WESP湿式电除尘技术与电厂PM2.5排放治理

王磊磊

（陕西清水川能源股份有限公司，陕西榆林　719400）

WESP湿式电除尘技术与电厂PM2.5排放治理

王磊磊

（陕西清水川能源股份有限公司，陕西榆林719400）

目前工业粉尘等污染物排放量日益增多，产生的颗粒物特别是PM2.5对环境及人类健康危害巨大，而微细颗粒最主要的排放源就是燃煤电厂。WESP电除尘技术是大气污染物终端处理系统，有着采集烟气中细颗粒与雾滴的能力，所以在电力与化工领域获得了广泛的应用。本文主要介绍了WESP湿式电除尘技术的原理、材料的选取以及布置形式，最后举例说明了湿式电除尘器在在火电行业应用。

湿式电除尘PM2.5发电厂

中国是以煤为主的能源消耗大国，燃煤锅炉主要有工业锅炉和电站锅炉，大型燃煤电站颗粒物的排放控制技术和设备仍以电除尘为主。《火电厂大气污染物排放标准（GB 13223—2011）》自2014年7月1日起执行，现有火力发电燃煤锅炉烟囱出口烟尘排放限值全国为30mg/m3，重点地区特别排放限值为20mg/m3。然而目前大部分燃煤电厂粉尘排放均超过排放限值，开展电除尘改造、降低颗粒物排放，是电力行业和除尘行业面临的重大技术和经济课题。

1　PM2.5排放治理的意义

PM2.5指的是大气成分中直径不大于2.5μm的微小颗粒物，还称为可入肺的颗粒物。其直径大小不到人发丝细度的1/20。在有关空气质量的报道中可吸入颗粒与总悬浮颗粒是人们十分熟悉的两类污染物。可吸入颗粒又称作PM10，其直径不大于10μm，可进入人体呼吸系统；总悬浮颗粒也称作PM100，其直径不大于100μm。虽说PM2.5只是大气中含量较少的组成成分，但是其对于空气质量与能见度有着重要影响。

研究证明，PM10和PM2.5两种颗粒相比较，PM2.5的有机提取物毒性要比PM10大，可使哺乳动物的细胞出现恶性的转化，使细胞DNA发生断裂、损伤染色体、抑制细胞间的通讯，可以说，颗粒物会损害人体呼吸系统的功能，造成炎症和哮喘等疾病，会增加心脏病患病率和死亡率，并具有潜在的致癌性。因而对人体健康和大气环境质量的影响更大。PM2.5是导致环境污染、能见度下降、城市阴霾天的“罪魁祸首”，同时也是大气污染物中损害人体健康的“元凶”，所以对PM2.5的治理迫在眉睫。我国一次能源以煤炭为主，大量煤炭燃烧已对生态环境造成严重危害，并影响到资源与环境的可持续发展。除控制SO2和NOx的排放外，PM2.5悬浮颗粒物的排放亦不容忽视。

2　湿式电除尘原理

湿式电除尘器（以下简称WESP）也是电除尘器的一种，WESP对粉尘的捕集原理与ESP相似，均是依靠高压放电使粉尘产生电荷，形成大量的电子和离子，通过电场力作用向两极移动的过程中，碰撞到烟气中的粉尘颗粒使其荷电，经荷电的粉尘由于电场力的作用与气流分离向极板或极线运动，荷电粉尘到达极板或极线时由静电力吸附在极板或极线上，从而使烟气净化。但在清灰方式上有所不同，WESP结构与ESP结构不同之处在于WESP取消传统振打清灰方式，而用一套喷淋系统取代振打系统，直接将水雾喷向电极和电晕区，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：湿式电除尘器则是通过水喷淋系统在阳极板上形成连续而均匀的水膜进行清灰，无振打装置，流动水膜将捕获的粉尘冲刷到灰斗中随水排出。由于取消振打，避免了二次扬尘的出现，同时电场中有大量饱和水汽，可以大幅降低粉尘比电阻，提高运行电压，因而能实现接近零排放，以达到WESP更高的收尘效率、脱除SO3、PM2.5等污染物的目的。

表1　不同氯化物浓度对应采用的材料

3　湿式电除尘技术特点

湿式电除尘器具有除尘效率高、压力损失小、操做简单、能耗小、无运动部件、无二次扬尘、维护费用低、生产停工期短、可在烟气露点温度以下工作、由于结构紧凑而可与其它烟气治理设备相互结合、设计形式多样化等特点。其与干法电除尘相比，具有以下优点：（1）除尘的效率高达99%，与此同时，可消除烟雾，实现无尘无烟雾的效果；（2）不需要振打，自动形成水膜并自动进行清灰，解决了静电除尘中二次扬尘的问题；（3）尤其适用温度多变、长期高温的除尘情况，克服了布袋除尘没有办法克服的高温难题，填补了技术上的空白；（4）去除PM2.5的效率高达95%，其排放粉尘的浓度小于5mg/Nm3。湿式电除尘器作为控制燃煤烟气PM2.5非常有效的设备，在发达国家的电力等工程领域得到了广泛应用，仅日本三菱重工就已有32台套应用于电厂。美国BruceMansfield电厂、Mirant’Dickerson电厂等多家电厂测试报告表明，湿式电除尘器对PM2.5的去除效率均高于95%，粉尘排放浓度低于5mg/Nm3。随着各国对环保要求的提高，美国、日本和德国等发达国家对微细粉尘、SO3酸雾等污染物治理力度的加大，湿式电除尘器的研制和应用也成为除尘行业的发展方向。

4　湿式电除尘材料选择

壳体通常采用带有衬层保护的碳钢，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，如焊缝、孔隙、构件连接处及盖板等。为了避免发生点腐蚀和裂隙腐蚀，内部构件材料必须考虑工艺气体和冲洗液体中氧和氯化物的浓度。对于耐腐蚀性和材料选取的关系，注意各种材料的选择有着其能够正常工作的氯化物浓度范围（表1）。

5　湿式电除尘布置形式

目前在国外电厂常采用的湿式电除尘器布置形式有以下三种：水平烟气独立布置；垂直烟气独立布置；垂直烟气与WFGD整体式设计。前两种布置方式需要专门的空间，第三种布置方式是近些年来最常用的，同时成本和运行费用也是最低的，占地面积也很小。

6　火电行业湿式电除尘应用实例

某电厂的300MW发电机尾部的烟气通过石灰石-石膏湿法脱硫进行处理，系统配置为一炉一塔，脱硫装置未设GGH。WESP电除尘系统使用前除尘的效率在98.6 9%左右；出口的烟尘浓度达140mg/Nm3左右，超出了环保排放标准要求。使用WESP电除尘系7结语

统后，达到以下效果：（1）烟囱入口总固体颗粒排放质量浓度平均值为18.5mg/m3（标态、干基），低于重点地区大气污染物特别排放限值20mg/m3（标态、干基）的要求；（2）机组烟囱入口液滴排放质量浓度平均值为13.46mg/m3（标态、干基），符合设计指标—液滴排放质量浓度≤20mg/m3（标态、干基）的要求；（3）烟囱出口烟气带水和“石膏雨”问题得到很大改善，在装置的出口粒级在PM2.5以上的细颗粒可脱除干净，PM10排放浓度≤9mg/m3、PM2.5排放浓度≤2mg/ m3；（4）脱酸的效果明显，烟囱冷凝酸性液体降低为70%，冷凝液中H+离子浓度降低约60%，烟囱腐蚀压力大大减缓；（5）设备正常运行时，平均电耗130kW，水耗率为零。

湿式电除尘器作为烟气终端精处理设备能高效收集对人体危害特别大的PM2.5、PM10等颗粒物。但是，由于需要选用耐腐蚀性强的高等级不锈钢作为电极材料以及烟气流速较低造成设备体积庞大，导致现有的湿式电除尘器工程造价偏高，成为制约该技术推广的重要因素。如果能够在电极材质和烟气流速方面得到改进，将会大大促进该技术在国内的应用进程。

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