濕式靜電除塵器技術在超超臨界機組的應用

林歡

（永清環保股份有限公司，長沙 410330）

引言

為提高空氣質量，改善大氣環境，2014年9月，國家發展和改革委員會、環境保護部、國家能源局聯合制定了《煤電節能減排升級與改造行動計劃（2014～2020年）》。計劃指出：“東部地區在基準氧含量6%條件下，煙塵、二氧化硫、氮氧化物排放濃度分別不高于10、35、50毫克/立方米，中西部地區鼓勵接近或達到燃氣輪機組排放限值。因廠制宜采用成熟適用的環保改造技術，鼓勵加裝濕式靜電除塵裝置”[1]。因而濕式靜電除塵器在大型燃煤機組得以應用。

鍋爐主蒸氣溫度達到或超過600℃稱為超超臨界機組。與超臨界機組相比，超超臨界機組的熱效率高1.2%～4%。一年可節約優質煤6000噸。超超臨界機組是一種高效、先進的發電技術，不但節約能源，而且能在一定程度上控制環境污染。

濕式除塵器與干式除塵器的工作原理相同，都是電暈放電、粉塵荷電、粉塵收集、清灰四步。水霧噴向集塵極生成液滴、液膜或氣泡。放電極放電產生電暈場，水霧荷電后，粉塵粒子被電場力、荷電的水霧碰撞、吸附、攔截、凝聚，最后被連續水膜沖刷到灰斗中排出。濕式靜電除塵器技術工作原理如圖1。濕式除塵器設備簡單、制造容易、收塵效率較高，對處理高溫高濕粉塵、PM2.5微細粉塵、酸霧、有毒重金屬等都非常有效[2～4]，近年來被廣泛用于燃煤電廠和鋼鐵工業超低排放中微細顆粒物的去除。

圖1 濕式靜電除塵器技術工作原理圖

1 工程概況

某電廠項目作為省內第一個超低排放的示范項目，采用脫硫、脫硝、除塵一體化技術。為實現超低排放，采用低低溫電除塵器，并加裝了濕式靜電除塵器裝置。項目設兩臺660MW超超臨界參數燃煤汽輪發電機組。鍋爐為單爐膛、固態排渣、變壓運行直流燃煤鍋爐。最大連續蒸發量為2035t/h。鍋爐工況下燃煤量為265.2t/h。工程同步建設脫硫脫硝除塵裝置。煙氣從鍋爐尾部經過SCR反應器、回轉式空氣預熱器進入到低低溫電除塵器，再經過吸風機、煙氣脫硫裝置，進入濕式靜電除塵器，最后通過煙囪進入大氣。其技術路線如圖2。

圖2 某電廠2×660MW超超臨界機組技術路線圖

濕式靜電除塵器包含本體及附屬設備的設計、安裝、試驗及驗收。每臺鍋爐配兩臺除塵器，每臺除塵器結構上有獨立的殼體。

2 設計參數

該項目采用濕式靜電除塵器，工況下（100%BMCR）單臺機組濕式靜電除塵器的入口煙氣參數見表1。

表1 濕式靜電除塵器入口煙氣參數

濕式靜電除塵器的出口參數：出口煙塵濃度（含石膏）≤4.6mg/Nm3；粉塵去除率（含石膏及PM2.5等）≥ 77%；霧滴去除率≥90%；SO3去除率≥26%；本體阻力（含進出口變徑段）≤150Pa。

3 技術特點

該工程濕式靜電除塵器安裝在煙氣脫硫裝置和煙囪之間，除塵器采用臥式結構，每臺爐配置2臺除塵器。每臺除塵器結構上有獨立的殼體，原煙氣水平進入除塵器，經進口喇叭、陰陽極板、出口喇叭后進入煙囪。每臺除塵器的截面面積為132m2，煙氣流速為＜3m/s，保證電場中煙氣的停留的時間足夠長，保障除塵效率。除塵器內部布置沖洗裝置，沖洗水沖洗極板后，經灰斗管道流入排水箱。排水箱的水溢流到循環水箱，作為噴淋用水循環利用。濕式靜電除塵器的技術參數見表2。除塵器結構布置圖如圖3。

表2 濕式靜電除塵器主要技術參數

圖3 濕式靜電除塵器結構布置圖

3.1 陽極板和陰極線

濕式靜電除塵器的陽極板采用板式冷軋鋼板，板厚1.2mm。陽極板為多輪冷彎一次成型的CZ60波浪曲面結構，端面設有槽型結構。整體強度大，適合高流速煙氣，不易變形。集塵面積大，對粉塵捕捉效果好，容易形成水膜。陽極板表面水膜均勻，不存在死角。陰極線采用專利SDD針刺型陰極線，放電針環形分布，電場分布均勻，除塵器起暈電壓低、電場強度高、放電穩定，可實現高效、穩定地放電，除塵效率高。陽極板為懸掛安裝，極間距為300mm。陽極板和陰極線框架均采用鉛垂安裝。陽極板懸掛在殼體的主梁上，上下部設置定距梁，由定距梁保持極間距。采用懸掛方式，可以節約內部空間，布置更多的陽極板。上方定距梁采用固定連接，下方定距梁采用柔性連接。定距梁能防止陽極板隨意擺動，也能消除由熱脹冷縮產生的應力。陰極線采用卡槽，陰極框架采用吊桿方式懸掛。陰極線和陰極框架形成一個整體，防止陰極線擺動。陽極板和陰極線結構如圖4。

圖4 濕式靜電除塵器的陽極板和陰極線結構

3.2 煙氣均流裝置

該工程一臺爐配置兩臺除塵器，煙氣進入煙道后需要分流進入兩臺除塵器。煙氣不均、泄漏都會影響除塵效果。為了防止煙氣泄漏，在殼體側面設置了擋風板，在陽極板底端和灰斗之間設置了阻流板，避免煙氣短路。在進口喇叭設置導流板和氣流分布板。并采用CFD計算機數值模擬對煙道及除塵器的流場進行模擬實驗。根據1∶1的比例建立從煙道、進口喇叭、除塵器殼體、出口喇叭、連接煙囪的煙道的數值模擬幾何模型，模型如圖5。

通過分析煙氣通過的各個界面的速度，確定導流板的位置、氣流分布板的位置和開孔率等。氣流分布板采用單層柵條式結構，不易積灰，可以有效防止粉塵堆積。通過不斷優化流場，確定最終方案滿足含進出口變徑段的本體阻力≤150Pa，本體含進出口煙道阻力≤300Pa，氣流均布系數≤0.13。

圖5 濕式靜電除塵器的流場模擬模型圖

3.3 噴淋系統

除塵器內部每個通道設置噴嘴，噴嘴采用大流量噴嘴。兩塊陽極板共用一只噴嘴，每只噴嘴的流量為2.8L/min。噴嘴采用SUS316L材質，按照設定的角度呈扇形連續噴霧的沖洗方式噴射到陽極板上，并在陽極板表面形成均勻的水膜。噴嘴噴淋如圖6、圖7。噴嘴霧化效果好，水膜厚度為72～80μm，單臺爐連續使用的水膜水量為105t/h。在重力作用下液滴和顆粒物順流到下部的灰斗，經管道至水箱里。在不斷電的情況下，進行連續沖洗。合理的設計布置，保證陽極板表面清潔、不積灰、不結垢。噴淋水不噴到陰極線上，不影響顆粒物的荷電，避免產生火花和電暈現象。能充分去除濕煙氣中PM2.5、SO3、霧滴等。

圖6 噴淋系統原理

圖7 噴淋現場

圖8 水循環系統

煙氣進入進口喇叭的氣流分布板，由于氣流通道大小變化，部分煙氣中的粉塵會附著在氣流分布板上。在氣流分布板的上方設置沖洗噴嘴，根據運行情況定期清洗氣流分布板上的粉塵，防止氣流分布板結垢、堵塞現象。

3.4 水循環系統

濕式除塵器內部采用水循環系統，實現無沖洗廢水排放。

水循環系統主要包括循環水箱、循環水泵、排水箱、排水泵、堿液箱、加堿泵、自清洗過濾器、工藝水供應管道等。濕式靜電除塵器的沖洗水包括循環水和工藝水補水。噴嘴將沖洗水均勻地噴淋到陽極板，在陽極板上形成均勻的水膜，將吸附在陽極板上的粉塵沖洗帶到灰斗中，經管道流入下部水箱中。沖洗后的廢水呈酸性，且含有大顆粒物。直接外排會造成污染。同時還需補充大量工業用水用來噴淋。本系統采用水循環系統，在水箱中加堿中和酸性水，為防止大顆粒物堵塞噴嘴，在循環沖洗泵的后面安裝了過濾器。將噴淋廢水達到噴淋水質的要求后循環利用。少量懸浮物高的廢水外排到脫硫系統作為脫硫工藝補水，除塵器同時補充等量的工業用水。其余的廢水作為除塵器系統內部用水循環利用，實現系統的水平衡。灰水循環利用，不但節約用水，也減少外排灰水產生的二次污染。水循環系統平衡如圖8。

3.5 設備防腐

針對濕法脫硫后煙氣溫度高、濕度大等特點，除塵器內部材料和進出口喇叭充分考慮防腐要求，保障除塵器性能。陽極板、陰極線、定位梁、陰極線固定框架、氣流分布板、內部水系統管道、噴嘴、人孔門均采用SUS316L不銹鋼材料。進口喇叭、出口喇叭、灰斗、殼體采用Q235鋼，內壁防腐采用玻璃鱗片襯。可靠的防腐措施，確保設備運行穩定、使用壽命長、后期維護費用低。

3.6 電氣設備

濕式靜電除塵器內部電場環境濕度高，高壓設備運行需要適應少火花或無火花的狀態。該項目采用高效節能荷電系統，采用新型大功率高頻電源設備供電，電能轉換效率高達93%以上。與工頻電源相比，高頻電源控制關斷更迅速，且恢復時間更短。高頻電源適應復雜多變的工況需求，可在恒流或恒壓下穩定工作。不但除塵效率高，運行電耗比工頻電源低70%以上。安裝在電除塵器頂部，節約配電室空間，也能節省信號電纜和控制電纜的使用，從而減少安裝費用。濕式靜電除塵器的智能化電氣控制系統，可以根據鍋爐負荷、燃燒煤種、FGD性能等工況進行智能調節，靜電除塵器系統保持最佳運行狀況。

4 運行情況

2015年12月，2×660MW超超臨界機組順利通過168小時滿負荷試運行。機組各項性能指標良好，運行穩定。出口煙塵排放濃度分別為2.5mg/Nm3、2.4mg/Nm3，出口煙塵濃度滿足≤4.6mg/Nm3的設計保證值。SO3排放濃度分別為17mg/Nm3、12mg/Nm3，氮氧化物排放濃度為26.9mg/Nm3、23.1mg/Nm3。機組排放指標達到超低排放要求。驗收組深入項目現場，對系統CEMS煙氣在線監測設備數據進行標定，同時檢查兩臺機組CEMS設備運行情況。作為湖南省內第一個超低排放示范性在建項目，工程達到設計要求，2016年2月成功通過湖南省環保廳超低排放示范性工程竣工驗收。

5 結論

濕式靜電除塵器可以與煙氣脫硫系統一體化設計，結構緊湊、占地面積小。對吸收塔后煙氣中攜帶的石膏液滴、SO3、重金屬等可以協同脫除。布置在濕法脫硫之后，有效解決了“石膏雨”、藍顏/黃煙、塔后Hg等多種污染排放新問題，實現超低排放。濕式除塵器投運以來，運行穩定，為火電廠燃煤機組超低排放提供了成熟可靠且先進的技術，值得推廣及應用。