WBE型湿式电除尘器在火电厂的运用

童长炘，张 瑾，戴海金

（福建龙净环保股份有限公司，福建 龙岩 364000）

WBE型湿式电除尘器在火电厂的运用

童长炘，张 瑾，戴海金

（福建龙净环保股份有限公司，福建 龙岩 364000）

介绍了WBE型湿式电除尘器在电厂350MW机组提效改造工程中的应用。采用在脱硫塔与烟囱间新增湿式电除尘器，克服场地受限、烟气流速快、气流分布不均、性能要求高、改造工期短等难点。改造后的湿式电除尘器出口烟尘排放控制在2.05mg/Nm3，为火电厂超洁净排放做出了贡献。

湿式电除尘器；高位布置；阴阳极配型式；三相高效电源；灰水循环系统

1 引言

国家“十二五”环保新标准《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223-2011），规定了从2014年7月1日起，现有火电锅炉执行SO2排放限值为200mg/Nm3，粉尘排放限值为30mg/Nm3的排放标准。同时，标准还对氮氧化物和汞及其化合物排放提出了要求，要求氮氧化物排放低于100mg/Nm3，汞及其化合物排放限值为0.03mg/Nm3。随着国家对大气污染治理的深入推进，地方政府对大气污染治理的主动性大大增加。尤其许多电力企业，也在不断进行技术攻关，不仅做到了达标排放，还主动将污染物排放水平做到了“近零排放”。

神华国华三河发电有限责任公司，地处京畿要地，厂址西距通州区17km、北京市区37.5km，东距三河市17km。鉴于特殊的地理位置及未来国家环保日益严格的发展形势，该厂计划对一期、二期工程进行加装湿式电除尘器提效改造，从而实现对电厂粉尘等污染物的终端综合处理，达到“近零排放”的目的。

2 工程概况

该企业一期工程安装2台日本三菱重工350MW凝汽式汽轮发电机组，1#、2#机组分别于 1999年12月、2000年4月投产电厂一期烟气脱硫改造工程，采用一炉一塔，设置烟气旁路烟道，并设有GGH，每台机组单独设置1台增压风机。每台FGD的烟气处理能力为相应锅炉BMCR工况时的100%烟气量。一期烟气脱硫改造与二期烟气脱硫同步建设，公用系统设在一期烟气脱硫区域。2#机组目前采用双室五电场静电除尘器，根据性能试验，2#机组电除尘出口烟尘浓度为68.5mg/Nm3。2012年6月，电科院测试2#机组脱硫系统的出口粉尘排放浓度为27～29mg/Nm3；其1#机组采用柔性电极技术的湿式电除尘器，2014年7月通过了168小时运行验收，1#机组排放的粉尘、二氧化硫、氮氧化物分别为5.0mg/m3、9.0mg/m3和35.0mg/m3，达到并优于燃气发电机组大气污染物排放限值，实现了“近零排放”目标。这对于采用WBE型刚性板式湿式电除尘器的2#机组来说，是一个必须要超越的目标。为此，在借鉴国外相关技术的基础上，结合上杭瑞翔、上海长兴岛、山东淄博等电厂湿式电除尘器实际运行经验和测试数据，经过多方面论证，最终制定了具有独特的电场极配、气流分布、高压供电系统和低压控制系统、高效节能间断喷淋控制技术等机电一体化技术保障措施的综合方案。

3 方案概述

该项目采用两电场，水平进、出风的结构设计方案。根据循环泵房、循环泵房周围空地及预留烟道的位置，选定湿式电除尘器的断面为210m2，除尘器内部烟气流速为2.3m/s，保障烟气在电场中达到3s以上足够长的处理时间，更有利于保证湿式电除尘器的整体效率。改造后需达到的目标见表1。

表1 烟尘达标排放治理设计基础参数

湿式电除尘器的出口参数：出口烟尘（含石膏）＜3mg/Nm3；烟尘去除率（含石膏）＞80%；供货界限内阻力≤500Pa。

针对该项目时间紧、工程难度大的情况，改造方案确定为：对脱硫后烟道进行改造，将脱硫塔出口烟道调转180°后，水平接入高位布置的2#炉湿式电除尘器进口喇叭，湿式除尘器钢支架横跨2#循环泵房（其中2根钢支架由泵房内部穿房顶而出），湿式除尘器水平出口喇叭经方圆变径呈一定角度略向下接入净烟道。以双圆分管型式汇入厂区内玻璃钢烟道，供货范围：前至吸收塔出口膨胀节（含膨胀节），后至湿式电除尘器出口烟箱膨胀节（含膨胀节）法兰面范围内所涉及的机务、电气、热控、土建等各个专业的供货。具体布置三维效果如图1。

图1 湿式电除尘器三维图

4 工程项目特点

该项目采用了简洁的高位布置，紧凑型结构，利用CFD计算机数值模拟流场优化，保证进入湿式除尘器内的流场均匀，减少涡流对除尘效果的影响，并保证供货界限内的系统阻力满足协议要求。通过采用先进的三相电源，小分区供电方式，配合刚性专用阳极板配套免焊接专利阴极线的极配型式，产生良好的电气特性，进而取得满意的收尘效果。湿式电除尘器内部可靠的防腐措施，保证了湿式电除尘器的安全运行，高效合理的灰水循环机制，降低了运行成本。

4.1 简洁的高位布置方式

根据2#炉的实际场地条件，采用高位水平进出布置方案，烟气从脱硫塔到玻璃钢烟道的距离最短，减少了弯头数量，能够将系统阻力降到最低。

4.2 紧凑型结构布置

2#炉从湿法脱硫的吸收塔到净烟道之间的场地狭窄，泵房挡道，而且泵房周边管道密布、支架林立。湿式电除尘器由于用水清灰，为保证清灰效果，极板的高度不能过高，而湿式电除尘器要达到一定的性能，就要有足够的规格，占地面积比较大，因此，再要布置湿式电除尘器，显得异常困难。项目采用了特有的顶部吊挂结构，在有限的空间内，尽量多地布置收尘极板，保证实际比积尘能够满足使用要求，排放达标。

4.3 CFD计算机数值模拟流场优化

为达到设备界限内阻力及流场的设计要求，采用CFD计算机数值模拟方法对该项目的烟道及湿式电除尘器内流场进行模拟分析，并对流场进行优化，最终确定的优化方案的实际设备阻力小于400Pa，远小于协议要求的500Pa并保证了气流均布性达到均方根σ≤0.2。

根据湿式电除尘器图纸，建立数值模拟几何模型，模型与原型比例为1︰1（如图2所示）。模拟范围从吸收塔到烟囱前烟道，包括进出口烟道、进出口喇叭、湿式电除尘器壳体、烟囱前烟道等。

图2 三河电厂湿式电除尘器几何模型图

对不同布置下的系统阻力进行模拟分析，系统中的全压监测位置如图3所示。系统初始方案的布置为进口喇叭型烟箱内设置两层孔板，从小口到大口，开孔率分别为50%和40%；出口喇叭内设置双层除雾器，运行阻力为双层170Pa。系统阻力模拟结果显示，此种方案可达到界限内阻力小于500Pa的设计要求。阻力模拟结果如表2所示。

其中界限内阻力为从全压1到全压4之间的阻力，其中，全压1～2之间为进口喇叭前方圆节的阻力（即表中进口烟道）；全压2～3之间为湿式电除尘器本体阻力；全压3～4之间为出口烟道阻力；全压4到模型出口之间为三通阻力。

5.为便于文中插图的编辑处理及排版，由数据利用软件绘出的柱图或曲线图，要以原图的形式插入（双击能够进入做图软件），不要以图片形式插入，同时用表格形式给出±s的作图数据。图表和参考文献一律用英文表示，中文期刊（书籍）的中文名称放在括号中。要求图表自明。

根据CFD计算机气流模拟试验结果，该项目高位水平布置结构，供货界限内系统阻力小于500Pa，满足了协议的要求。

图3 系统压力测试位置示意图

表2 高位布置系统各部分阻力统计表

4.4 刚性极板与专利阴极线产生良好电气特性

该项目采用刚性专用阳极板配套免焊接专利阴极线（见图4），能产生良好的电气特性，整体阴极线免焊接绷紧在阴极框架上，避免了焊接损伤和应力腐蚀造成的阴极断线，系统更加稳定可靠。每块刚性不锈钢阳极板搭配四根阴极线，极配合理，电场分布均匀，结合特有的喷淋机制，可形成均匀的水膜，清灰效果好、除尘性能高。

4.5 供电先进，运行稳定

图4 WBE型湿式电除尘器极配示意

湿式电除尘器的关键技术之一是在潮湿环境、连续喷淋的条件下，高压能够稳定运行。实现这一目标的措施，主要是通过控制软件的优化，提高细微火花检测水平，优化火花控制功能，从而实现临界火花控制，提高湿式电除尘器的运行电压。另外该项目采用三相电源及小分区供电方式，能够在连续喷淋的潮湿环境下稳定运行，进而保证高效稳定的除尘效果。

三相高压电源的原理设计决定了其具备更高的功率因素（≥0.90）和更高的转换效率（≥90%）。三相供电平衡，其电压、电流、磁通的大小相等，相位依次相差120°；可控硅全导时三相电源的峰值电压与平均电压接近（＜5%），近似高频电源纯直流供电时的输出电压，平均电压提高了25%。因此，相对于传统的单相高压电源，能有效提高二次平均电压和有效二次电流，提高除尘效率。

4.6 高效合理的灰水循环系统

该项目配套的灰水循环处理系统包括：碱储罐、卸碱箱、循环过滤水箱、补给水箱、加碱泵、循环水泵、补给水泵、过滤泵、灰水分离器及相关仪控、管件等，采用其水平衡图如图5所示。

图5 水平衡图

该项目采用前排极板连续喷淋，最后一排极板间歇喷淋方式。总用水量84.16t/h，其中75.6t/h循环使用，补水量=排水量=耗水量=8.56t/h，冲洗量3.52t/h，水膜量80.64/h。

湿式电除尘器给水系统的主要功能是将工业来水送往除尘器顶部，对湿式电除尘器的内部件进行喷淋，使阳极板上形成均匀水膜，同时对阴极线等内部构件进行定时冲洗，确保湿式电除尘器正常稳定运行，给水系统的用水需循环使用，仅允许少量污水排放。该2#炉350MW机组配套1台湿式电除尘器，每台电除尘器配备1套独立的给水系统。每套给水系统由3个支系统组成：补给水系统、中和加药系统、循环水系统。基本流程如为：

4.7 设备反腐处理

湿式除尘器内部材料的选择应充分考虑防腐要求，极板、极线、管道、框架、阴极吊梁材料均采用SUS316L，壳体墙壁板采用不小于5mm的碳钢，安装好后，内壁及内部件采用表面衬玻璃鳞片防腐，焊缝处衬玻璃纤维短切毡加强防腐。

4.8 大跨度支撑结构

该项目为现役机组提效改造工程，工艺布置受周边建（构）筑物及地下管线设施条件限制。根据设计要求与场地条件，湿式电除尘器工艺布置在2#炉机组脱硫循环泵房上方。有2根钢支架立柱需从2#炉机组循环泵房内部生根，穿房顶而起，泵房内部的这2根钢支架立柱跨度超过20m，受制于泵房内部设备布置，在泵房内高达10米段不能设置横梁及斜撑，而且该电厂地处京津冀中心，厂址区地震动峰值加速度值为0.20g，相应的地震基本烈度为8度，因此采用大跨度的梁柱支撑结构。通过钢结构计算软件合理设计立柱截面，采用变截面的立柱型式，在保证安全的前提下，降低了设备钢耗。

5 改造效果

改造后经过专业测试机构的测试，在100%负荷条件下，PM2.5～PM10、PM1～PM2.5、≤PM1、≤PM2.5、≤PM10的细颗粒物脱除效率分别为80.541%、79.874%、75.536%、77.314%、78.174%。各项技术参数指标均符合设计要求，烟尘排放浓度大大优于国家新排放标准要求，达到燃气机组“近零排放”水平。结果见表3。

表3 测试结果表

6 结语

湿式电除尘器与干式电除尘相结合，布置在湿法脱硫系统之后，能有效除去烟气中的粉尘微粒，满足国家新的污染物排放标准，达到“近零排放”，为京津冀核心区域内火力发电机组节能减排提供了一种先进、成熟可靠的技术，可高效除去烟气中的多种污染物，满足我国日益严格的污染物减排要求。 ■

Application of Wet ESP of WBE Type in Power Plant

TONG Chang-xin, ZHANG Jin, DAI Hai-jing

X701

：A

：1006-5377（2016）04-0028-04

国家“863”计划（2013AA065004）。