湿式除尘器及其控制系统在国华惠州电厂的应用

陈晓雷

（福建龙净环保股份有限公司 福建龙岩 364000）

湿式除尘器及其控制系统在国华惠州电厂的应用

陈晓雷

（福建龙净环保股份有限公司 福建龙岩 364000）

本文在说明湿式电除尘器基本工作原理的基础上，讨论了湿式电除尘器控制系统的组成，并重点介绍了水处理系统等的设计，同时介绍了湿式电除尘器控制系统在国华惠州电厂的应用和效果。

湿式电除尘器；控制系统；水处理系统；应用

1 前言

当前，我国环境状况总体恶化的趋势尚未得到根本遏制，尤其是近年来严重的雾霾导致环境矛盾日益凸显，环保压力持续加大。环保企业纷纷推出各种超低排放的新技术、新工艺、新产品，为治理雾霾亮出各式武器。湿式电除尘器作为其中的一种新的治霾利器，在满足超低排放、治理PM2.5方面得到业内专家、治污企业的一致认可。作为一种先进的烟气治理技术，湿式电除尘技术在欧洲、美国、日本等国家已得到广泛应用且效果良好。

2 湿式电除尘工作原理

湿式电除尘器是一种用来除去含湿气体中的尘、酸雾、水滴、气溶胶、臭味、PM2.5等有害物质的有效设备。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，湿式静电除尘器的主要工作原理是：在集尘极和放电极之间施加数万伏直流高压电形成强电场，同时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，同时对酸雾、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。由于没有振打极板产生的烟尘二次飞扬，湿式静电除尘器可以达到很低的烟尘排放浓度。

尽管湿式电除尘的类型和结构很多，但基本原理相同，主要包括以下四个复杂而又相互有关的物理过程：（1）气体的电离；（2）气溶胶、悬浮尘粒的凝并与荷电；（3）荷电尘粒与气溶胶向电极运动；（4）将电极上的粉尘清除。

由于金属极板湿式电除尘器的极板稳定，且有水膜覆盖冲洗系统，因此在电场稳定性、清灰性能上具有优势，喷水清灰同时具有脱除SO3、汞等重金属污染物的能力。在防腐性能上，金属极板在有中性水膜覆盖的条件下防腐性能较好。因此，采用金属极板的湿式电除尘器更具优势，应用也更加广泛。图1为湿式电除尘原理示意图。

图1 湿式电除尘原理示意图

3 湿式电除尘器控制系统

湿式电除尘器是由除尘器机械本体部分和电控部分组成，其中电控部分与常规电除尘器电控相比，既有相同的部分也有不同的部分，相同的是都需要配备高压整流设备、配备加热控制系统、配备上位机实现管理控制功能，不同的是湿式电除尘器无需振打卸灰之类的控制，而是灰水处理控制系统，它们共同组成湿式电除尘器的电控系统。其组成示意图如图2所示。

图2 湿电电控系统组成示意图

3.1 高压系统

湿式电除尘器与干式电除尘器的收尘原理相同，都是靠高压电晕放电使得粉尘荷电，荷电后的粉尘在电场力的作用下到达收尘板，然后采用定期冲洗的方式，使粉尘随着冲刷液的流动而清除。因此整个湿式除尘器高压控制系统至关重要，一般采用高效电源，如高频电源、三相电源和新型的常规电源。采用新型高压供电控制系统，有效配合喷淋系统，运行平稳，输入功率高，避免过度闪络、间断供电、频繁启停所造成的能耗和除尘效率下降，确保湿式电除尘器高效、节能。

3.2 灰水处理控制系统

灰水处理主要目的就是将阴极、阳极上的积灰清除干净，使湿式电除尘器长期保持较高的除尘效率、超低的排放水平。由于清洗后的污水直接排放会产生二次污染，并造成大量耗水导致运行成本高企，应进行污水的循环利用。所以湿式除尘器的灰水处理控制系统一般分为喷淋和冲洗两大系统，具体包括补水系统、冲洗系统、过滤系统、加碱系统、循环水系统等五个部分。其处理流程图如图3所示。

图3 灰水处理控制流程图

3.2.1补给水自动控制系统

（1）根据补给水箱的液位，自动开启或关闭来水电动蝶阀，控制补给水箱的液位在一定的范围之内；（2）通过补给水箱外的两台变频泵，将水箱的水送至除尘器的顶部进行喷淋冲洗，因为要满足喷淋水的雾化要求，所以对水的压力要有精确的控制，采用以水压为控制点，对变频泵采用正反馈的PID控制，保证了补给水的输送及喷淋水的雾化效果。

图4 补给水PID控制逻辑图

3.2.2 冲洗水自动控制系统

冲洗喷淋自动控制系统由若干个电动蝶阀组成，根据喷淋的工艺要求，按照一定的顺序进行冲洗喷淋，整套冲洗喷淋系统实现自动顺序控制，安全可靠。

3.2.3 过滤水自动控制系统

过滤水控制系统采用的是上下两层的灰水分离器，每层各有9个电磁阀，整套系统采用PLC逻辑控制，准确地控制每一个电磁阀的开关时间和开关顺序，运用自控联锁的技术，确保了灰水分离器的正常运行。

3.2.4 加碱自动控制系统

为了防止循环进入除尘器的循环水对本地的腐蚀，增加了加碱系统，调整循环水的酸碱性以达到防腐蚀标准。加碱系统的自动控制是根据循环水的pH值作为参考值来实现的，加碱泵以pH值作为PID的调节变量，不断给循环水注入碱液，保持循环水呈现一定的弱碱性，保护除尘器本体。

图5 加碱系统PID控制逻辑图

3.2.5 循环水自动控制系统

循环水系统将过滤后的清水通过循环泵的增压，送至除尘器的顶部进行冲洗。循环水的循环利用，降低了冲洗水的水耗，进一步达到了节能环保的要求。循环水系统的自动控制由循环泵和除尘器顶部的电动蝶阀组成。循环泵根据设定水压作为PID调节的依据，将循环水以一定的压力送至除尘器顶部，然后由出口的若干个电动蝶阀，按照自动顺序控制的方式，对阴阳极板进行冲洗喷淋。

图6 循环水PID控制逻辑图

3.3 加热系统

加热系统包括绝绝缘子保温箱加热和热风吹扫加热，由PLC自动控制，根据需要保温箱进行加热或停止加热、进行或停止热风吹扫加热。其中热风吹扫系统由风机，蝶阀和加热器组成，自动开启时，按照风机-蝶阀-加热器的顺序启动；自动关闭时，按照加热器-蝶阀-风机的顺序关闭。

3.4 安全保护系统

整套湿式除尘器系统都采用自动控制的方式，无须人工干预和操作，因此对整套系统的安全保护措施要求非常严格。湿式除尘器的安全保护系统以水系统作为主要的控制依据，当各个水箱的液位低于报警值时，控制系统会报警并在画面上不断闪烁提醒；当各个水箱的液位低于保护值时，停止水箱外部变频泵的运行；当各个水箱的液位低于保护值超过某个时限，停止水系统的运行，并联锁停止高压系统。

3.5 上位机系统

为保证系统的稳定可靠运行和高性能，上位机系统选用工业控制计算机作为上位机，同时选配相应的具有最新功能的智能通讯卡、网络前端机等采集设备，使系统具有不凡的数据采样能力和处理能力，从而实现对湿式电除尘集中管理、分散控制、节能减排运行的要求。

上位机系统通过智能通讯卡、网络前端机等采集各高压、水处理、加热等各个子系统的运行工况数据以及相应的模拟量值和开关量信号，以各种动画、图形、表格、曲线、文本等形式在画面上显示；在需要时将人工设定的有关参数送往下位机或根据反馈信号实施自动控制，从而获得更好的控制效果。

4 湿电应用

2014年11月，惠州热电公司一期（2×330MW）1号机组绿色发电计划项目湿式除尘器改造工程顺利通过168h试运行。该项目工程是在湿法脱硫设备后增设一个两电场的WBE205/2-2型卧式金属极板湿式电除尘器，设计除尘效率≥80%，电除尘阻力≤200Pa，电场风速≤2.5m/s，两个电场共采用4台高压设备供电。

本工程的水系统采用了喷淋和冲洗两大分立系统，总体用水量小于40t/h，废水排出量小于10t/h，排出水完全回用于湿法脱硫工艺水，对电厂整体不产生额外水耗量。下图是湿式电除尘器投运后CEMS系统在线监测画面，机组负荷在227.8MW时，湿式电除尘器出口烟尘浓度低于1mg/Nm3，可见湿式电除尘器展现了其极高的除尘能力。

图7 国华惠州电厂#1机组CEMS监控值

项目正式投运后，惠州热电公司委托广东省环境监测中心对该项目进行了性能测试，在负荷率大于75%情况下，分别进行了2天共6次性能测试，6次检测结果显示湿式电除尘器出口烟尘浓度最低值为0.8mg/Nm3，最高值为1.8mg/Nm3，平均烟尘排放浓度为1.4mg/Nm3，远远低于5mg/Nm3的设计指标。目前该项目投运超过半年时间，湿式电除尘器在其控制系统的管控下，烟尘排放浓度一直非常稳定在＜2mg/Nm3的超低排放水平，成为广东地区的绿色发电计划的示范工程。

5 结语

湿式电除尘器的性能不受粉尘比电阻和煤灰性质的影响，内部没有运动部件，没有振打清灰引起的二次扬尘，因此，性能稳定，高效，运行可靠，对PM2.5和SO3有很高的脱除效率，是湿法脱硫后最终环保把关的最佳设备。随着环保要求的越来越严，湿式电除尘器将得到越来越多的推广应用。湿式电除尘器的工艺、控制将进一步优化完善，尤其是提高水处理系统中PID控制的精度和准度，以达到湿式电除尘器高效节能节水的更好控制效果。

[1]林国鑫,等.湿式电除尘器—应对PM2.5超低排放新武器,第14届中国电除尘学术会议论文集.

[2]刘鹤忠.湿式电除尘器在工程中的应用.电力勘测设计,2012.3.

[3]赵鹏,等.湿式静电除尘器在火电厂中的应用探讨.能源与环境, 2013.6.

陈晓雷(1977－)，男，福建省龙岩市，本科，电气工程师，长期从事电除尘技术应用与推广。