濕式電除塵器在1000MW火力發電機組的應用分析

鄭瑞文　賈占偉　王躍軍

【摘 要】本文主要介紹目前火力發電企業煙塵達標排放或超低排放新技術，其中濕式靜電除塵器是重要設備之一，通過對其應運背景、工作原理、技術特點以及優缺點、運維風險因素分析及控制、煙塵環保排放的對比分析，對濕式靜電除塵器的應運前景和投用效果做了詳細的論述，對濕式電除塵器系統穩定運行提供技術指導參考依據。

【關鍵詞】煙塵；濕式電除塵；污染物

1 引言

2015年1月1日開始執行，國家環保部2011年7月29日發布的火電廠大氣污染物排放標準（GB-13223-2011），壽光電廠地處山東省，屬于重點排放地區執行燃煤鍋爐排放標準，煙塵≤5mg/m3，二氧化硫≤35mg/m3，氮氧化物≤50mg/m3的排放極限值要求。依據國華公司“近零排放”技術路線，壽光電廠一期2*1000MW機組煙氣除塵設計采用5電場干式電除塵+石灰石-石膏濕法脫硫+1電場濕式電除塵器技術方案，濕式電除塵器入口煙塵含量≤10 mg/Nm3，除塵效率70%，出口煙塵≤3 mg/Nm3。

2 濕式電除塵器的原理及特點

壽電公司采用菲達環?？萍脊煞萦邢薰镜臐袷诫姵龎m器，它技術來源是引進日本三菱重工大型燃煤電站濕式電除塵技術，濕式靜電除塵器的主要工作原理：將水霧噴向放電極和電暈區，水霧在芒刺電極形成的強大的電暈場內荷電后分裂進一步霧化，電場力、荷電水霧的碰撞攔截、吸附凝并，共同對粉塵粒子起捕集作用，最終粉塵粒子在電場力的驅動下到達集塵極而被捕集，水在集塵極上形成連續的水膜，將捕獲的粉塵沖刷到灰斗中隨水排出。

2.1 濕式電除塵器工作原理及結構組成

濕式靜電除塵脫除的對象由粉塵和霧滴，但是由于霧滴與粉塵的物理特性存在差別，其工作原理也有所差異。從原理上來講，首先由于水滴的存在對電極放電產生了影響，要形成發射離子，金屬電極中的自由電子必須獲得足夠的能量，才能克服電離能而越過表面勢壘成為發射電子。讓電極表面帶水是降低表面勢壘的一種有效措施。水覆蓋金屬表面后，將原來的“金屬一空氣”界面分割成“金屬一水”界面和“水一空氣”界面，后兩種界面的勢壘比前一種界面的勢壘低很多。這樣，金屬表面帶水后，將原來的高勢壘分解為兩種低勢壘，大大削弱表面勢壘對自由電子的阻礙作用，使電子易于發射。另外，水中的多種雜質離子在電場作用下，也易越過表面勢壘而成為發射離子。這些都改變了電極放電效果，使之能在低電壓下發生電暈放電。其次由于水滴的存在，水的電阻相對較小，水滴與粉塵結合后，使得高比電的粉塵比電阻下降，因此濕式靜電除塵的工作狀態會更加穩定；另外由于濕式靜電除塵器采用水流沖洗，沒有振打裝置，所以不會產生二次揚塵。

濕式靜電除塵的沖洗水系統主要包括：循環水箱、循環水泵、廢水箱、廢水泵、堿液箱、加堿泵，濾網和原水供應管道等，典型流程如下圖所示：濕式電除塵的沖洗水包括循環水和原水補水，從集電極流下的水在灰斗收集進入廢水箱內沉淀下來，上層澄清水作為循環水回用，由循環泵打入濕式電除塵里進行噴淋，沉淀在底部的廢水作為脫硫工藝水或排放到廢水處理廠。循環水中增加加堿設施，以中和沖洗水中溶解煙氣中的SO3，避免與水接觸的部件產生嚴重的酸腐蝕。

2.2 影響濕式靜電除塵器除塵效率的主要因素

靜電除塵器整流變壓器二次電壓值、循環水量、煙氣粉塵濃度三因素對濕式靜電除塵效率的效應都為正，即除塵效率隨著電壓的升高、水量的增大、粉塵濃度的加大而上升。其中電壓對除塵效率的影響最為顯著，其次是水量，粉塵濃度的影響最小，靜電和水霧相結合可顯著地提高了除塵效率。

2.3濕式靜電除塵器與干式靜電除塵器比較優勢

利用噴水對集塵極清洗可使放電極和集塵極始終保持清潔，有效消除反電暈現象的發生，提高單位面積的集塵效率，在相同條件下達到更低的排放濃度。因取消了振打，避免了粉塵在振打過程中的二次揚塵，特別適合于出口要求低粉塵濃度的場所（目前除塵器出口最低的粉塵濃度可達到1mg/Nm3以下水平）。在水中加入堿（NaOH）以中和煙氣中SO3形成的酸，噴嘴、極板和極線均采用不銹鋼材料，可有效防止嚴重腐蝕的發生；流經噴嘴的循環水流量不隨機組負荷變化而變化，水量基本保持不變，循環水的補水量與煙氣中含塵量呈線性關系。

3 濕式電除塵器優缺點分析

3.1 濕式靜電除塵器主要優點

（1）濕式靜電除塵器在日本已有30年以上的應用歷史。日本中部電力碧南電廠五臺機組，將濕式靜電除塵器布置在濕式脫硫系統后，其排放濃度長期穩定在2-5 mg/Nm3，遠低于日本國家標準和新國標的要求，表明濕式靜電除塵器能高效地除去煙氣中的煙塵和石膏雨微液滴。

（2）濕式靜電除塵器沖洗水對煙氣有洗滌作用，可除去煙氣中部分SO3微液滴，雖然三菱和日立公司均無法提供具體除去率，但是沖洗水中必須加入堿液（NaOH）以中和水中酸性，也表明部分SO3液滴被捕獲后進入水中。

（3）濕式靜電除塵器布置在濕法脫硫后，脫硫后的飽和煙氣中攜帶部分水滴，在通過高壓電場時也可捕獲并被水沖洗走，這樣可降低煙氣中總的攜帶水量，減小石膏雨形成的幾率。

（4）濕式靜電除塵器可以將進口煙塵濃度從10mg/Nm3降到3 mg/Nm3，這些煙塵主要是PM2.5范圍內的微塵。表明濕式靜電除塵器可有效地除去PM2.5微塵。

3.2 濕式靜電除塵器主要缺點

（1）濕式靜電除塵器需要大量的工業水作為沖洗水，雖然采用閉式循環，但是隨著水中含塵量的增加，必須不斷補入原水，排出廢水，廢水量與煙氣中含塵量呈線性關系。廢水一般回用到脫硫系統，但是廢水量過大必將增大脫硫系統水平衡的困難，同時增大電廠制水和廢水處理設備的投資和運行費用。

（2）濕式靜電除塵器布置在脫硫系統后，占地面積不大，對于新建機組對總平面布置的影響不明顯，但是對于已投產的老機組可供改造有場地有限，在場地布置上將是一個主要問題。

（3）濕式靜電除塵器目前在大型燃煤機組上應用業績較少，對于國內脫硫系統后粉塵濃度較高的實際情況，其適應性還有待實際應用的檢驗。

（4）濕式靜電除塵器雖然原理和結構并不復雜，但是因陽極板和芒刺線、噴嘴等接觸煙氣的部件大量采用耐蝕不銹鋼材料；而且其技術未大規模投入生產，所以單個產品的技術成本較高，設備投資費用要高于普通靜電除塵器（具體費用制造廠未作明確的答復）。同時運行過程中除了除塵器本體消耗的電量外，輔助的循環水泵等還將消耗部分電量，沖洗水中添加的NaOH溶液也將提高運行成本，噴嘴更換和泵的維護也增加了額外費用，因此濕式靜電除塵器的總運行成本也將高于干式除塵器。

4 濕式電除塵器運風險因素分析及控制

4.1保證絕緣子室溫度

在濕式電除塵器啟動前8小時以上投入絕緣子室電加熱系統，確保濕式電除塵器啟動前或運行中，絕緣子室溫度大于60℃以上，絕緣子室溫度偏低會產生爬電現象，造成濕式電除塵整流變壓器二次電壓偏低、二次電流偏大甚至會導致整流變壓器二次電流過電流，影響變壓器正常供電運行或使用壽命。

4.2 避免濕式電除塵器干態運行

在進行濕式靜電除塵器啟動操作時，必須先啟動循環給水系統再開高壓供電系統，運行過程中保證循環水系統運行正常，提供正常壓力和流量的循環水，若出現循環水系統失水，立即開啟濕式電除塵器沖洗水閥門至電場內部供水，保證濕式電除塵器電場內部噴頭在有水的情況下運行，否則煙塵進入濕式電除塵器，導致內部件（主要是陽極板、陰極線）結垢，影響除塵器的收塵效果。

4.3 嚴禁在鍋爐完全投油時啟動濕式電除塵器運行

在鍋爐剩余25%油槍工作且投粉35%正常穩定運行，最好在油槍完全退出后啟動濕式電除塵器運行。未完全燃燒的油或油垢會污染濕式電除塵器陽極板、陰極線，造成除塵器陽極板與陰極線收塵、放電效果甚至在除塵器發生火花放電時殘余燃油可能發生著火現象。

4.4 避免濕式電除塵器進口煙氣溫度超出80℃運行

由于濕式電除塵器處于微酸性濕煙氣環境下工作，帶水酸性煙氣具有腐蝕性，濕式電除塵器殼體內表面鱗片襯里耐溫只能達到80℃水平，禁止將高溫煙氣通過濕式電除塵器內部，否則會損壞防腐襯里，影響濕式電除塵器殼體壽命，因此在鍋爐點火期間脫硫吸收塔漿液循環系統投入的情況下，啟動濕式電除塵器運行，方可保證進入濕式電除塵器煙溫不會超過80℃。

4.5整流變壓器運行火花率監視

運行人員監盤時，注意監視檢查整流變壓器火花率在規定的范圍內，火化率偏高時，電場內部閃絡放電嚴重會發生陽極板和陰極線擊穿，混搭后造成電場內部短路，濕式電除塵器將無法正常工作，影響煙塵脫除效率，會造成煙氣出口含塵量偏高。因此監盤時若發現整流變壓器火化率偏高時，應及時調整，使除塵器處于最佳運行狀態。

4.6 循環水系統運行監視

濕式電除塵器運行中，應加強對水系統巡檢和監視，每小時應查看水系統工作情況：循環水供水壓力不得少于0.6MPa，補給水供水壓力不得少于0.6MPa，循環水PH值必須≥6。確保濕式電除塵器在濕態煙氣下工作，否則導致內部件（主要是陽極板、陰極線）腐蝕或結垢。

4.7 氫氧化鈉堿液系統運行控制

在向堿儲罐注入堿液前應檢查堿儲罐系統是否完好，有無泄漏，排氣閥是否暢通，液位計是否正常，待堿罐車出堿管與堿儲罐注液口對接好后，方可開啟堿罐車出堿門，向堿儲罐注入堿液時應密切注意液位計的液位顯示變化，若發現異常應立即關閉出堿門停止卸堿，當液位顯示到規定液位時應及時關閉出堿門，以防堿液過滿外溢。操作人員應按安規要求穿戴好各種防護用具，操作時應特別小心，防止堿燒傷操作人員。30%左右的堿液在10攝氏度以下就開始結晶，堿液箱若在室外布置，要考慮保溫或伴熱。

5 結論

濕式電除塵器在火電廠應用從技術理論和原理上，均可實現脫硫凈煙氣中SO3、NH3、微細煙塵（PM2.5）、汞等多種污染物聯合脫除功能，目前神華國華壽光發電有限責任公司1、2號機組采用菲達環保公司濕式電除塵器，分別與2016年7月28日、11月28日，168小時試運行期間，在線連續監測大氣污染物排放濃度的平均值為：粉塵<1mg/Nm3、二氧化硫<10mg/Nm3、氮氧化物<20mg/Nm3控制并長期運行，均優于現行燃氣機組排放標準（煙塵5mg/Nm3、二氧化硫35mg/Nm3、氮氧化物50mg/Nm3），實現了燃煤機組“近零排放”環保新突破，實踐證明濕式靜電除塵器在火電機組煙塵處理上具有良好的應用效果。但是，濕式靜電除塵器在火力發電企業應用經驗較少，同時也給運行維護帶來一些潛在的風險因素，需在后期實際運行維護過程中應該加強注意對風險因素管控。

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[3] 張殿印，王純.除塵工程設計手冊.化學工業出版社，2003

（作者單位：神華國華壽光發電有限責任公司）