濕式電除塵技術及其在燃煤電廠中的應用

神華準格爾能源有限責任公司矸石發電公司 奇玉璽

濕式電除塵技術及其在燃煤電廠中的應用

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伴隨著工業化進程的不斷加快，工業粉塵的排放量也隨之增加，由此產生的顆粒物尤其是微細顆粒物（PM2.5）對環境和人類健康造成嚴重的危害，而燃煤電廠是微細顆粒物排放的主要來源。濕式電除塵器是大氣多污染物控制系統終端機的精細處理設備，能夠捕集到煙氣中的超細顆粒與液滴，所以在化工和電力領域得到了廣泛的應用。本章深入分析濕式電除塵技術，以供參考。

PM2.5控制；燃煤電廠；濕式電除塵器

1 概述

目前，大氣污染變得越來越嚴重，以微細顆粒物（PM2.5）為首的顆粒物已經嚴重危害著人體的健康和環境的質量。濕式電除塵器可以有效處理大氣復合污染物，控制PM2.5、汞、重金屬等污染物的排放量，所以研究分析濕式電除塵技術是很有必要的。濕式電除塵器的集塵效果與粉塵的特征性能是無關的，它可以高效地捕集黏性比較大或者是高比阻的粉塵顆粒，而且可以很好地處理高溫高濕環境下的煙氣。這種除塵器不會產生二次揚塵，而且出口處的粉塵濃度比較低。同時，由于電除塵器內部的電場氣流速度相對較高，且灰斗傾斜角度較小，因此設備的排列布置會比較緊湊。此外，它還可以有效地捕集亞微米級的粉塵顆粒。

2 濕式電除塵技術

2.1 濕式電除塵器的工作原理

濕式電除塵器的工作原理主要是利用電廠的空間來傳輸直流負高壓，在空間氣體發生電離的基礎上，煙氣中的液滴與較小的塵粒相結合，形成較易捕集的大顆粒，然后自動移動到收塵板，最后由收塵級表面對粉塵顆粒進行收集。其工作原理圖如圖1所示。其中，干式靜電除塵器主要是通過振動灰塵的方式將收集的粉塵抖落至灰斗內，而濕式電除塵器主要是捕集煙氣中液滴顆粒，然后在收塵級表面形成溢流，再通過沖洗的方式將粉塵顆粒沖到水灰斗中。兩者之間最大的不同在于煙氣，干式電除塵器產生的煙氣屬于干煙氣，它的溫度很高，不含液滴。而濕式電除塵器的煙氣基本處于濕飽和的狀態，其中存在較多的液滴成分。

圖1 濕式電除塵器工作原理圖

根據不同的技術類型，一部分濕式電除塵器的陽極板會配備噴水系統，把水霧噴射到放電極和電暈區，水霧在放電極和電暈區進行進一步的霧化，在電場力的作用下，水霧和粉塵顆粒互相接觸、吸附凝結，最后由于電場力的驅動，粉塵粒子移動至收塵極而被捕集。噴射的水霧在收塵極上形成性能優良的水膜，從而把收集的粉塵沖洗至灰斗中排出。還有一部分濕式電除塵器不配備噴水系統，通過飽和的濕煙氣捕集到的水霧溢在收塵極上形成連續不間斷的水膜，將粉塵沖刷去除。只有定期沖刷噴水系統，才能確保運行效果。

2.2 濕式電除塵器結構及材料

2.2.1 結構設計

濕式電除塵器可包括管式濕式電除塵器和板式濕式電除塵器兩種。管式濕式電除塵器的集塵極是由多根方形或圓形的金屬管整齊地排放，而放電極則是均勻分布于各類板極之間，并且管式濕式電除塵器只可以處理垂直方向流動的煙氣。而板式濕式電除塵器中的集塵極的形狀是平板狀的，能夠形成良好性能的水膜，并且電暈線均勻地布置在各個極板之間，這類型的濕式電除塵器可以處理水平或者垂直流動的煙氣。兩者相比，管式濕式電除塵器的優勢更加顯著，這兩種類型的濕式電除塵器之間的主要區別在于:

（1）如果在除塵效率相同的情況下，并且電極長度相同，管式濕式電除塵器與板式濕式除塵器相比，其煙氣流速是板式類型的2倍。

（2）如果在除塵效率相同的情況下，管式濕式電除塵器的干燥面積遠小于板型濕式除塵器的干燥面積。

管式濕式除塵器不僅可以設計成垂直向上的煙氣流，也可以設計成垂直向下的煙氣流。如果設計成垂直向上的煙氣流，煙氣將從底部進入電除塵器并向上移動，沖洗噴嘴可以裝在設備的底部并向上噴射，也可以在電場的正上方設置一個向下噴射的噴嘴。如果設計成垂直向下的煙氣流，煙氣將從上方流進濕式電除塵器中并向下流動。沖洗噴嘴被放置于頂部并向下噴射，方向于煙氣流移動方向相同。

2.2.2 材料選擇

大部分濕式電除塵器基本都在氣體溫度飽和的環境下（或者接近氣體溫度飽和）進行工作，氣體中氧氣的濃度一般較高，為了延長設備的使用壽命，避免加速腐蝕，制造材料的選取使用是非常關鍵的。在實際使用中，如果氣體中氧氣濃度不高，可以選擇A36碳鋼作為電除塵器的組成材料，而液體回路可以使用抗菌劑進行處理，以消滅硫還原細菌。因為這種細菌能夠腐蝕碳鋼，造成在極短的時間內要對部件進行更換，從而導致浪費。而對于濕式電除塵器外部殼體和內部構件而言，有以下要求：

（1）外部殼體一般使用帶有內襯保護的碳鋼材料，為防止殼體被腐蝕，可以在它的內表面涂一層防腐材料。

（2）為了控制采購和制造成本，必須對濕式電除塵器內部構件材料進行慎重的選擇。濕式電除塵器的總成本會因為其工作負荷、使用材料和耐腐蝕要求的不同而不同。選擇合適的濕式電除塵器內部材料是一個非常復雜的過程，為了避免出現點腐蝕和裂縫腐蝕，需要考慮在工藝氣體和沖洗液提中氯化物的濃度。不同氯化物濃度對應采用的材料如圖1所示。

表1 不同氯化物濃度對應采用的材料

2.3 濕式電除塵布置形式

當前在國外燃煤電廠中最常用的濕式電除塵器的布置形式有以下3種：（1）水平方向煙氣獨立布置。（2）垂直方向煙氣獨立布置。（3）垂直方向煙氣與WFGD一體化設計。前兩種的布置方式需要與自身匹配的專門空間，第三種布置方式是目前來最常見的布置方式，與此同時，這種布置方式的成本也是最低的，占地面積也比較小。并且垂直方向煙氣與WFGD一體化設計的可靠性還比較高，無活動內件，簡化了酸液收集與存儲系統，使清洗水噴霧沖洗最優化，并且清洗水可以直接當做補給水被WFGD循環利用。

3 濕式電除塵在燃煤電廠的應用

濕式電除塵器于1907年首次應用于硫酸與冶金工業生產，1980年國外大型燃煤電廠也相繼開始使用濕式電除塵器凈化脫硫煙氣，并取得了不錯的效果。1986年，美國的AESDeepwater電廠開始研究并使用濕式電除塵技術，該電廠使用石油焦作為主要燃料。從1999年到2005年，AESDeepwater電廠與多家公司合作，共同設計了一種用于升級濕式電除塵器的收塵級與放電模塊，實驗結果表明：使用6%鉬合金材料性能最佳。

2000年，NewBrunswick電力公司優化改進了Dalhousie電廠的WFGD，并安裝了濕式電除塵器。2002年，n&b電力公司對CloesonCove電廠（1050MW）生產的WFGD進行了同樣的改造。這兩個電廠使用的都是垂直方向煙氣與WFGD一體化設計方式。

在日本中部地區，碧南電廠的5臺機組（3×700MW+2×1000MW）采用濕式電除塵器后，機組的排放濃度穩定在2mg/Nm3到5mg/Nm3之間，符合日本國家標準和新國標的要求。這就表明濕式電除塵器能有效地消除煙氣中的粉塵和液滴。目前，專業設計制造適用于電廠的濕式電除塵器的生產廠商包括：美國巴威公司、日本三菱重工、日立公司、日本石川島公司、加拿大Turbosonic公司、歐洲阿爾斯通和FLS公司。

4 結論

目前，微細顆粒物（PM2.5）是大氣環境的最主要的污染物之一。濕式電除塵器可以高效捕集對環境和人體危害巨大的微細顆粒物，因而越來越多的電廠使用濕式電除塵器來控制總顆粒物的排放量，可以預見的是，伴隨著對環境保護要求的持續提高，濕式電除塵器的應用也會越來越普遍。

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奇玉璽（1970—），男，蒙古族，內蒙古準格爾旗人，專科，助理工程師，神華準能矸電公司化學脫硫部副經理，研究方向：發電廠除塵。