但需要提供專門的布置空間才能廣泛使用。

2.1.2 水平煙氣流獨立布置

水平煙氣流獨立布置與干式電除塵器布置相似，在電廠中也被經常使用。與垂直煙氣流獨立布置的相同點是需要為其提供專門的空間，但不同的是需要進行模式化的設計，這會為設計帶來一定難度。

2.1.3 垂直煙氣流與WFGD系統整體式布置

這是使用成本最低，占地面積最小的一種布置形式。這種方式采用最經典的垂直布置方式，使用頂置WESP的方式，減少了內部連接等結構，簡化了系統的運行方式，因而應用廣泛。

2.2 考慮因素

以上三種布置形式在設計合理的情況下，都可以在發電廠中投入使用。但如果隨意選擇，必定會影響除塵效率，增加成本，因此在實際選擇時，需要考慮以下因素。

2.2.1 WESP在垂直氣流的應用中已經很成功，并有著很好的應用，但在水平氣流中，還需要更多的研究。

2.2.2 濕式電除塵技術需要從整體來考慮，由于這種設計沒有可靠的剛性電極和活動內件，所以要正確選擇結構材料。

2.2.3 整體布置WESP具有很大優勢：可以降低煙囪內襯的費用、簡化運行、減少維護工作量、大大優化酸處理系統等。

2.2.4 由于整體式的WESP處于脫硫塔的上部，因此不便檢修維護；而獨立式的WESP在檢修維護過程中相對便捷。

2.2.5 現場改造項目的改造成本不應只考慮設備的安裝費用，還要考慮到其他因素，如場地限制和停機的次數等。

3 WESP的結構材料

WESP一般在低于沖刷液的絕熱飽和溫度下運行，因此各部分選用合理的材料才能保證WESP的可靠運行。殼體通常采用普通鋼制作，雖然它是最安全的，但其內表面還要涂有玻璃鱗片等薄層防腐材料，以防止腐蝕。在安裝時，其連接處也需要保證殼體內表面的抗腐蝕性。除塵部分需要較強的抗腐蝕能力，可以選用任意可導性材料。金屬極板濕式電除塵的極板材料主要采用316L不銹鋼，根據電廠運行經驗，316L抗腐蝕能力較差。一般在沖洗水中加入氫氧化鈉來調整pH值，用以中和煙氣中酸霧凝結形成的酸液，避免對極板造成腐蝕，使金屬極板表面形成穩定的水膜。同時連接點的易腐蝕性也需降至最低，否則一旦發生故障，則會產生電火花等使電場混亂的現象，引起除塵能力下降。

4 WESP的發展現狀

WESP作為一種新的除塵設備，擁有一百多年的歷史。早在1907年，喬治·科特雷爾第一個發明了WESP，并應用于制酸、冶金等工業生產中，至今在工業領域的應用已相當成熟，但其在電力行業應用相對較晚。隨著現代環保工業的發展，美國、日本等世界發達國家，為解決本國的電廠污染問題，根據本國污染治理發展的要求，在燃煤電廠中開始使用濕式電除塵器，對于濕式電除塵器的研究較為先進。

美國AESDeepwater電廠在1986年對其155MW的燃煤發電機組的使用，是燃煤火電廠對WESP最早的應用。2002年美國N&B電力公司對其1050MW的發電機組進行改造，加裝WESP，這是濕法脫硫后最大機組的應用。

目前日本已有32臺電廠發電機組應用WESP，其中最為典型的是碧南電廠700MW機組對濕式電除塵器的應用，排放濃度長期穩定在5mg/Nm3以下，能高效去除煙氣中的微細煙塵和石膏雨微液滴。

我國由于改革開放才40年左右，工業較為落后，因此在濕式電除塵技術方面的研究工作起步晚，發展。但由于目前正大力推廣使用，已有益陽電廠、貴州都電廠等10多個電廠的濕式電除塵器投入運行。

5 WESP的發展前景

通過國內外不同燃煤電廠的實踐表明,濕式電除塵器可以有效去除煙氣中的粉塵、酸霧、汞等重金屬離子、PM2.5等有害大氣污染物,是治理大氣粉塵污染的最理想的終端精處理技術裝備，污染環境的改善有極大的幫助。隨著我國的粉塵及復合污染物排放控制法規的出臺，加上廣大科研和工程技術人員對濕式電除塵器的深入研究，WESP必將在燃煤電廠得到越來越多的應用。

5.1 大氣污染物的重點仍然是固體顆粒物，隨著環保力度的加大，我國處理這些顆粒物的重點仍然是PM2.5。當前應用普遍的干式電除塵器效率低下的劣勢使得濕式電除塵技術的大力研發勢在必行。

5.2 當前燃煤電廠正逐步使用SCR脫硝和濕法脫硫，在這種情況下，WESP將會得到更多應用。其高效吸收微細顆粒和酸霧的能力正是電廠所需要的。實驗證明，配置有WESP和WFGD的電廠可吸收80%以上的顆粒物、85%以上的三氧化硫，使煙氣渾濁度降低到10%以下。

5.3 濕式除塵器的使用，也可以解決環保設備更新上的一些問題，采用垂直煙氣流與WFGD系統整體式布置的裝置，使用WESP代替傳統的除霧器，就不需要安裝GGH來防止煙囪腐蝕，同時對石膏雨也可以有效解決。

6 結語

改革開放以來，社會經濟發展水平不斷加快，人們對于生活質量的要求也隨之提高。工業迅速發展，給人們帶來了高質量的生活水平的同時，也加劇了環境污染，尤其是大氣污染。燃煤電廠和工業鍋爐產生的污染物是大氣污染的污染源之一。隨著用電量的增長，電力需求與日俱增，但也會帶來更為嚴重的環境污染。

為了解決這一問題，我國制定了《火電廠大氣污染物排放標準》（GB13223-2011），這一標準規定了在各種環境條件下燃煤電廠粉塵排放限值，這對于控制大氣污染物排放、保護生態環境和推動工業技術的進步發揮了重要作用。電除塵器的高除塵效率、較大的適應范圍、較低的運行費用和較高的可靠性等優點，被廣泛應用于工業領域的各類煙氣處理。但是單純的干式電除塵器已經較難滿足標準中的要求，因此需要尋求適合我國國情的高效除塵設備。

我國的污染問題逐年加劇，大氣污染首當其沖。在環保問題日益受到關注的今天，WESP的使用具有重要意義，只有充分研究，理論聯系實際，才能使WESP得到更為有效的應用。