煙氣超低排放用濕式靜電除塵器技術應用分析①

于宏朋, 于宏林

(1.南京凈環熱冶金工程有限公司, 江蘇 南京　210016;2.大峘集團有限公司, 江蘇 南京　211112)

?

煙氣超低排放用濕式靜電除塵器技術應用分析①

于宏朋1, 于宏林2

(1.南京凈環熱冶金工程有限公司, 江蘇 南京210016;2.大峘集團有限公司, 江蘇 南京211112)

結合國家環保要求，介紹了實現煙氣超低排放的濕式靜電除塵器的原理，并對比了三種主流結構濕式靜電除塵器的技術特點，通過對燃煤鍋爐超低排放工程實際應用情況，進行了技術分析。

濕式靜電除塵器； 超低排放； 柔性電極； 導電玻璃鋼； 不銹鋼極板

前　言

為改善大氣排放質量，2014年9月，國家發改委、環境保護部、國家能源局聯合發布《煤電節能減排升級與改造行動計劃(2014-2020)》的通知(發改能源[2014]2093號)中，明確提出要求東部地區(遼寧、北京、天津、河北、山東、上海、江蘇、浙江、福建、廣東、海南等11省市)穩步推行燃煤發電機組,實施大氣污染物排放濃度達到天然氣燃氣輪機機組排放限值的要求，即執行煙塵排放5 mg/m3，二氧化硫排放35 mg/m3，氮氧化物排放50 mg/m3的排放標準，統稱為煙氣執行“超低排放”、“近零排放”、“5、35、50”標準。

隨著國家對節能減排工作的不斷深入，環保標準不斷提高，排放監督愈發嚴格。2015年12月，國家發改委、能源局、環保部下發的關于印發《全面實施燃煤電廠超低排放和節能改造工作方案》的通知(環發[2015]164號)，要求到2020年，全國所有具備改造條件的燃煤電廠達到超低排放水平，加快現役燃煤發電機組超低排放改造步伐，將東部地區原計劃2020年前完成的超低排放改造任務提前至2017年前總體完成；將對東部地區的要求逐步擴展至全國有條件地區，其中，中部地區力爭在2018年前基本完成，西部地區在2020年前完成。

基于以上環保要求，自2014年起，全國火電行業逐步開展符合超低排放要求的環保改造項目，并推行到鋼鐵、有色、造紙等所有行業的自備燃煤電廠和燃煤熱電廠。部分省市自行制定的環保標準中，對燃煤鍋爐和設施也提出了超低排放要求。

而超低排放改造中，針對煙塵的達標排放，尤其是包含PM10、PM2.5的超細煙塵的有效捕集，是改造技術中的重點。

1　濕式靜電除塵器介紹

1.1超低排放除塵工藝

燃煤機組目前配置的煙塵處理裝置，采用脫硝、除塵、脫硫分布工藝。針對氮氧化物的去除，對于煤粉爐大多采用選擇性催化還原法(SCR)，對于流化床爐大多采用非選擇性催化還原法(SNCR)。脫硝后的煙氣，進入臥式干靜電除塵器(ESP)進行粉塵收集，之后進入濕法脫硫設施脫除二氧化硫后達標排放。

目前常規干式除塵器改進技術，包括擴大除塵器容量、微細粉塵靜電凝聚技術、低溫除塵技術、移動極板技術、機電多復式雙區電除塵器技術、新型電源(高頻電源、脈沖電源)、電袋復合除塵、腹膜濾袋除塵等，更多適用于濕法脫硫前的干煙氣。不管是袋式還是干式靜電除塵器，在微細粉塵的捕捉上都存在缺陷，因此出口粉塵濃度一般最低可控制在20 mg/m3左右。然而除塵后的煙氣進入脫硫吸收塔進行噴淋脫硫過程中，又會帶來石膏和霧滴顆粒的夾帶，反而造成粉塵濃度的增高。因此，在脫硫塔后，設置適應濕煙氣的濕式靜電除塵器，是達到粉塵超低排放要求的唯一選擇。

1.2濕式靜電除塵器原理

濕式靜電除塵裝置作為一個獨立裝置布置，主要由裝置本體、陰極系統、陽極系統、絕緣箱、供電電源和沖洗系統組成。其工作原理為：在濕式靜電除塵裝置的陽極和陰極線之間施加數萬伏直流高壓電，在強電場的作用下，電暈線周圍產生電暈層，電暈層中的空氣發生雪崩式電離，從而產生大量的負離子和少量的陽離子，這個過程叫電暈放電；隨煙氣進入濕式靜電除塵裝置內的塵(霧)粒子與這些正、負離子相碰撞而荷電，荷電后的塵(霧)粒子由于受到高壓靜電場庫侖力的作用，向陽極運動；到達陽極后，將其所帶的電荷釋放掉，塵(霧)粒子就被陽極所收集，在水膜的作用下靠重力自流向下而與煙氣分離；極小部分的塵(霧)粒子本身則附著在陰極線上形成小液滴，靠重力自流向下，或通過沖洗的方法將其清除，原理如圖1所示。

圖1　濕式靜電除塵原理

濕式靜電除塵裝置處理的是脫硫后的濕煙氣，一般布置在除塵脫硫系統的尾部或后部。其與干式電除塵器的不同點在于：

1)濕式靜電除塵裝置在飽和濕煙氣條件下工作，塵霧粒子荷電性能好，電暈電流大，脫除微細顆粒物和除霧效率高；

2)濕式靜電除塵裝置借助水力清灰，沒有陰、陽極振打裝置，不會產生二次揚塵，確保出口粉塵達標；

3)濕式靜電除塵裝置對于微細顆粒以及SO3，NH3等氣溶膠有很好的去除效果；

4)濕式靜電除塵裝置不受粉塵比電阻影響，不僅對PM2.5的去除效率高，而且可以有效消除“石膏雨”和“大白煙”現象。濕式電除塵裝置可以有效地脫除煙氣中的微細粒子和氣溶膠，使得煙氣林格曼黑度等級小于1，煙囪出口粉塵濃度可滿足最新標準中最嚴格要求。

1.3濕式靜電除塵器作用

濕式靜電除塵器的直接作用為：可有效去除SO3、微細粉塵(PM2.5)、石膏液滴、重金屬及其氧化物等，去除效率可達90%左右。

其間接作用為：SO3和水霧的大量去除，可以有效降低對煙囪的腐蝕。同時其運行的阻力較低(本體阻力一般不超過200 Pa)，沖洗水全部循環或回用，沒有新水消耗，沒有蒸汽或壓縮空氣消耗。

濕式靜電除塵器的應用效果數據如表1所示。

表1　濕式靜電除塵器應用效果表

2　不同濕式靜電除塵器結構介紹

濕式靜電除塵器分為立式濕式靜電除塵器和臥式濕式靜電除塵器。根據集塵極材質的不同又主要分為導電玻璃鋼陽極、柔性纖維織物陽極和不銹鋼板式陽極。目前國內應用較成熟的濕式靜電除塵器主要有三種：采用導電玻璃鋼陽極的立式濕式靜電除塵器、采用柔性纖維織物陽極的立式濕式靜電除塵器和采用不銹鋼陽極的臥式濕式靜電除塵器。

2.1柔性陽極濕式靜電除塵器

柔性陽極濕式靜電除塵器最早由國電科學技術研究院與山東大學開發，主要特點是柔性集塵極采用柔性纖維織物，柔性纖維織物通過張緊裝置固定，形成井字形網格狀，裝置為立式布置，煙氣可實現上進下出或下進上出。

正常運行時，陽極先進行沖洗潤濕而后具有導電性，柔性集塵極表面形成一層連續水膜，收集下來的煙塵隨水膜重力自流至下部積液槽內，實現在線清灰。柔性極板具有抗腐蝕性能好，可實現在線連續工作等特點，其結構特點如圖2所示。采用柔性陽極濕式靜電除塵器的部分用戶如表2所示。

圖2　柔性陽極靜電除塵器內部照片

柔性陽極濕式靜電除塵器的技術優劣點有：

(1)技術優點

①高效去除微細顆粒物、高比電阻粉塵；

②壓力損失較低；

③可以避免二次揚塵；

④可以去除Hg，NH3等氣相污染物；

⑤可利用柔性織物自身毛細孔作用，自形成均勻水膜，無需連續沖洗，廢水量少，可直接排入脫硫系統；

⑥無堿液等水系統，水耗和能耗都較低；

⑦重量輕，設備本體投資費用低。

(2)技術有待優化點

①陰極需要定期斷電沖洗；

②陽極安裝精度要求較高；

③陽極柔性材料的使用壽命待長時間驗證；

④該技術是新興技術，目前工業化時間較短。

表2　柔性陽極濕式靜電除塵器使用廠家

2.2導電玻璃鋼濕式靜電除塵器

導電玻璃鋼濕式靜電除塵器是在冶金、化工行業使用的類似設備基礎上開發的設備，主要特點是陽極采用碳纖維導電玻璃鋼蜂窩體，耐腐蝕不銹鋼支撐；陰極線采用耐腐蝕合金針刺線，并采用電加熱陶瓷絕緣箱支撐，絕緣子為復合陶瓷材質并增設電加熱裝置；其它不能進行表面防腐處理的部件采用雙相合金不銹鋼，并根據不同的位置及使用條件進行局部加厚、加強處理。

導電玻璃鋼濕式靜電除塵器通常采用立式布置。正常運行時，集塵極表面形成一層連續水膜，收集下來的煙塵隨水膜重力自流至下部積液槽內，具體結構如圖3所示。采用導電玻璃鋼濕式靜電除塵器的部分用戶如表3所示。

圖3　導電玻璃鋼濕式靜電除塵器內部照片

導電玻璃鋼濕式靜電除塵器的技術優劣點有：

(1)技術優點

①高效去除微細顆粒物、高比電阻粉塵；

②壓力損失較低；

③可以避免二次揚塵；

④可以去除Hg，NH3等氣相污染物；

⑤耐腐蝕性高，自身防腐，無需額外防腐設施；

⑥自身具有導電性，無需利用水膜導電；

⑦可自形成均勻水膜，無需連續沖洗，廢水量少，可直接排入脫硫系統；

⑧無堿液等水系統，水耗和能耗都較低；

⑨重量輕；

⑩模塊化布置方式，易于安裝。

(2)技術有待優化點

①檢修便利性有待提高；

②裝置斷面有效利用率有待進一步提高。

表3　導電玻璃鋼濕式靜電除塵器使用廠家

2.3不銹鋼極板濕式靜電除塵器

不銹鋼極板濕式靜電除塵器技術源自日本，其中以三菱和日立的技術最為成熟。該技術是對干式電除塵器進行改良，主要差異在于增設噴淋、堿液循環水系統，采用液膜清灰方式，主要解決振打的二次揚塵和高比電阻粉塵荷電難題。

不銹鋼極板濕式靜電除塵器和傳統干式電除塵器結構接近，多采用316L不銹鋼作為電極板，電極采用板式布置，除塵器多為臥式結構。極板上設置連續噴淋系統，通過噴淋NaOH堿液，在不銹鋼極板上形成均勻覆蓋的液膜，對不銹鋼極板進行防腐保護，同時將極板上的粉塵沖洗下來，在單獨設置的堿液循環系統中對除塵灰進行集中、撈取脫水工藝。其結構如下圖4所示。采用不銹鋼極板濕式靜電除塵器的部分用戶如表4所示。

圖4　不銹鋼極板濕式靜電除塵器內部照片

不銹鋼極板濕式靜電除塵器的技術優劣點有：

(1)技術優點

①高效去除微細顆粒物、高比電阻粉塵；

②壓力損失低；

③可以避免二次揚塵；

④可以去除Hg，NH3等氣相污染物；

⑤陽極沖洗采用連續沖洗方式，保證極板的清潔；

⑥結構形式成熟，國外應用較多。

(2)技術有待優化點

①水耗和廢水量大，需要配置堿液等復雜的水系統，設備投資大，能耗高；

②由于極板材質采用316L不銹鋼，不具備很好的防腐性能。主要依靠極板上的一層均勻的水膜以避免極板受到煙氣的腐蝕，水膜一旦出現破損，陽極板將很快被腐蝕。這就需要在設計、制造及安裝上有極高的要求，并且要求具有良好的現場管理能力；

③材料表面張力特征及極板長度易形成水膜不均和枝丫流，存在腐蝕風險；

④無法去除濕煙氣中的水霧含量，甚至會增加濕煙氣中的水霧含量，加大煙囪冒“白煙”的現象；

⑤易出現“干斑點”和“火花放電”；

⑥存在旁路串氣問題，影響除塵效率；

⑦連續噴淋導致液滴逃逸濃度較高。

表4　不銹鋼極板濕式靜電除塵器使用廠家

3　不同濕式靜電除塵器對比分析

柔性陽極濕式靜電除塵器、導電玻璃鋼濕式靜電除塵器、金屬極板濕式靜電除塵器的比較分析如表5所示。

表5　不同濕式靜電除塵器技術比較

4　結束語

燃煤機組增加濕式靜電除塵器，是滿足超低排放環保改造要求的必選方案，選擇哪種濕式靜電除塵器需要結合企業的原料條件、水資源條件、生產工藝特點；相對而言，導電玻璃鋼和柔性陽極濕式靜電除塵器，運行過程中不需要噴淋水及堿液，不產生新的二次污染，具有較高的推廣應用價值。其各自的使用壽命和檢修難易，還有待在長期使用中進行總結和驗證。

2016-02-28

于宏朋(1977—)，男，高級工程師。E-mail:3137797@qq.com

X701.