湿式电除尘器技术分析

尹连庆，唐志鹏，刘佳

(华北电力大学环境科学与工程学院，河北保定 071003)

湿式电除尘器技术分析

尹连庆，唐志鹏，刘佳

(华北电力大学环境科学与工程学院，河北保定 071003)

近期全国多地雾霾频发，空气质量恶化，为改善空气质量，国家出台了新的火电厂大气污染物排放标准，加强对于烟尘、SO2、NOx的排放控制。为满足新的排放标准，解决现运行电厂存在的细微颗粒物排放不达标、石膏雨以及蓝烟问题，湿式电除尘器作为控制大气复合污染物的精处理装置，可以作为烟囱前的最后一道技术把关。分析了湿式电除尘器除尘机理、结构特点以及布置方式，论述了国内外应用情况，并在此基础上就技术性和经济性两方面与干式电除尘器、袋式除尘器和电袋除尘器进行分析比较，可为电厂选型提供参考。

湿式电除尘器;PM2．5;大气复合污染物;经济性分析

1 概述

燃煤电厂一直是国家环境治理的重点，新出台的污染物排放标准更是对近年来陆续跟进的除尘、脱硫以及脱硝系统提出了更高的要求，如何控制PM2．5细颗粒排放、石膏雨和烟囱蓝烟等问题已成为当务之急。新的《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223－2011)中，粉尘排放限值由50mg/m3提高到30mg/m3，重点地区提高到20mg/m3，单纯的干式电除尘器已经很难满足要求，同时新标准也提高了NOx和SOx的排放限值，并增加了Hg的控制指标。湿式电除尘器(WESP)在实现超低排放、控制PM2．5和重金属等复合污染物方面应用效果良好，国家环保部在《环境空气细颗粒物污染防治技术政策(试行)》(征求意见稿)中明确指出:鼓励火电企业采用湿式电除尘等新技术，防止脱硫脱硝造成的“石膏雨”以及“蓝烟”污染。因此，应加强对湿式电除尘技术的研究和应用。

2 国内外应用现状和技术特点

2．1 国内湿式电除尘器应用概况

我国在湿式电除尘技术研究方面起步较晚，最早主要是硫酸和冶金工业中应用了一些中小型的湿式电除尘器。从2009年开始，逐步开展了针对燃煤电厂应用湿式电除尘器的研究和探索，并取得了多个项目的成功应用。华电淄博热电有限公司湿式电除尘工程，该项目充分考虑了老厂炉后场地有限的特点，采用了双层复式卧式结构，结构紧凑［1］。鞍钢第二发电厂燃气－蒸汽联合循环机组，引进日本三菱湿式电除尘器装置(平板式)，用于除尘净化进入煤气压缩机前高炉、焦炉煤气。

2．2 国外湿式电除尘器应用概况

日本的湿式电除尘技术起步较早，已经有30多年的应用史，仅三菱重工就有33台套应用于电厂。日本碧南电厂5台套湿式电除尘器投产20年来，烟尘排放浓度长期保持在2～5mg/m3的水平，并且湿式电除尘器本体和内部构件均未发生严重腐蚀。

美国在湿式电除尘方面研究也较早，与日本不同的是，美国应用较多的是垂直烟气流独立设计和与WFGD的整体式设计。典型工程有AES深水电厂，采用的是吸收塔后单独布置的垂直烟气流设计［2］。整体式布置方案具有不用另外占用场地，减少了内部连接管道和土建，无单独支架，管道布置简单，投建成本和运行费用低的优点。缺点是:由于布置在WFGD的上方，使得烟气的流动阻力增加，同时高空布置也使得基础和钢结构负荷增加［3］。

3 湿式电除尘器的原理及特点

3．1 工作原理

湿式电除尘器的工作原理和干式的类似，都是高压电晕放电使粉尘或水雾荷电，荷电的粒子在电场力的作用下到达集尘板，但在粉尘的清除方式上，干式电除尘器采用的是机械振打，而湿式电除尘器采用冲刷液冲洗电极，将收尘板上捕获的粉尘冲刷到灰斗中随之排出。

3．2 结构特点

(1)本体结构。湿式电除尘器主要由进出口烟道、除尘器壳体、导流板、整流格栅、阳极收尘板、阴极线、绝缘箱、冲洗水系统、电源及控制系统组成。结构类型上一般分为板式和管式两类，板式的集尘极为平板状，水膜形成性好，极板间均布电晕线，主体类似于干式电除尘器，能处理水平或垂直流动的烟气;管式的集尘极一般为多根并列的圆形或多边形金属管，中间分布电晕线，只能处理垂直流动的烟气。湿式电除尘器外部构件采用普通碳素钢，内表面加涂层以防腐蚀，安装时要注意控制内表面的破损，特别是焊接点、构件连接处等。外壳的外部不需要保温，因为烟气温度低于饱和温度，因而外壳处的烟气也几乎没有降温［4］。总体来看，管式集尘极要比板式的效率高、便于布置且占用空间少［5］。

(2)清灰方式。干式电除尘器是通过振打的方式，将集尘极上的积灰振落到灰斗，而湿式电除尘器是将冲刷液喷淋至集尘板上形成连续的液膜，随着冲刷液的流动将粉尘冲刷到灰斗中随之排出。若集尘极上的粉尘不能及时冲刷下来，会产生运行电压下降、电晕封闭和局部腐蚀等问题。常见的清灰方式包括自冲刷、喷雾冲刷和液膜冲刷［6］。不管哪类冲刷方式，冲刷液中含有的大量悬浮颗粒物以及酸性物质，直接排放会造成二次污染和水资源的浪费，因此需要解决灰水循环和水耗问题。建议对冲洗水采用闭式循环。

3．3 湿式电除尘器的优缺点

湿式电除尘器的优点:对粉尘的适应能力强，能达到很高的除尘效率，同时也适用于处理高温、高湿的烟气;没有二次扬尘;没有锤击设备等易损部件，可靠性高;能有效去除亚微米级颗粒、SO3气溶胶和石膏微液滴，对控制PM2．5、蓝烟和石膏雨效果良好;由于在电除尘器内电场气流速度较高，灰斗的倾斜角减小，设备的布置紧凑［7－8］;降低烟气中总的携带水量，减小石膏雨形成的几率。

存在的问题:排烟温度需低于冲刷液的绝热饱和温度［9］;在高粉尘浓度和高SO2浓度时难以采用湿式电除尘器［10］;必须要有良好的防腐蚀措施;湿式电除尘器冲洗水虽采用闭式循环，但要与脱硫水系统保持平衡;多处部件需要用耐腐蚀材料，且未大规模生产，单个产品投入成本较高;新机组需单独占用炉后场地，对老机组改造将会有场地布置问题。

4 新技术发展状况

(1)湿式膜电除尘技术。该技术最早在1979年，由美国俄亥俄大学Pasic提出并研究成功［11］。湿式膜电除尘器采用碳纤维或硅纤维编织膜作为集尘极，代替传统电除尘器中的金属集尘极，利用毛细作用，使水均匀的分布在膜表面，消除了传统湿式电除尘器集尘板上容易出现的局部干燥区，避免反电晕的产生，也保证了电场的稳定，提高了除尘效率。

(2)干湿复合电除尘技术。集合了干式和湿式电除尘技术的优点，采用前级电场干式电除尘+末极电场湿式电除尘的配套方案，最早由美国电研所于20世纪90年代开始研究。

5 湿式电除尘器与现有除尘设备比较

以100MW机组为例，达到国家排放标准，对采用5电场干式电除尘器、袋式除尘器、电袋复合式除尘器(包含2电场)、4干式+1湿式电除尘器，进行技术性［12－13］、经济性比较［6，14－15］。

5．1 经济性比较

(1)设备费用。袋式除尘器＜5电场干式除尘器＜电袋复合式除尘器＜4干式+1湿式电除尘器;

(2)土建及施工费用。袋式除尘器＜电袋复合式除尘器＜5电场干式除尘器＜4干式+1湿式电除尘器;

(3)年运行、维护费用。5电场干式除尘器＜电袋复合式除尘器＜4干式+1湿式电除尘器＜袋式除尘器;

(4)总费用。5电场干式除尘器＜袋式除尘器＜电袋式复合除尘器＜4干式+1湿式电除尘器。

由此可见，湿式电除器的总费用最高，但其所带来的社会效益和环境效益是无法估量的。

5．2 技术性比较

现在广泛采用的干式电除尘、袋式除尘、电袋复合式除尘技术，仅能控制脱硫塔前的粉尘排放浓度，对于SCR以及WFGD后所产生的SO3气溶胶和石膏微液滴没有去除效果，对于PM2．5细微颗粒物和重金属污染物的去除效果也很有限。干式电除尘器除尘性能受煤质、飞灰成分、物相组成影响;袋式除尘器不受煤质、飞灰特性影响，但对烟气温度、湿度、成分敏;感电袋复合式除尘器不受煤质、飞灰特性影响，同样对烟气温度、湿度等敏感，但要好于袋式除尘器;湿式电除尘器不受煤质、烟气工况影响，适用范围较广。湿式电除尘器作为大气复合污染物的终端控制设备，在控制上述污染物、满足新标准烟尘排放要求上都有出色的表现。表1列出了上述几种除尘技术比较。

表1 各类除尘器的技术性比较

6 结语

湿式电除尘器在满足新标准的同时，还能对PM2．5细微颗粒、SO3气溶胶微液滴、有机污染物、重金属污染物等起到有效的控制作用，其社会效益巨大。“SCR+ESP/FF+WFGD+WESP”的大气污染物控制模式，也是目前世界上燃煤电厂最先进的、控制污染物效果最好的方式。目前，国内已有数台套的湿式电除尘器成功应用，并且运行状况良好。国内外的湿式电除尘器投运经验表明，在燃煤电厂应用湿式电除尘器是完全可行的，而且对于复合污染物有着很好的控制效果，能够解决众多环境问题。相信随着国家环保要求的不断提高，湿式电除尘器也将日益受到重视，并在实现粉尘超低排放，控制PM2．5和大气复合污染物方面发挥重要作用。

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［3］Fu Wenling，Zhou Hao，Albert L Moretti．有效的SO3脱除技术－烟道喷吸收剂和安装湿式电除尘器［C］．第十六届二氧化硫、氮氧化物、汞、细颗粒物污染控制技术研讨会论文集．2012．

［4］Fujishima H，Tsuchiya Y．湿式电除尘器在电站燃煤锅炉上的应用［C］．第五届国际电除尘学术会议文集．东京:1993．

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Technical analysis of wet electrostatic precipitator

Recently，in many places of China showed up haze frequently，air quality deteriorated，to improve air quality，the new emission standard of air pollutants for thermal power plants(GB 13223－2011)was issued，and the emission limits for dust，sulfur dioxide，nitrogen oxides was more stringent．To meet the new standard，and resolve the problems of tiny particles，gypsum rain and blue smoke in coal－fired power plant，wet electrostatic precipitators can be used as a fine processing equipment，to control the complex atmospheric pollutants before the stack．It analyzed the dust removal mechanism，structural characteristics and arrangement of wet electrostatic precipitator，discussed the applications of home and abroad，and compared with dry electrostatic precipitator，bag filter and electrical bag filter in two aspects of technical and economical．This conclusion can provide reference for power plant selection and design．

wet electrostatic precipitator;PM2．5;complex atmospheric pollutants;economic analysis

X701．2

B

1674－8069(2015)03－018－03

2014-12-19

2015-02-27

尹连庆(1959-)，男，硕士，教授，主要从事环境工程方面的教学与研究工作。E－mail:Yin－lq@126．com