燃煤电站用高气速电除雾器的研制

修海明

（福建龙净环保股份有限公司 福建龙岩 364000）

1 前言

随着我国经济的持续快速发展，各工业集体逐渐庞大，各种大气污染物的排放急剧增加，环境污染和生态破坏日趋严重。近年来PM2.5和雾霾天气引发了公众的高度关注。伴随人们对大气污染物认识的不断加深，及国家节能减排政策的出台，新颁布的《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223-2011）已于2012年1月1日起正式实施。这就对除尘设备的性能和可靠性提出了更严格的要求。近日，国家三部委又发出(2014)2093号文件，要求燃煤电站烟气污染物排放达到燃气轮机组水平（即NOX：≤50mg/Nm3、SO2：≤35mg/Nm3、烟尘：≤10mg/Nm3），部分地方政府及发电企业甚至主动要求烟尘排放≤5mg/Nm3，这就使得仅有传统的干式除尘器几乎难以满足排放要求。

我国的能源结构仍然以煤为主，并在相当长的时期内不会改变，这就决定了燃煤机组仍是我国电力行业的主要发电装置，因此作为我国大气污染主要来源之一的燃煤电站成为国家环境治理的重中之重。燃煤电厂目前普遍应用的污染物控制技术干式除尘器对于SO3、气溶胶、微细颗粒物、重金属等的排放控制能力有限，而且目前已经投运机组脱硫吸收塔后烟气中携带有大量的石膏液滴，易出现“石膏雨”现象。湿式电除雾器拥有捕集烟气中雾滴和微小尘粒的功能，尤其是对微细、粘性、高比电阻粉尘和气溶胶及细小的金属颗粒、二恶英等有显著的捕集效果，在国内的化工、冶金、建材等行业有着多年成功应用的业绩，据报道在国外的燃煤电厂中也有近30年的应用历史，但机组烟气量较小，设计的气速较低。而我国随着“上大压小”政策出台，燃煤机组朝大型化不断发展，烟气量越来越大，传统的低气速湿式电除雾无法处理大烟气量，因此开发适用于燃煤电厂的高气速静电除雾器迫在眉睫[1]。

2 湿式电除雾器的工作原理

湿式电除雾器是高效的烟气净化设备，能捕集烟气中微米及亚微米级微粒，确保雾滴、粉尘达标排放。其工作原理与干式静电除尘器类似，只是将沉淀极（阳极）板改为玻璃钢管束结构，每个玻璃钢管中心对应一根阴极电晕线。工作过程大致分为四个阶段：a）气体被电离；b）雾滴及粉尘荷电；c）荷电粉尘向相反电极移动；d）收尘极上的雾滴粉尘被喷淋水清除。工作时，通过静电控制装置和高压整流装置，将交流电变成直流电送至电除雾器的电晕极线，从而在电晕线（阴极）和玻璃钢管（阳极）之间形成强大的不均匀电场，使得空气分子被电离，瞬间产生大量的电子和正、负离子，这些电子及离子在电场力的作用下作定向运动，构成捕集粉尘及雾滴的媒介。当含雾滴和粉尘的烟气进入电场后，由于离子的碰撞和扩散，雾滴和粉尘荷电在电场力的作用下，作定向运动，抵达电荷相反的电极上，此时荷电粒子释放出自己所带的电荷，大部分雾滴和粉尘在重力作用下流到除雾器下部的集液槽中，小部分雾滴和粉尘残留在收尘极表面。当积累到一定程度时，开启系统中的喷淋装置对电极进行喷水清灰，残余粉尘顺流而下到集液槽，这样就达到了捕集雾滴及细微粉尘的目的。

与传统干式静电除尘器相比，静电除雾器中由于有水的存在，水中的多种杂质离子在电场作用下容易形成发射离子，这样就增强了电极的放电效果；再者，水的电阻较小，水滴与粉尘结合后，使得高比电阻粉尘的比电阻下降，湿式电除雾器的工作状态会更加稳定，能够收集静电除尘器不能收集的黏性、高比电阻的粉尘；最后，湿式电除雾器中采用水流喷淋冲洗，无需设置振打机构，所以不存在二次扬尘的问题。

3 高气速电除雾器的研制

我国从上世纪六十年代就开始电除雾器的研究，在化工、冶金领域已经有多年的使用经验，但其处理的烟气量相对较少，气速一般在1m/s左右。而燃煤电厂烟气量大、烟气工况复杂、富含多种杂质及微量重金属的特点，使得传统的电除雾器不适用于燃煤电厂，因此研制适合燃煤电厂的高气速、高效的电除雾器是目前最需要解决的问题。

高气速电除雾器主要在原电除雾器的基础上，根据燃煤烟气的特点，对部分结构及材质进行改进。以某公司研制的350MW机组电除雾器为例，其基本结构包括壳体、电晕线、玻璃钢制沉淀极、阴极悬吊装置、绝缘箱和阴极框架等，总体结构图如图1。

图1 高气速电除雾器结构图

由图1可知：每个玻璃钢沉淀极（阳极）中心都设置有一根电晕线（阴极），上方固定在上部阴极框架上，下方用重锤拉紧，每个重锤被限制在下部阴极防摆框架内，这种结构在燃煤电厂大烟气量、高气速的条件下限制了电晕线的摆动，从而保证了除雾器的稳定、高效运行。高气速电除雾器需要保证的主要技术性能参数见表1。

表1 高气速电除雾器主要性能参数

为了保证除雾器的性能，其核心部件如导电玻璃钢管、电晕线等的材质及结构设计是关键，导电玻璃钢管必须有良好的导电性、耐蚀性和阻燃性，电晕线具备优异的放电性能等。因此，高气速电除雾器主要从以下几个方面开展研究：

3.1 阳极导电玻璃钢管的研制

静电电除雾器沉淀极的形状一般为管状，按沉淀极材质分，除雾器经历了三个发展阶段，分别是：铅静电除雾器、塑料静电除雾器和玻璃钢静电除雾器。

20世纪80年代之前，铅静电除雾器凭借其优异的导电性和耐腐蚀性得到了广泛的应用。但经过多个工程实践的检验，发现铅静电除雾器也有其缺点，铅的价格昂贵且易发生铅中毒，铅的质地较软，在电场内为了避免闪络损坏铅管，需把电压降低到无火花操作的程度，使得除雾效率提高困难。

20世纪80年代开始，随着塑料制品的兴起，在业内兴起了一股用硬聚氯乙烯（PVC）管替代铅管作为沉淀极的潮流。塑料的优点在于其价格比铅要低得多，且闪络一般不会破坏塑料表面，因此能在较高电压下运行，从而得到更高的除雾效率。随着时间的推移，塑料制静电除雾器的局限性也日渐凸显，塑料易老化、使用寿命短，且塑料本身是不能导电的，仅靠管内壁形成的液膜来导电，而塑料表面的疏水性使得水很难在其表面形成连续的液膜，因此很难维持稳定的伏-安特性，电压时高时低使得除雾器运行不稳定。

图2 导电玻璃钢阳极管结构图

20世纪90年代初，鉴于铅静电除雾器和塑料静电除雾器存在的不足，在汲取国外设计制造经验的基础上，国内开始研制自己的导电玻璃钢电除雾器，并在制酸系统中得到了应用。导电玻璃钢管一般做成正六边形，也称蜂窝形，内切圆直径在250mm~400mm，长度一般为4m~6m，如图2所示，其具有结构紧凑、充分利用内/外表面、节约材料以及占地面积小的优点[2]。

导电玻璃钢管一般分成三层结构，从内腔到外表面依次为：阻燃导电的树脂层，中碱玻璃纤维布层，缠绕纱树脂层。这种结构的玻璃钢具有导电性强、阻燃性好、强度高等优点，性能参数详见表2。

表2 导电玻璃钢物理性能

3.2 阴极电晕线的研制

燃煤电厂的烟气量巨大，这就决定了应用于燃煤电厂的电除雾器的设计烟气流速较大。从理论上讲，当气速为1m/s~1.2m/s时，电晕极线的比电流在0.15mA/m~0.2mA/m就基本能满足使用要求，当气速加快，烟气在电场中的停留时间变短时，要保证同样的除雾效率就必须加大电晕极线的比电流。比电流与电晕极线的形式有很大的关系，因此，电场气速提高时可以通过更改电晕极线的形式来满足要求。

业内普遍选用的电晕极线大都为盲刺形电晕极线，众多实验数据证明：盲刺线的比电流要比最初使用的六角铅导线的比电流大很多，其放电能力强，具有优异的抗粘附和抗电晕闭塞能力，允许采用更高的气速，因此大大减小了电除雾器的占地面积。

3.3 阴极框架的研制

另一个影响烟气流速的因素则是电晕极线的固定方式，传统电除雾器的阴极线上端固定在阴极上部框架的小梁上，下端仅靠重锤张紧固定，当气速较大时，极线容易晃动，从而引起运行电压电流不稳定。为了避免高气速对电晕线的影响，在电晕极线下部设置一个防摆框架（如图3），下部防摆框架架设在阴极下部大梁上，下部大梁再通过连接杆与上部阴极框架实现刚性连接，从而上、下阴极框架连成一个整体，再将整体框架固定在电除雾器侧部绝缘箱内，通过顶部绝缘箱与侧部绝缘箱的配合固定，使得整个阴极框架被牢牢固定在壳体内。运行时，每根阴极线通过下部重锤被限定在防摆框架的方格内，这样就可以确保电晕线在较高的气速下保持稳定，保证电流和电压在合理的范围内，除雾器运行起来稳定可靠，除雾效率也能得到保证。

图3 防摆框架结构图

4 结语

随着人们生活水平不断提高，对美好生活环境的渴望也越来越强，国家对烟尘的排放标准越来越严，甚至提出了超低排放要求（503510）。干式除尘器对微细粉尘的脱除能力有限，随着WFGD运行时间的延长，部分酸性雾滴会被烟气携带而出，造成尾部烟道及烟囱的腐蚀，很多燃煤电厂已经面临排放超标的压力。传统的除尘工艺路线已不能满足新时代的要求，因此研制适合燃煤电厂大气量、高气速的电除雾器，对满足现行排放标准具有重大意义。本文所述技术已经在东莞市泰昌纸业130t/h+65t/h循环流化床锅炉烟气治理系统中得到了成功应用，实现烟尘排放＜2.8mg/Nm3，运行效果良好，为燃煤电厂大烟气量处理使用电除雾器提供了工程示范，促进了燃煤烟尘治理技术进步。

[1]林祖涵.静电除雾技术在燃煤电厂的应用 [J].华电技术，2011，33（1）：65-68.

[2]张元庆.高效电除雾器的研制和应用[J].硫酸工业，2006（1）：14-17.