WESP濕式電除塵技術(shù)與電廠PM2.5排放治理

王磊磊

【摘 要】目前工業(yè)粉塵等污染物排放量日益增多，產(chǎn)生的顆粒物特別是PM2.5對環(huán)境及人類健康危害巨大，而微細(xì)顆粒最主要的排放源就是燃煤電廠。WESP電除塵技術(shù)是大氣污染物終端處理系統(tǒng)，有著采集煙氣中細(xì)顆粒與霧滴的能力，所以在電力與化工領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。本文主要介紹了WESP濕式電除塵技術(shù)的原理、材料的選取以及布置形式，最后舉例說明了濕式電除塵器在在火電行業(yè)應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】濕式電除塵 PM2.5 發(fā)電廠

中國是以煤為主的能源消耗大國，燃煤鍋爐主要有工業(yè)鍋爐和電站鍋爐，大型燃煤電站顆粒物的排放控制技術(shù)和設(shè)備仍以電除塵為主。《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)（GB 13223—2011）》自2014年7月1日起執(zhí)行，現(xiàn)有火力發(fā)電燃煤鍋爐煙囪出口煙塵排放限值全國為30 mg/m3，重點(diǎn)地區(qū)特別排放限值為20 mg/m3。然而目前大部分燃煤電廠粉塵排放均超過排放限值，開展電除塵改造、降低顆粒物排放，是電力行業(yè)和除塵行業(yè)面臨的重大技術(shù)和經(jīng)濟(jì)課題。

1 PM2.5排放治理的意義

PM2.5指的是大氣成分中直徑不大于2.5？m的微小顆粒物，還稱為可入肺的顆粒物。其直徑大小不到人發(fā)絲細(xì)度的1/20。在有關(guān)空氣質(zhì)量的報(bào)道中可吸入顆粒與總懸浮顆粒是人們十分熟悉的兩類污染物。可吸入顆粒又稱作PM10，其直徑不大于10？m，可進(jìn)入人體呼吸系統(tǒng)；總懸浮顆粒也稱作PM100，其直徑不大于100？m。雖說PM2.5只是大氣中含量較少的組成成分，但是其對于空氣質(zhì)量與能見度有著重要影響。

研究證明，PM10和PM2.5兩種顆粒相比較，PM2.5的有機(jī)提取物毒性要比PM10大，可使哺乳動(dòng)物的細(xì)胞出現(xiàn)惡性的轉(zhuǎn)化，使細(xì)胞DNA發(fā)生斷裂、損傷染色體、抑制細(xì)胞間的通訊，可以說，顆粒物會(huì)損害人體呼吸系統(tǒng)的功能，造成炎癥和哮喘等疾病，會(huì)增加心臟病患病率和死亡率，并具有潛在的致癌性。因而對人體健康和大氣環(huán)境質(zhì)量的影響更大。PM2.5是導(dǎo)致環(huán)境污染、能見度下降、城市陰霾天的“罪魁禍?zhǔn)住保瑫r(shí)也是大氣污染物中損害人體健康的“元兇”，所以對PM2.5的治理迫在眉睫。我國一次能源以煤炭為主，大量煤炭燃燒已對生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重危害，并影響到資源與環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。除控制SO2和NOx的排放外，PM2.5懸浮顆粒物的排放亦不容忽視。

2 濕式電除塵原理

濕式電除塵器（以下簡稱WESP）也是電除塵器的一種，WESP對粉塵的捕集原理與ESP相似，均是依靠高壓放電使粉塵產(chǎn)生電荷，形成大量的電子和離子，通過電場力作用向兩極移動(dòng)的過程中，碰撞到煙氣中的粉塵顆粒使其荷電，經(jīng)荷電的粉塵由于電場力的作用與氣流分離向極板或極線運(yùn)動(dòng)，荷電粉塵到達(dá)極板或極線時(shí)由靜電力吸附在極板或極線上，從而使煙氣凈化。但在清灰方式上有所不同， WESP結(jié)構(gòu)與ESP結(jié)構(gòu)不同之處在于WESP取消傳統(tǒng)振打清灰方式，而用一套噴淋系統(tǒng)取代振打系統(tǒng)，直接將水霧噴向電極和電暈區(qū)，水霧在芒刺電極形成的強(qiáng)大的電暈場內(nèi)荷電后分裂進(jìn)一步霧化，在這里，電場力、荷電水霧的碰撞攔截、吸附凝并，共同對粉塵粒子起捕集作用，最終粉塵粒子在電場力的驅(qū)動(dòng)下到達(dá)集塵極而被捕集；與干式電除塵器通過振打?qū)O板上的灰振落至灰斗不同的是：濕式電除塵器則是通過水噴淋系統(tǒng)在陽極板上形成連續(xù)而均勻的水膜進(jìn)行清灰，無振打裝置，流動(dòng)水膜將捕獲的粉塵沖刷到灰斗中隨水排出。由于取消振打，避免了二次揚(yáng)塵的出現(xiàn)，同時(shí)電場中有大量飽和水汽，可以大幅降低粉塵比電阻，提高運(yùn)行電壓，因而能實(shí)現(xiàn)接近零排放，以達(dá)到WESP更高的收塵效率、脫除SO3、PM2.5等污染物的目的。

3 濕式電除塵技術(shù)特點(diǎn)

濕式電除塵器具有除塵效率高、壓力損失小、操做簡單、能耗小、無運(yùn)動(dòng)部件、無二次揚(yáng)塵、維護(hù)費(fèi)用低、生產(chǎn)停工期短、可在煙氣露點(diǎn)溫度以下工作、由于結(jié)構(gòu)緊湊而可與其它煙氣治理設(shè)備相互結(jié)合、設(shè)計(jì)形式多樣化等特點(diǎn)。其與干法電除塵相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）除塵的效率高達(dá)99%，與此同時(shí)，可消除煙霧，實(shí)現(xiàn)無塵無煙霧的效果；（2）不需要振打，自動(dòng)形成水膜并自動(dòng)進(jìn)行清灰，解決了靜電除塵中二次揚(yáng)塵的問題；（3）尤其適用溫度多變、長期高溫的除塵情況，克服了布袋除塵沒有辦法克服的高溫難題，填補(bǔ)了技術(shù)上的空白；（4）去除PM2.5的效率高達(dá)95%，其排放粉塵的濃度小于5mg/Nm3。

濕式電除塵器作為控制燃煤煙氣PM2.5非常有效的設(shè)備，在發(fā)達(dá)國家的電力等工程領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，僅日本三菱重工就已有32臺套應(yīng)用于電廠。美國BruceMansfield電廠、MirantDickerson電廠等多家電廠測試報(bào)告表明，濕式電除塵器對PM2.5的去除效率均高于95%，粉塵排放濃度低于5mg/Nm3。。隨著各國對環(huán)保要求的提高，美國、日本和德國等發(fā)達(dá)國家對微細(xì)粉塵、SO3酸霧等污染物治理力度的加大，濕式電除塵器的研制和應(yīng)用也成為除塵行業(yè)的發(fā)展方向。

4 濕式電除塵材料選擇

殼體通常采用帶有襯層保護(hù)的碳鋼，為防止腐蝕，其內(nèi)表面需涂有防腐材料。安裝時(shí)還需嚴(yán)格控制殼體內(nèi)表面破損，防止產(chǎn)生腐蝕，如焊縫、孔隙、構(gòu)件連接處及蓋板等。為了避免發(fā)生點(diǎn)腐蝕和裂隙腐蝕，內(nèi)部構(gòu)件材料必須考慮工藝氣體和沖洗液體中氧和氯化物的濃度。對于耐腐蝕性和材料選取的關(guān)系，注意各種材料的選擇有著其能夠正常工作的氯化物濃度范圍。

不同氯化物濃度對應(yīng)采用的材料

氯化物濃度c/10-6

材料選擇

c<14000

316系列不銹鋼

14000≤c<24000

317系列不銹鋼

24000≤c<30000

雙相不銹鋼

c≥30000

高鎳合金

5 濕式電除塵布置形式

目前在國外電廠常采用的濕式電除塵器布置形式有以下三種：水平煙氣獨(dú)立布置；垂直煙氣獨(dú)立布置；垂直煙氣與WFGD 整體式設(shè)計(jì)。前兩種布置方式需要專門的空間，第三種布置方式是近些年來最常用的，同時(shí)成本和運(yùn)行費(fèi)用也是最低的，占地面積也很小。

6 火電行業(yè)濕式電除塵應(yīng)用實(shí)例

某電廠的300MW發(fā)電機(jī)尾部的煙氣通過石灰石-石膏濕法脫硫進(jìn)行處理，系統(tǒng)配置為一爐一塔，脫硫裝置未設(shè)GGH。WESP電除塵系統(tǒng)使用前除塵的效率在98.69%左右；出口的煙塵濃度達(dá)140mg/Nm3左右，超出了環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)要求。使用WESP電除塵系統(tǒng)后，達(dá)到以下效果：（1）煙囪入口總固體顆粒排放質(zhì)量濃度平均值為18.5mg/m3（標(biāo)態(tài)、干基），低于重點(diǎn)地 區(qū)大氣污染物特別排放限值20mg/m3（標(biāo)態(tài)、干基）的要求；（2）機(jī)組煙囪入口液滴排放質(zhì)量濃度平均值為13.46mg/m3（標(biāo)態(tài)、干基），符合設(shè)計(jì) 指標(biāo)—液滴排放質(zhì)量濃度≤20mg/m3（標(biāo)態(tài)、干基）的要求；（3）煙囪出口煙氣帶水和“石膏雨”問題得到很大改善，在裝置的出口粒級在PM2.5以上的細(xì)顆粒可脫除干凈，PM10排放濃度≤9mg/m3、PM2.5排放濃度≤2mg/m3；（4）脫酸的效果明顯，煙囪冷凝酸性液體降低為70%，冷凝液中H+離子濃度降低約60%，煙囪腐蝕壓力大大減緩；（5）設(shè)備正常運(yùn)行時(shí)，平均電耗130kW，水耗率為零。

7 結(jié)語

濕式電除塵器作為煙氣終端精處理設(shè)備能高效收集對人體危害特別大的PM 2.5、PM10 等顆粒物。但是，由于需要選用耐腐蝕性強(qiáng)的高等級不銹鋼作為電極材料以及煙氣流速較低造成設(shè)備體積龐大，導(dǎo)致現(xiàn)有的濕式電除塵器工程造價(jià)偏高，成為制約該技術(shù)推廣的重要因素。如果能夠在電極材質(zhì)和煙氣流速方面得到改進(jìn)，將會(huì)大大促進(jìn)該技術(shù)在國內(nèi)的應(yīng)用進(jìn)程。

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