濕式電除塵器多污染物協(xié)同脫除試驗研究

楊用龍，胡 妲，王豐吉，李 晶，朱 躍

（華電電力科學(xué)研究院，浙江 杭州 310030）

綜合信息

濕式電除塵器多污染物協(xié)同脫除試驗研究

楊用龍，胡 妲，王豐吉，李 晶，朱 躍

（華電電力科學(xué)研究院，浙江 杭州 310030）

介紹了濕式電除塵器性能試驗情況，并結(jié)合性能試驗結(jié)果分析了濕式電除塵器多污染物協(xié)同脫除性能。結(jié)果表明：濕式電除塵器除塵效率達到85%以上，其協(xié)同脫除PM2.5、SO3和Hg的脫除效率分別達到了84%、71%和64%以上，PM排放濃度低于5mg/m3，達到了環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)排放限值。濕式電除塵器對PM2.5、SO3和Hg等污染物的協(xié)同脫除能力較強，為多污染物控制技術(shù)路線的開發(fā)提供了發(fā)展方向。

濕式電除塵器； 除塵效率； 性能試驗； PM2.5

0 引言

近年來，大范圍霧霾天氣頻發(fā)引發(fā)人們對空氣質(zhì)量的廣泛關(guān)注[1-2]。國家環(huán)境保護部陸續(xù)出臺了一系列環(huán)保政策[3-4]，嚴(yán)格控制大氣污染物排放指標(biāo)。為了積極響應(yīng)國家號召，燃煤電站大量上馬超低排放改造工程，以滿足超低排放要求的煙塵（英文名Particulate Matter，縮寫為PM，以下簡稱“PM”）、SO2、NOx排放濃度分別不高于10、35、50mg/m3（標(biāo)態(tài)、干基、6%O2）的限值。

隨著超低排放改造工作的深入進行，各類新型環(huán)保技術(shù)快速發(fā)展，為聯(lián)合脫除多種污染物提供了技術(shù)路線[5-6]。濕式電除塵器作為引入燃煤發(fā)電領(lǐng)域的新型環(huán)保技術(shù)，其高效的除塵性能得到國內(nèi)科技工作者廣泛認(rèn)可[7-8]，近年來發(fā)展迅速，國內(nèi)投運的濕式電除塵器數(shù)量已超過歐美日等國在役設(shè)備總和[9]。由于濕式電除塵器在燃煤發(fā)電領(lǐng)域發(fā)展迅速，但結(jié)合工程應(yīng)用對濕式電除塵器多污染物協(xié)同脫除性能的研究報道相對較少。文中結(jié)合濕式電除塵器性能測試數(shù)據(jù)，對濕式電除塵器的多種污染物協(xié)同脫除性能進行了分析研究。

1 研究方法

1.1 項目概況及試驗依據(jù)

選擇典型裝機容量燃煤機組濕式電除塵器作為研究對象，涉及機組裝機容量等級分別為150MW、300MW、600MW、1000MW級。測試期間要求機組及環(huán)保設(shè)施正常運行，燃用煤質(zhì)、運行負(fù)荷穩(wěn)定、在線CEMS表計指示正確。

試驗依據(jù)見表1。

表1 試驗依據(jù)Tab.1 Test reference

1.2 試驗儀器

試驗過程中所使用的主要試驗儀器見表2。

表2 主要試驗儀器Tab.2 The main test instruments

試驗過程中所使用的測試方法完全依照表1所列相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，文中壓力采用美國生產(chǎn)的HM7750電子壓力計和L型皮托管測試，通過計算得到煙氣量，煙塵濃度采用青島嶗應(yīng)生產(chǎn)的3012H自動煙塵儀進行采樣測試，文中PM2.5采用芬蘭生產(chǎn)的Dekati PM-10測試，顆粒物粒徑測試范圍為＞PM10、＞PM2.5、＞PM1，采用稱重法計算得到 PM2.5濃度。全自動便攜式汞采樣系統(tǒng)（PMS 30B）進行煙氣中汞樣品采集，采用美國生產(chǎn)的汞分析儀（Hydra II C）進行汞濃度檢測。SO3濃度依據(jù)《石灰石-石膏濕法煙氣脫硫裝置性能驗收試驗規(guī)范》（DL/T998-2016）進行測試，紅外氣體分析儀測試煙氣中SO2、NOx、O2等濃度。為了保證測試結(jié)果的準(zhǔn)確性，采用了平行采樣及平行分析的方法。

2 結(jié)果與討論

2.1 試驗結(jié)果

為了研究濕式電除塵器的污染物協(xié)同脫除能力，并對燃煤電站污染物排放情況進行全面分析，選擇4臺不同裝機容量機組濕式電除塵器進行100%負(fù)荷工況性能試驗，并對試驗結(jié)果進行總結(jié)、分析，性能試驗結(jié)果見表3。

2.2 PM脫除效率

如圖1所示，采用濕式電除塵器的燃煤機組，PM排放濃度均能達標(biāo)排放，甚至PM排放濃度低于5mg/m3，濕式電除塵器的PM脫除效率均在85%以上。采用濕式電除塵器技術(shù)容易實現(xiàn)PM超低排放，并且能有效消除因脫硫系統(tǒng)的除霧效果差，導(dǎo)致的PM排放超標(biāo)問題。鍋爐額定蒸發(fā)量對應(yīng)排放煙氣量，雖然PM脫除效率受濕式電除塵器設(shè)計條件影響，但PM排放濃度接近的情況下，機組容量越大，煙氣量越大，PM排放量越大，對大氣污染物的貢獻就越大。因此，在濕式電除塵器的設(shè)計選型過程中，應(yīng)根據(jù)機組的裝機容量來確定PM排放濃度，裝機容量大的機組PM排放濃度限值應(yīng)低一點，裝機容量小的機組PM排放濃度限值應(yīng)高一點，這樣不管是從技術(shù)上還是經(jīng)濟上考慮，都比當(dāng)前“一刀切”的限排方式更合理。

圖1 PM排放濃度與脫除效率的相關(guān)性Fig.1 Correlation of PM emission concentration and removal efficiency

濕式電除塵器入口PM濃度范圍一般在20-60mg/m3之間，高PM濃度的煙氣直接進入濕式電除塵器，設(shè)備安全運行壓力大，設(shè)備稍有故障或缺陷，則PM濃度極有可能排放超標(biāo)，大大增加環(huán)保風(fēng)險和運行難度。降低濕式電除塵器入口PM濃度值最好的途徑是降低燃煤灰分，其次是優(yōu)化上游除塵設(shè)備，如采用先進的干式除塵技術(shù)（高效電源、電袋復(fù)合除塵器、低低溫電除塵器等）和脫硫除塵一體化技術(shù)（高效除塵除霧技術(shù)、旋流耦合脫硫除塵一體化技術(shù)、膜法冷凝脫硫除霧技術(shù)等）。

表3 性能試驗結(jié)果匯總Tab.3 The performance test results

2.3 PM2.5脫除效率

如圖2、圖3所示，濕式電除塵器PM2.5脫除效率在80%以上，PM脫除效率均在85%以上，濕式電除塵器出口PM2.5濃度值在3mg/m3以下，PM濃度值控制在5mg/m3以下，完全滿足環(huán)保超低排放要求。

由于新一輪環(huán)保超低排放改造技術(shù)以污染物協(xié)同治理為指導(dǎo)思想，煙氣進入濕式電除塵器時PM濃度已經(jīng)降低至較低濃度水平（特殊情況除外），一般設(shè)計入口PM濃度范圍在20-60mg/m3之間，導(dǎo)致濕式電除塵器的除塵效率明顯比靜電除塵器低，但濕式電除塵器出口PM排放濃度低，更容易達到環(huán)保要求。因此，對濕式電除塵器而言，除塵效率主要針對濕式電除塵器出力而言，對于環(huán)保要求而言，只要達標(biāo)排放即可，沒必要為了高的除塵效率而過度降低出口PM濃度，收效甚微，反而增加能耗。

圖2 PM2.5排放濃度在PM排放濃度中的占比Fig.2 Proportion of PM2.5emission concentration in PM emission concentration

圖3 PM2.5排放濃度與脫除效率的相關(guān)性Fig.3 Correlation of PM2.5emission concentration and removal efficiency

從上圖還可以看出，濕式電除塵器進出口PM中，PM2.5的占比很大，特別是經(jīng)濕式電除塵器凈化的煙氣中PM2.5占PM的比重達50%以上，因此，在后續(xù)改進濕式電除塵器除塵技術(shù)的過程中，如何提高PM2.5的脫除效率是值得廣大科技工作者思考的研究方向。

2.4 SO3脫除效率

如圖4所示，相比于當(dāng)前國內(nèi)已經(jīng)出臺的上海市地方標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的SO3排放限值（不大于5mg/m3），采用濕式電除塵器的燃煤電站，煙氣中SO3排放濃度不大于10mg/m3，達標(biāo)排放占比75%，SO3脫除效率基本在70%以上，其中SO3排放濃度超過5mg/m3的項目其入口SO3濃度平均值為96mg/m3。影響SO3脫除效率的因素主要有電極形式、停留時間、二次電壓、煙塵粒徑、入口濃度、溫度等。對于目前投運的濕式電除塵器而言，入口SO3濃度普遍較低，導(dǎo)致濕式電除塵器在SO3的脫除問題上不能更好的發(fā)揮作用，因此，測試結(jié)果表現(xiàn)為SO3脫除效率偏低。

圖4 SO3排放濃度與脫除效率的相關(guān)性Fig.4 Correlation of SO3emission concentration andremoval efficiency

根據(jù)試驗結(jié)果可知，采用濕式電除塵器基本可以滿足SO3排放濃度小于5mg/m3，工業(yè)應(yīng)用已不存在技術(shù)問題，需要深入研究的是如何降低投資和運行維護費用，做好廢水處理工作。

2.5 Hg脫除效率

圖5 Hg排放濃度與脫除效率的相關(guān)性Fig.5 Correlation of Hg emission concentration and removal efficiency

由圖5可知，燃煤電站Hg排放濃度遠低于Hg標(biāo)準(zhǔn)排放限值，濕式電除塵器Hg脫除效率在60%-80%之間。目前，濕式電除塵器入口Hg濃度低，Hg脫除性能裕量充足，若濕式電除塵器入口Hg濃度增加，則Hg脫除率可以在原脫除率的基礎(chǔ)上有進一步提高。濕式電除塵器作為燃煤機組環(huán)保設(shè)施的最后一道防線，對Hg的脫除率直接影響將來脫汞技術(shù)路線的選擇。

3 結(jié)論

文中以濕式電除塵器工程項目性能試驗結(jié)果為研究基礎(chǔ)，通過對比不同裝機容量機組配套的濕式電除塵器多污染物協(xié)同脫除能力，得出以下結(jié)論：

（1）從濕式電除塵器的測試結(jié)果來看，其除塵效率、系統(tǒng)壓力損失、PM排放濃度、PM2.5排放濃度、SO3排放濃度、Hg排放濃度等指標(biāo)均能滿足性能指標(biāo)和環(huán)保要求，濕式電除塵器在燃煤電站領(lǐng)域的工業(yè)應(yīng)用水平已漸成熟。

（2）裝機容量等級大小對濕式電除塵器性能并沒有明顯影響，但是不同裝機容量的鍋爐煙氣量大小不同，PM、SO3、Hg等污染物處理量不同，在進行濕式電除塵器設(shè)計選型時應(yīng)充分考慮污染物處理量的大小。

（3）濕式電除塵器對PM2.5、SO3、Hg等污染物的協(xié)同脫除能力較強，為今后上述各項污染物控制技術(shù)路線的開發(fā)提供了發(fā)展方向。

[1]劉澤宇．濕式電除塵器中粉塵與液滴脫除效率的數(shù)值模擬[D]．北京：華北電力大學(xué)，2016．

[2]劉昊．濕式電除塵器在細(xì)顆粒物控制中的應(yīng)用[J]．工業(yè)安全與環(huán)保，2016，42(4)：20-22．Liu Hao.Application of Wet Electrostatic Precipitator in the Control of the Fine Particulate Matter[J].Industrial Safety and Environmental Protection,2016,42(4):20-22.

[3]GB/T13223-2011，火電廠大氣污染物控制排放標(biāo)準(zhǔn)[S]．

[4]發(fā)改能源【2014】2093號：關(guān)于印發(fā)《煤電節(jié)能減排升級與改造行動計劃（2014-2020）》的通知[S]．

[5]萬益．濕式電除塵器水膜均布及細(xì)顆粒物強化脫除研究[D]．杭州：浙江大學(xué)，2014．

[6]史文崢，楊萌萌，張緒輝，等．燃煤電廠超低排放技術(shù)路線與協(xié)同脫除[J]．中國電機工程學(xué)報，2016，36(16)：4308-4318．Shi Wenzheng，Yang Mengmeng， Zhang Xuhui， Ultralow emission technical route of coal-fired power plants and thecooperative removal[J]． Proceedings of the CSEE，2016，36(16)：4308-4318．

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[9]張華東，周宇翔，龍輝．濕式電除塵器在燃煤電廠的應(yīng)用條件分析[J]．中國電力，2015，48(8)：13-16，32．Zhang Huadong,Zhou Yuxiang,Long Hui.Study on Application Conditions of Wet Electrostatic Precipitators in Coal-Fired Power Plants[J].Electric Power,2015,48(8):13-16,32.

Research on Multi-Pollutant Synergistic Removal Test by WESP

YANG Yonglong， HU Da， WANG Fengji， LI Jing， ZHU Yue
（Huadian Electric Power Research Institute，Hangzhou 310030，China）

Performance tests of WESP were conducted in this work.The multi-pollutant synergistic removal performance of WESP was analyzed according to the performance test.The results show thatthe collection efficiency of WESP was above 85%,and the synergistic removal efficiency of PM2.5,SO3,Hg was reached above 84%,71%and 64%.PM emission concentration waslowerthan 5mg/m3,which achieved the environmental protection standard emission limits.The direction for the development of multi-pollutant control technology was provided by WESP for advanced synergistic removal performance of PM2.5,SO3,Hg.

wet electrostatic precipitator； collection efficiency； performance test； PM2.5

X773

B

2095-3429（2017）05-0001-05

10.3969/J.ISSN.2095-3429.2017.05.001

國家重點研發(fā)計劃項目(2016YFC0203701-5)。

The National Key Research and Development Program of China(2016YFC0203701-5).

2017-08-07

楊用龍（1985-），男，湖北荊州人，碩士，工程師，從事火電廠煙氣環(huán)保工程技術(shù)及研究工作。