330MW燃煤供熱機組徑流濕式靜電除塵器應用

程立華，馬希紅，張立權

（河北建投宣化熱電有限責任公司，河北 張家口 075100）

1 高效終端處理技術—濕式電除塵技術

1.1 濕式電除塵技術對PM2.5去除機理

在電除塵器中對粉塵顆粒有兩種類型的荷電過程，對于直徑大于1μm的顆粒來說，電場荷電是主要作用，顆粒碰撞沿電力線運動的負離子而帶電，這時電壓的強弱是影響這個過程的最主要因素。對于直徑小于0.5μm的顆粒來說，擴散荷電是主要作用，亞微米粒子在隨機運動時與負離子碰撞而帶電，注入的電流密度是影響擴散放電最重要的因素。濕式靜電除塵中，因放電極被水浸潤后，電子較易溢出，同時水霧被放電極尖端的強大電火花進一步擊碎細化，使電場中存在大量帶電霧滴，大大增加亞微米粒子碰撞帶電的機率，而帶電粒子在電場中運動的速度是布朗運行的數十倍，這樣就大幅度提高了亞微米粒子向集塵極運行的速度，可以在較高的煙氣流速下，捕獲更多的微粒。

1.2 徑流濕式靜電除塵技術的特點

早先的WESP裝置多采用臥式板式技術（金屬極板），這種裝置由于采用水膜清灰方式，故需要設置專門的水處理系統，將收集的酸液在稀釋加堿中和后，一部分進入脫硫補水，一部分循環使用，這對于堿的消耗很大，對噴嘴性能要求更高，且對水量、電量的消耗也相應增大；此外，濕式電除塵器一般布置在煙氣脫硫系統后，故爐后需要增加布置場地，對于新建機組一般影響不明顯，對于已投產的老機組由于可供改造的場地有限，在使用空間上就提出了更嚴格的要求；第三，由于陰陽極均平行于氣流方向布置，陽極板采用平行懸掛的金屬極板，電暈電極采用框架式結構，若達到85%的除塵效率，需要設置兩個電場，煙氣的系統阻力也隨之增加約為250～350Pa。

與傳統金屬陽極濕式靜電除塵器不同，徑流濕式靜電除塵器將收塵陽極板垂直于氣流方向布置，使電場力的方向與引風力的方向在同一水平線上，使粉塵顆粒在引風力與電場力的共同作用下，在新型陽極板上完成捕集。由于新型陽極板采用橫向布置，不僅對粉塵有一定的物理攔截作用，而且對細微顆粒物收集能力更強，減少收塵極數量。

2 項目概況

河北建投宣化熱電有限責任公司燃煤供熱機組鍋爐煙道尾部配置濕法石灰石——石膏全煙氣脫硫系統，不設GGH，經過廣泛調研，決定采用徑流式濕法靜電除塵技術，在脫硫吸收塔后增加徑流濕式靜電除塵器，實現煙囪出口煙塵排放濃度低≤5mg/Nm3。

3 設計參數與系統構成

河北建投宣化熱電有限責任公司330MW機組中采用的徑流濕式除塵器布置在脫硫后。煙氣先經過電除塵器去除絕大部分粉塵，然后經過濕式石灰石——石膏法去除SO2，最后將濕法脫硫后溫度低、濕度大、腐蝕性強的煙氣再經過徑流濕法靜電除塵器進行終端處理。

本裝置的原理與常規濕式除塵器相似：金屬放電線在直流高壓的作用下，將其周圍氣體電離，使粉塵或霧滴粒子表面荷電，荷電粒子在電場力的作用下向收塵極運動，并沉積在收塵極上。其優勢體現在下述3方面：①與煙氣接觸部分全部采用2205雙相不銹鋼，其具有強度高，沖擊韌性好，抵抗氯離子和硫化物的應力腐蝕。與普通不銹鋼相比，能大量節省用材；于作用在固定電極上的、采用2205雙相不銹鋼制成的新型陽極板，與普通陽極板相比，相同體積下具有更大的集塵面積，且通透率達到95%以上，大大降低了系統運行阻力，減少了占地面積；③由于采用固定電極式陽極系統，只需在固定電極下部設計獨立的清洗室，使用高壓噴嘴在固定電極內部向外沖洗網板，沖洗完的污水通過灰斗和管道排至脫硫塔循環使用，減少了系統的耗電量和耗水量。

3.1 設計參數

表1為宣化熱電有限責任公司的平均煤種的煤質分析數據，其數據可以確定濕式靜電除塵器的設計參數，為除塵器性能測試提供重要依據。

表1 煤質分析資料

根據煤質分析數據、脫硫裝置煙氣參數及電除塵器的實際參數，最終確定徑流濕式除塵裝置的主要設計參數，具體數值如表2所示。

表2 徑流濕式靜電除塵器的主要設計參數

3.2 系統構成

本項目的徑流濕式除塵器主要由殼體、進出風口、分布板、陽極裝置、陰極裝置、沖洗裝置和供電電源等部分組成。結構布置圖如圖1所示。

（1）分布板。煙氣自脫硫吸收塔出口進入徑流濕式除塵裝置，此時煙道氣流分布不均勻，嚴重影響粉塵和液滴的去除效率，因此在濕式徑流除塵裝置進風口處布置2層分布板，通過布置分布板，實現了系統內煙氣的充分擴散，減小了渦旋產生的區域并降低了系統的阻力損失。經過現場進行的氣流分布均勻性試驗，氣流均勻性實現σ≤0.15，滿足濕式靜電除塵對氣流均布的要求。

圖1 徑流濕式電除塵器結構布置

（2）陰極裝置。由于濕式靜電除塵器在濕煙氣環境下工作，故陰極系統全部采用具有耐腐蝕性的2205雙相不銹鋼材料制成。通過對收塵性能和2205加工性能的綜合考慮，選用魚骨狀形式作為電暈電極。極配型式可保證穩定運行電壓達90KV。吊桿在保溫箱內采用絕緣瓷瓶支撐，保溫箱內配有電加熱裝置并通入熱空氣，保證保溫箱內部溫度維持在130～150℃，以防止絕緣子上結露腐蝕和爬電現象的發生。

（3）陽極裝置。集塵極由陽極框架及陽極板組成，通過電焊技術，將金屬網板焊接在固定電極框架內。當前后兩層網板間壓差>120Pa時，開啟沖洗系統，對陽極板進行清灰。根據目前工程的運作狀況，陽極板沖洗頻率為2～3天一次，一次用水量 24t，折合每小時 0.3～0.5t。

（4）沖洗系統。沖洗系統主要用于對陽極板、陰極線、分布板進行沖洗，防止它們產生大量粉塵粘附并結塊的現象，降低除塵效率。沖洗方式與常規剛性陽電極不同，常規陽電極通過沖洗水使其表面形成均勻的水膜，使黏附至極板上的煙塵顆粒隨水膜自流至下部集液槽。對于徑流濕式除塵器，則是通過高壓清洗噴嘴對其進行清洗，沖洗完的灰水落入灰斗中，排放至脫硫塔泵坑作為脫硫塔補水，從而實現在線清灰。由于沖洗陽極和陰極裝置的要求不同，沖洗系統分開運行。經實際工況顯示，在機組100%負荷工況下，耗水量為0.6t/h。

4 性能測試結果

施工完畢后，對項目運行情況進行驗收監測，監測期間，對供熱機組不同工況負荷、不同煤質情況下，對除塵器出口煙塵排放濃度、SO3濃度進行檢測。工況安排如表3所示。

監測頻次：針對每一工況條件，煙塵每小時測試三次，每次不小于10min，計算小時均值；晝、夜共測試9次。

測試結果表明：在負荷最大、煤質最差的情況下，煙囪入口含塵濃度為4mg/Nm3，除塵效率達到87%，SO3濃度為14 mg/Nm3，SO3去除率達到60%，性能指標高于《燃煤電廠大氣污染物排放標準》（DB13/2209-2015）標準中要求的限值。

5 經濟性分析

安裝了濕式電除塵器后，將大大改善電廠周圍的環境條件，為當地居民及企業創造一個良好的生活及工作環境。初步測算，一套330MW機組安裝濕式電除塵器后每年可減排粉塵約200t，按照年運行6100h計算，平均外排水0.1t/h，耗電量50kW考慮，預計年用水量約610t，年水耗費用1830元（水價3元 /t）；年耗電量約 305000kW·h，年電耗費用 91500元（電價 0.3元/kW·h）。

6 結語

徑流濕式靜電除塵器與傳統濕式靜電除塵器類似，都是利用高壓電場使煙氣發生電離，氣流中的粉塵荷電并在電場力作用下與氣流分離。兩者不同之處在于前者垂直于煙氣方向布置，采用噴淋方式對粉塵進行清除，而傳統濕式除塵器陰極、陽極系統的結構為平行于煙氣方向，采用水膜清灰方式。與傳統濕式靜電除塵器相比，徑流濕式電除塵器具有以下優點：

（1）徑流濕式電除塵器處理的是脫硫系統后的飽和濕煙氣，電暈電流大，對濕煙氣中的粉塵比電阻沒有要求，采用與煙氣方向垂直布置，能夠使塵粒荷電性能更好，尤其對微細粉塵去除率更高。

（2）由于陽極板具有更大的集塵面積和通透率，使得徑流濕式電除塵器結構更加緊湊，占地面積少，不僅適合于新建工程，對場地受限的改造工程更能發揮其優勢。

（3）徑流濕式電除塵器與煙氣接觸部位全部采用2205雙向不銹鋼材質，其具有耐腐蝕性、高強度、良好的沖擊韌性和抵抗氯離子的性能，使用壽命能夠達到30年。

（4）常規除塵器，在運行過程中，除高壓電源及供水水泵會引起電量的消耗外，由于增加了循環水系統，故輔助的循環水泵、堿液泵等還將消耗部分電量；此外，為實現在線的自動清灰，使陽極板表面形成均勻的水膜，需要較多的沖洗水，且沖洗水中添加的NaOH溶液也將提高運行成本。此外，噴嘴的更換和泵的維護也會增加額外費用。

徑流濕式除塵器相對于常規除塵器而言，無水循環系統，電量主要用于除塵器本體（高壓電源、固定電極）及供水水泵中，在工程運行中，利用壓差的檢測，實現在線噴淋，從而降低了耗水、耗電量。

（5）可以脫除絕大部分SO3。濕式電除塵器技術其成功使用的歷史近100年，在燃煤電廠也有30多年的應用。從日本及歐美電廠運行情況來看，濕式靜電除塵器可以長期高效穩定地去除煙氣中PM2.5、SO3酸霧等微細顆粒物。

近年來，隨著國家對環境保護的日趨重視，濕式靜電除塵器在脫硫煙氣深度凈化中的優勢更加突出。隨著技術的不斷發展和成熟，可以預計，在我國的燃煤電廠濕式靜電除塵器將會得到越來越多的推廣應用。

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