濕式電除塵器在改造項目中的合理性設計

何鵬飛，任凱，屈荷葉

（西安西礦環保科技有限公司，西安 710075）

1 引言

隨著國民經濟的飛速發展，新國情下對環境保護的要求越來越高，污染物排放標準日益嚴格，原有的環保設備大多已不能滿足新的排放標準。為了達到新的排放標準，控制各類污染物的排放，需要對原有的凈化系統進行升級改造，其中粉塵超低排放升級改造是各類污染物排放控制改造中的重點之一。在粉塵超低排放改造升級的過程中，濕式電除塵器已成為煙氣末端治理的有效手段之一。

濕式電除塵器與常規電除塵器的原理基本相同，最主要的區別在于清灰方式采用噴淋系統取代了振打系統。噴淋系統間歇性噴水，在極板或管束表面形成流動性液膜，將收集的粉塵沖洗去除，達到清灰的目的。濕式電除塵器作為煙氣末端治理的主要設備，不僅可以降低煙塵濃度，達到超低排放要求，同時還可以解決PM2.5微細粉塵、“石膏雨”和SO3氣溶膠等的排放問題，大幅度減少對煙囪的腐蝕[1]。

為順應新的環保要求，揚州某造紙廠自備電廠對煙氣凈化系統進行改造升級，在濕法脫硫后增加濕式電除塵器。經過工藝布置和初步設計計算，確定采用頂置圓筒形結構，玻璃鋼管束式濕式電除塵器。初始設計參數見表1。

表1 某廠濕式電除塵設計參數表

2 工藝布置合理性設計

從原煙氣凈化系統平面布置圖（見圖1）可看出，區域內場地狹小，設備布置非常緊湊，設備數量多，管線復雜，可利用的空間有限，給改造升級工藝布置帶來不利影響。在水平空間限制較大的情況下，經過詳細工藝布置和設計計算，確定利用立面空間，采用頂置圓筒形式結構（見圖2），將新增的濕式電除塵器布置在脫硫塔頂部，同時利用原鋼煙囪，將原鋼煙囪截斷后布置于新增的濕式電除塵器后，保證煙囪出口高度的要求。

采用頂置結構，需要考慮濕式電除塵器和原脫硫塔的共振問題。一旦達到共振條件，運行時在氣流沖擊、風載以及其他振動設備的影響下，整個系統將會產生較大震動，影響系統的穩定性及運行安全，嚴重時甚至會導致設備坍塌。為了解決濕式電除塵器和原脫硫塔的共振問題，濕式電除塵器重新布置土建基礎（見圖3），采用獨立支撐鋼支架，土建基礎及鋼支架與脫硫塔基礎以及其他設備完全隔離，同時在脫硫塔頂部與濕式電除塵器入口對接處布置一套膨脹節。以此將濕式電除塵器和原脫硫塔間隔開，使得兩者之間不存在剛性連接，防止產生共振。

圖1 某廠原煙氣凈化系統平面布置圖

圖2 某廠濕式電除塵器初步布置圖

圖3 濕式電除塵器獨立基礎布置圖

3 參數選型合理性設計

在改造項目中，煙氣參數的數據一般都較詳細，之前設備的運行參數可以作為改造后新增設備的設計依據，如煙氣量、煙氣溫度、粉塵濃度、其他煙氣成分含量等。從實際運行參數可知，燃煤電廠濕法脫硫之后的煙氣有3個特性：1）飽和煙氣含濕量大；2）呈酸性，腐蝕性強；3）所含顆粒物細微。這些特性對濕式電除塵器的選型、結構、清灰方式、材料選擇、供電等會產生重大影響。結合具體的煙氣參數及特性，對新增的濕式電除塵器進行選型計算。選型參數包括有效斷面積、總集塵面積、電源容量等。

選型設計仍然采用多依奇公式。除塵效率與煙氣流速成指數反比關系，流速越高，除塵效率越低，流速越低，除塵效率越高，但設備結構越大，投資成本越高。考慮到該濕式電除塵器的入口粉塵濃度較低，但經過濕法脫硫后煙氣中含有一定的液滴，該煙氣流速取值為2.6m/s。選取了煙氣流速，根據煙氣量即可計算出有效斷面積。總積塵面積的確定一般有理論計算法和經驗分析計算法兩種，理論計算法過程復雜，并且難以考慮特定煙氣條件的影響，因此改造項目多采用經驗分析計算法。經驗計算法是根據現有設計及運行經驗確定有效驅進速度，根據已知的煙氣量、入口粉塵濃度和要求達到的除塵效率，采用多依奇公式計算出總集塵面積。電源容量、總集塵面積和電流密度有關，在選取電流密度時，如果入口粉塵濃度高，則選取電流密度大；如果入口粉塵濃度小，則選取電流密度小。考慮該項目的煙氣特性，選取電流密度為0.45mA/m2，以此計算得出電源容量。根據合理的選型計算，最終陽極管束布置見圖4。

4 噴淋系統合理性設計

噴淋系統作為取代振打裝置的清灰方式，在濕式電除塵器中起著至關重要的作用。噴淋水量需根據實際的工況選擇，水量過小，無法在陽極管束內壁形成連續性流動水膜，影響清灰效果，長期水量過小會引起陽極管束積灰結垢，積灰過于嚴重時會引起二次電壓過小，甚至造成電場短路；噴淋水量過大，會造成水資源的浪費，對于頂置式濕式電除塵器，水量過大時還會影響脫硫塔內的水平衡，影響濕法脫硫使用效果。噴淋系統采用不霧化實心錐噴嘴，噴嘴噴淋角度可計算選擇，合理的噴淋角度可使得噴淋系統在較小的水量下達到合適的噴淋覆蓋率。管束式濕式電除塵器，一般噴淋覆蓋率要求達到煙氣流通截面積的120%以上，即每個噴嘴的最終噴淋圓面積之和要在煙氣流通截面積的1.2倍以上。當噴水量確定后，可調整噴嘴噴淋角度來達到調整噴淋覆蓋率的目的。

設計噴淋系統時，需要合理的布置噴嘴位置，以求噴淋水量在整個截面上均勻分布，不存在噴淋死角。對于玻璃陽鋼極管束，噴淋死角區域容易產生過熱現象，危險時甚至會導致玻璃鋼管束起火。噴嘴的布置方式一般有兩種，一種是環形布置，另一種是矩陣式布置，該項目根據實際情況，選用的是矩陣式布置，此種布置方式有利于噴淋水管的制作及安裝。該項目的最終噴嘴布置及噴嘴噴淋圓分布如圖5所示，圓心即為噴嘴中心位置。

圖4 陽極管束布置圖

圖5 噴淋覆蓋圓布置圖

5 氣流均布與系統阻力

在濕式電除塵器中，通過陽極管束的氣流是否均勻，對除塵效率起著至關重要的作用。該項目中，濕式電除塵器的入口即脫硫塔頂部的出口，煙氣經過脫硫除霧器后，存在一定的偏流，因此考慮在濕式電除塵器入口和出口分別布置一層氣流分布板。另外，該項目為改造項目，但風機未進行增壓改造，因此對新增設備阻力有著嚴格的要求。為了均布氣流，并降低設備阻力，對新增的濕式電除塵器進行了氣流模擬。

新增的濕式電除塵器三維模型及邊界條件見圖6，設計參數見圖7。

經過多次CFD模擬計算，在設計工況條件下，新增的濕式電除塵器的模擬運行狀況見圖8、圖9。通過內部速度流線圖和立面速度云圖可看出，濕式電除塵器內部整體流線均勻且光滑平順，基本無過密過疏及碰撞漩渦產生；各個管束風速大小基本一致，基本無低風速管束。

圖6 三維模型及邊界條件

圖7 設計參數表圖

圖8 內部速度流線圖

圖9 內部立面速度云圖

從圖10～圖12切面速度云圖可看出：煙氣經過分布板后氣流均勻性良好，各個陽極管束內均有風速，且風速基本均勻。模擬計算得出濕式電除塵器的系統阻力約為223Pa，可滿足整個煙氣凈化系統的阻力要求。濕式電除塵器投運以后，系統阻力為200Pa左右，驗證了氣流模擬的準確性。

圖10 進氣端氣流均布監測面速度云圖

圖11 出氣端氣流均布監測面速度云圖

圖12 管束內切面速度云圖

6 腐蝕防護設計

新增的濕式電除塵器位于濕法脫硫塔頂部，煙氣經過濕法脫硫后呈酸性并且含濕量大，具有較強的腐蝕性，因此對接觸煙氣的部件表面需進行防腐設計。在抗硫酸或亞硫酸腐蝕性能方面，不同鋼材的抗腐蝕性能由弱到強依次為普通碳鋼＜304不銹鋼＜316不銹鋼＜2205等雙向不銹鋼。但從經濟性來說，這幾種材料正好相反。

綜合考慮防腐性能和經濟型，新增的濕式電除塵器整體框架結構采用普通碳鋼，接觸煙氣的表面進行玻璃鱗片防腐，重要結構采用抗腐蝕材料。其中陽極管束、氣體分布板等采用導電玻璃鋼，陰極系統、噴淋系統等需要承力的部件采用雙向不銹鋼。對于需要進行玻璃鱗片防腐的部位，設計和施工時必須特別注意應減少凹面結構，減少小間距長距離縫隙，減少螺栓連接，這些結構不利于玻璃鱗片防腐施工，且易造成縫隙腐蝕；施工時必須嚴格按照防腐施工規范進行，濕度、材料表面除銹等級及平整度必須保證規范要求值，焊縫部位以及轉角部位重點關注仔細施工，防腐施工完成后應嚴格檢查，對于針眼、裂縫、鼓包等防腐缺陷區域嚴格按照防腐施工規范再次施工。

7 調試與運行

濕式電除塵器經過安裝、冷態調試或檢修完成后，設備進入熱態調試階段。熱態調試前要對濕式電除塵器內部進行全面檢查，保證內部不得有任何雜物，檢查兩極之間是否有短路隱患；檢查所有絕緣件表面是否清潔或是否有損壞，否則用無水酒精擦拭干凈，有損壞則及時更換；確保接地裝置及其他安全設施必須安全可靠；確認給水系統和噴淋系統中各設備、管路及電氣接線等符合要求；檢查其他安全防護措施。

完成整體檢查后方可進行空載升壓實驗，實驗前應先進行一次噴淋操作，空載升壓實驗二次電壓控制在40kV以下，每個電場時間控制在1min以下，空載升壓實驗結束后再次進行噴淋操作。

在調試運行前，應編制調試及運行操作規程，并制定相應的應急預案。調試及運行時嚴格按照操作規程進行。

8 結語

以某造紙廠自備電廠濕式電除塵器為例，探討了改造項目中濕式電除塵器的合理性設計。按照本文設計思路，設計的濕式電除塵器投產并且穩定排放以后，運行參數見表2。

表2 某廠濕式電除塵運行參數表

從表2的運行參數可看出，該濕式電除塵器的運行狀況良好，各項數據均達到了較優的效果，粉塵排放濃度大大低于超低排放要求。