湿式电除尘器在工程中的应用

刘鹤忠，陶秋根

(华东电力设计院，上海 200063)

湿式电除尘器在工程中的应用

刘鹤忠，陶秋根

(华东电力设计院，上海 200063)

随着国家对大气污染物排放控制要求的提高，新的火电厂大气污染物排放标准(GB13223-2011)于2012年1月1日正式实施。新排放标准对烟尘、二氧化硫、氮氧化排放控制要求都有了很大的提高。为了满足新的排放标准以及解决现已投运电厂普遍存在石膏雨问题，迫切需要与之配套的系统和设备来解决出现的新问题。湿式静电除尘器应用对减少吸收塔后烟尘、石膏雨和SO3等的排放，满足新标准要求多了一种选择。

本文通过分析认为对大型燃煤机组吸收塔后面安装湿式电除尘器在技术上是可行的，湿式静电除尘器对石膏液滴、酸雾、有毒重金属以及 PM10，尤其是PM2.5的微细粉尘有良好的脱除效果，但初投资和运行维护费用有所增加。

湿式静电除尘器；大气污染物排放；石膏雨；PM2.5微细粉尘。

1 概述

随着电力工业的高速发展，污染物排放的增加对大气环境造成了很大影响，为落实国家的科学发展观和节能减排的要求，新颁布的火电厂大气污染物排放标准(GB13223—2011)于2012年1月1日正式实施。在燃煤电厂中当煤种中灰份多、比电阻高或锅炉排烟温度较高时粉尘排放水平往往会达不到新标准的要求，而且现有已投运机组脱硫后由于吸收塔后烟气中携带石膏液滴量较大，若后续没有可控制的措施、在不设置GGH时容易出现石膏雨现象。

目前国内燃煤锅炉主要采用的除尘方式有：静电除尘器；静电除尘器+布袋除尘器组合的电袋除尘器；布袋除尘器三种。静电除尘由于阻力损失小、允许使用温度高和技术成熟可靠等特点被广泛应用。但对于静电除尘为了达到更低的粉尘排放值，电除尘器必然会向更多的电场数、更大的比集尘面积的方向发展，使设备占地面积增加、投资和运行费用提高。同时常规干式静电除尘器还存在除尘效率受粉尘的比电阻、粉尘的浓度、粒径分布、粘度和密度等的影响。

新标准的实施，对高效静电除尘器带来了巨大的挑战，项目建设的需要迫切需要工程技术人员对除尘新技术、新工艺(新型的高频电源电除尘器、移动电极电除尘器、湿式电除尘等、电袋除尘器或布袋除尘器)进行全面论证研究，尤其需要掌握能大幅度减少石膏雨的湿式静电除尘的除尘新技术研究，为新机组建设的推广应用，老机组电厂的除尘设备改造做好技术准备和论证工作。

2 湿式静除尘器设备介绍

2.1 工作原理

湿式静电除尘器可以理解成：首先是静电收尘，其次是湿式除尘。所以湿式静电除尘器在静电除尘方面与通常说的干式静电除尘器没有太多差别。湿式静电除尘器主要工作原理：直接将水雾喷向放电极和电晕区，水雾在芒刺电极形成的强大的电晕场内荷电后分裂进一步雾化，在这里，电场力、荷电水雾的碰撞拦截、吸附凝并，共同对粉尘粒子起捕集作用，最终粉尘粒子在电场力的驱动下到达集尘极而被捕集；与干式电除尘器通过振打将极板上的灰振落至灰斗不同的是，湿式电除尘器则是将水喷至集尘极上形成连续的水膜，流动水将捕获的粉尘冲刷到灰斗中随水排出。

静电除尘器的除尘过程可分为四个阶段：气体的电离；粉尘获得离子而荷电；荷电粉尘向电极移动；将电极上的粉尘清除。

湿式静电除尘脱除的对象由粉尘和雾滴，由于雾滴与粉尘的物理特性存在差别，所以其工作原理也相应的会有差异。从原理上来讲，首先由于水滴的存在对电极放电产生了影响，要形成发射离子，金属电极中的自由电子必须获得足够的能量，才能克服电离能而越过表面势垒成为发射电子。让电极表面带水是降低表面势垒的一种有效措施。水覆盖金属表面后，将原来的“金属一空气”界面分割成“金属一水”界面和“水一空气”界面，后两种界面的势垒比前一种界面的势垒低很多。这样，金属表面带水后，将原来的高势垒分解为两种低势垒，大大削弱表面势垒对自由电子的阻碍作用，使电子易于发射。另外，水中的多种杂质离子在电场作用下，也易越过表面势垒而成为发射离子。这些都改变了电极放电效果，使之能在低电压下发生电晕放电。其次由于水滴的存在，水的电阻相对较小，水滴与粉尘结合后，使得高比电的粉尘比电阻下降，因此湿式静电除尘的工作状态会更加稳定；另外由于湿式静电除尘器采用水流冲洗，没有振打装置，所以不会产生二次扬尘；最后据国外相关文献表明，湿式静电除尘器对酸雾、有毒重金属以及 PM10，尤其是PM2.5的微细粉尘有良好的脱除效果。所以可以使用湿式静电除尘器来控制电厂的SO3酸雾，并且还具有联合脱除的前景。

2.2 结构型式

2.2.1 结构特点

湿式静电除尘器在结构上有两种基本型式：管式和板式。管式静电除尘器的集尘极为多根并列的圆形或多边形金属管，放电极均布于极板之间，管状湿式静电除尘器只能用于处理垂直流动的烟气。板式静电除尘器的集尘极呈平板状，可获得良好的水膜形成的特性，极板间均布电晕线，板式湿式静电除尘器可用于处理水平或垂直流动的烟气。

2.2.2 冲刷方法

水力冲刷方法是影响湿式静电除尘器运行特性第一重要因素，常用的冲刷方法有：

自冲刷：最普遍的方法是利用捕集的液滴来湿润集尘极(此方法适用于捕集颗粒为液体颗粒)。

喷雾冲刷：雾化喷嘴采用水或空气或水和空气连续地冲刷集尘极，使雾化液滴和颗粒在集尘极表面形成一层冲刷膜。

液膜冲刷：采用连续的液膜冲洗集尘极。由于液膜能充当集尘板，管状式、极式的集尘板只不过是它的支承物。因此，冲刷液是否具有导电性能极为重要。其次，液膜的物理特性和分布情况也很重要。

2.2.3 材料的选择

材料的选择是影响湿式静电除尘器运行特性第二重要因素，这是因为湿式静电除尘器通常在低于冲刷液的绝热饱和温度下运行，易引起腐蚀。因此，需合理地选择各部位的结构材料。

(1)从结构材料上讲．壳体是湿式静电除尘器中最安全的，通常采用普通钢，为防止腐蚀，其内表面需涂有防腐材料．安装时还需严格控制壳体内表面破损，防止产生腐蚀，如焊接点、构件连接处及盖板等；

(2)集尘板表面需具有较强的抗腐蚀能力。同时应将易产生腐蚀的联接点减至最小，因为集尘极一旦发生故障．不仅会扰乱电场，而且会产生火花，引起除尘性能的下降；

(3)放电极的抗腐蚀性能应高于其它部件，因为其表面易造成粉尘液结，局部腐蚀较快，因此，需有特殊的保护措施。

2.3 湿式静电除尘器的优缺点

2.3.1 湿式静电除尘器的优点

(1)日本中部电力碧南电厂五台机组(3×700MW+2×1000MW)使用湿式静电除尘器后，其排放浓度长期稳定在2～5mg/Nm3，远低于日本国家标准和新国标的要求，表明湿式静电除尘器能高效地除去烟气中的烟尘和石膏雨微液滴。

(2)湿式静电除尘器冲洗水对烟气有洗涤作用，可除去烟气中部分SO3微液滴，虽然三菱和日立公司均无法提供具体除去率。但是国内外研究表明湿式静电除尘器对SO3有较高的去除率，初步估计在20%～25%左右。

(3)湿式静电除尘器布置在湿法脱硫后，脱硫后的饱和烟气中携带部分水滴，在通过高压电场时也可捕获并被水冲洗走，这样可降低烟气中总的携带水量，减小石膏雨形成的几率。

(4)从日本电厂运行情况，湿式静电除尘器可以将进口烟尘浓度从17.5mg/Nm3降到5mg/Nm3，这些烟尘主要是PM2.5范围内的微尘。表明湿式静电除尘器可有效地除去PM2.5微尘。

2.3.2 湿式静电除尘器的缺点

(1)湿式静电除尘器冲洗水采用闭式循环，但是因水中含尘量增加，需不断补入原水，排出废水，废水量与烟气中含尘量呈线性关系，增大了脱硫系统水平衡的难度。

(2)湿式静电除尘器布置在脱硫系统后，循环水箱和水泵等均可布置在电除尘器下部，需专门占用炉后设备位置，特别是对于老机组改造，由于可供改造有场地有限，场地布置将成为一个主要难题。

(3)湿式静电除尘器目前在国内的大型燃煤机组上应用业绩较少，对于国内脱硫系统后粉尘浓度较高的实际情况(粉尘主要是石膏，可能是脱硫塔内的除雾器不能达到设计要求)，其适应性还有待于实际应用的检验。

(4)湿式静电除尘器虽然原理和结构并不复杂，但是因阳极板和芒刺线、喷嘴等接触烟气的部件大量采用耐蚀不锈钢材料；而且其技术未大规模投入生产，所以单个产品的技术成本较高，设备投资费用要高于普通静电除尘器。同时运行过程中除了除尘器本体消耗的电量外，辅助的循环水泵等还将消耗部分电量，冲洗水中添加的NaOH溶液也将提高一部分运行成本，喷嘴更换和泵的维护也增加了额外费用，因此湿式静电除尘器的总运行成本也将略高于干式除尘器。

2.4 制造商及应用情况

湿式静电除尘器最早在1907年开始应用于硫酸和冶金工业生产中，在1982年后国外大容量燃煤电厂也开始采用湿式静电除尘器以除去脱硫后烟气中粉尘等污染物，取得了良好的效果。湿式静电除尘器在日本已有30年以上的应用历史。

据了解目前专业设计制造湿式静电除尘器的生产厂商世界上还为所不多，在美国有美国巴布科克&威尔科克斯公司；日本有三菱重工和日立公司；国内暂时还没有这项技术。日立的湿式电除尘技术与三菱重工基本一致，只是在喷嘴型式和布置方式、放电极的形式、集尘极板的形式上有所不同外，其最大的差异就是极间距较小只有300mm(三菱为400mm)，在对放电极进行水冲洗时必须要断电(三菱为连续的在线冲洗)。

三菱湿式静电除尘器从1975年开始应用，最早是用于处理化工厂的重油锅炉产生的烟气，目前用于处理锅炉后烟气共有25台套投入运行，其中燃煤锅炉为日本碧南电厂1～3号机组(3×700MW)，分别于1991年10月、1992年6月和1993年4月交货使用。日立的湿式静电除尘器应用于碧南电厂的4、5号机组(2×1000MW)，分别于2000年和2001年交货使用。三菱、日立二家公司在碧南电厂的实际应用都达到了预期的效果。在国内，三菱湿式静电除尘器还成功于2006年建成的鞍钢第二发电厂燃气—蒸汽联合循环机组(总装机容量300MW)中，用于除尘净化进入煤气压缩机前高炉、焦炉煤气。

3 湿式静除尘器应用分析

为了满足新颁布的火电厂污染物排放标准(GB13223—2011)中提出的要求，对于一般燃用烟煤常规的燃煤电厂配置干式静电除尘器时一般要求配置5电场干式除尘器；而当烟气系统中设置湿式静电除尘器时除尘的配置可采用：4电场干式除尘器+1电场湿式静电除尘器。单从静电除尘器除去粉尘的角度来说尽管二者的电场数相同，但除尘效率确有不同，后者要高于前者，原因是后者有除去微细粉尘的能力。采用后者容易满足粉尘排放浓度低于≤30mg/Nm3(非重点地区)或≤20mg/Nm3(重点地区)的要求。

3.1 系统分析

增加湿式静电除尘器后对系统的影响：第一影响的是水处理系统。湿式静电除尘的冲洗水系统主要包括：循环水箱、循环水泵、废水箱、废水泵、碱液箱、加碱泵，滤网和原水供应管道等。对百万机组每台机组需要增加补水量约为42t/h；第二影响的烟道的长度和烟气系统的阻力，对百万机组每台机组需要增加烟气系统的阻力约400Pa。

3.2 布置分析

根据湿式静电除尘器和前后烟道布置的需要，一般湿式静电除尘器布置在吸收塔后烟囱之间(日本的碧南电厂5台机组均采用了如此布置)。故炉后需要增加布置场地，对百万机组每台机组需要增加场地约2500m2。水处理系统一般布置湿式静电除尘器下方，基本不增加场地。

3.3 环保分析

烟气系统设置湿式静电除尘器效果还是相当明显，可进一步有效除去吸收塔后细小的粉尘、部分吸收塔中排出的水份和石膏，可有效减少石膏雨，尤其适用于电厂周边有敏感设施的电厂。

3.4 技术技经比较

烟气系统增加湿式静电除尘器更多的是带来社会效益，是对大气环境保护作贡献；对建设项目投入会有所增加。

对于百万机组初步经济比较如下(单台机组)：

4 结论

湿式静电除尘器应用能有效的减少烟气中污染物排放，尤其对石膏液滴、酸雾、有毒重金属以及 PM10，尤其是PM2.5的微细粉尘有良好的脱除效果，对目前已经投运的电厂普遍存在脱硫吸收塔除雾器效果不佳，石膏雨污染等具有明显的改善效果，适用于电厂周边有环境敏感区域的电厂(如：电厂周围距离城镇、居民区、其它企业较近)。通过采用干式的静电除尘器和湿式静电除尘器方案，完全能满足新的火电厂污染物排放标准提出的要求。

根据日本的经验，在大型燃煤机组吸收塔后面安装湿式电除尘器技术上是完全可行的，已有多年多台大型燃煤电厂成功运行业绩，系统运行稳定、高效，是一种新的选择方案之一。

Exploration Application of Wet Electric Dust Catcher to Engineering

LIU He-zhong, TAO Tiu-gen
(Inner Mongolia Power Exploration and Design Institute, Hohhot 010020, China)

With the stricter air pollutants emission limits in china, the new emission standard of air pollutants for thermal power plants (GB13223-2011) was issued. The new standard was implemented formally on January 1, 2012,and the emission limits for dust, sulfur dioxide, nitrogen oxide was more stringent. In order to meet the new emission standard and to resolve the problem of gypsum rain widely existing in thermal power plant, an appropriate system and equipment will be necessary and urgent. The wet electrostatic precipitator will be an option to meet the new emission standard, and which use will reduce the emissions of dust, gypsum rain and SO3 signi fi cantly.Based on the study and analysis in this paper, it is considered feasible to install wet electrostatic precipitator behind the absorption tower for the large-scale coal- fi red power plants. Wet electrostatic precipitator can ef fi ciently remove the gypsum droplets, mist, toxic heavy metals as well as PM10 dust, especially for PM2.5 dust, but with larger fi rst cost and overall cost of operation and maintenance.

wet electrostatic precipitator; emission; gypsum rain; PM2.5 dust.

TM621

B

1671-9913(2012)02-0043-05

2012-03-01

刘鹤忠(1962- )，男，副总工。