国内燃煤电厂湿式电除尘器应用前景分析

尹连庆，唐志鹏

(华北电力大学环境科学与工程学院，河北保定071003)

国内燃煤电厂湿式电除尘器应用前景分析

尹连庆，唐志鹏

(华北电力大学环境科学与工程学院，河北保定071003)

为治理PM2.5，改善空气质量，三部委联合下发《煤电节能减排升级与改造行动计划(2014－2020)》，加强对烟尘、SO2、NOx等的排放控制，解决现运行电厂存在的细微颗粒物排放不达标、烟气二次污染带来的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工作原理、结构特点和布置形式，综合国内外技术流派特点和应用情况，就国内电厂湿式电除尘器应用前景做出分析，可为电厂选型提供参考依据。

湿式电除尘器;PM2.5;大气复合污染物;应用分析

1 概述

随着我国电力行业的不断发展，粉尘、SO2、NOx等大气污染物排放量不断增加，许多地区污染物排放量超过环境容量，大气污染治理形势十分严峻。对于新的排放限值，单纯的干式电除尘器已很难满足要求。湿式电除尘器(WESP)可以高效连续地去除烟气中的细微颗粒物，作为高效除尘的终端精处理设备，其对微细、粘性或高比电阻粉尘及酸雾、汞等的收集都比较理想，拥有控制复合污染物的强大功能。9月召开的《煤电节能减排升级与改造行动计划(2014－2020年)》中明确指出稳步推进燃煤发电机组大气污染物排放浓度达到或接近燃气轮机组排放限值的环保改造，因厂制宜采用成熟适用的环保改造技术，鼓励加装湿式静电除尘装置。

2 湿式电除尘器的原理及特点

2.1 湿式电除尘器工作原理

湿式电除尘器主要包括静电收尘和湿式除尘两部分，在直流高电压的作用下，金属放电线产生电晕放电，使周围气体电离，烟气中的粉尘和液滴表面荷电，在电场力的作用下荷电粒子向收尘极移动并富集，在湿式电除尘收尘极的上方喷淋水，水流由收尘极上方流下，在收尘板上形成一层均匀的水膜，水膜向下流动，清除收尘板上的粉尘，冲刷到灰斗中随水排出。

2.2 湿式电除尘器特点

湿式电除尘器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。结构如图1所示。

湿式电除尘器的荷电和收尘阶段与干式电除尘器相同，最大的区别就在于清灰方式，干式电除尘器通常采用振打方式清灰，而湿式电除尘器采用冲刷液冲洗收尘板，由于没有振打装置，运行的稳定性提高，也减少了二次扬尘，提高了除尘效率。

图1 板式与管式WESP的对比

2.3 湿式电除尘器的优点

(1)对粉尘比电阻无要求，适用于处理高温、高湿的烟气，除尘效率高，出口粉尘可“近零排放”;

(2)没有二次扬尘;

(3)能有效去除PM2.5、SO3气溶胶、Hg和石膏微液滴，去除率在85%以上，对控制PM2.5、蓝烟和石膏雨效果良好;

(4)由于在电除尘器内电场气流速度较高和灰斗的倾斜角减小，设备布置能很紧凑［1－2］;

(5)可以省去GGH系统，节省投资，降低厂用电率;解决烟道和烟囱的腐蚀问题。

2.4 湿式电除尘器的问题

存在的问题:

(1)排烟温度需低于冲刷液的绝热饱和温度，因此在结构上必须采用良好的抗结露措施［3］;

(2)必须要有较高的防腐蚀条件;

(3)冲洗水虽采用闭式循环，但耗水量仍较大，且要与脱硫水系统保持平衡［4］;

(4)多处部件需要用耐腐蚀材料，且未大规模生产，单次投入较高;

(5)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。

3 国内外应用状况及技术特点

当前除尘技术种类较多，包括常规电除尘、低低温电除尘、移动极板电除尘、袋式除尘和电袋复合除尘等。但上述除尘设备均设置在湿法脱硫前，仅能对脱硫前烟气中的粉尘起到脱除作用，不能解决湿法脱硫后产生的诸多问题(见表1)。

3.1 国外应用状况

欧美、日本等发达国家，根据燃煤电厂污染控制的需要，对电厂应用湿式电除尘器的研究也较早。国外电厂应用WESP已经有近30年的历史，目前约有70套左右WESP应用于欧美和日本电厂，其大气污染控制系统通常为“SCR+ESP/FF+WFGD+ WESP”。

表1 各类除尘器出口排放浓度及PM2.5捕集率

WESP虽然在控制大气复合污染物方面比传统干式电除尘器效率更高［6－9］，但因其造价偏高，在发达国家并不十分普遍，主要用于人口稠密环境敏感的地区。

国外主要技术流派及特点:日本日立/三菱、法国阿尔斯通卧式结构形式;美国巴威、德国环境工程、瑞典环境科学院立式结构形式。卧式湿式电除尘技术特点:烟气流速较低;清灰效果好，除尘效率高;但耗水量高，对喷嘴性能要求高;为达到除尘效率，设备总尺寸略大;系统阻力小于300Pa。

立式湿式电除尘技术特点:高收尘面积和高烟气速度，占地少;收尘极电场强度均匀;气流分布好，无漏气;收尘极管易于冲洗，冲洗效果好，耗水量小;可单独安装和与WFGD整体式布置;系统阻力300～500Pa。

3.2 国内应用状况

我国对于湿电技术的研究起步较晚，最早在硫酸和冶金工业中应用了一些中小型的湿式电除尘器，近年来才逐步开始了针对大型燃煤电厂的湿电技术研究。随着新排放标准的实施和湿式电除尘技术的不断完善，国内湿式电除尘器市场大有井喷之势，先后建成六横电厂、嘉华电厂、泰州电厂、台州电厂等百万机组项目，其出口粉尘实测浓度均低于10mg/m3，达到了预期效果。

针对国内燃煤电厂煤质多变，热值低，灰分较高且不稳定的问题，采用传统的干式静电除尘器，稳定达标排放有一定难度。为适应国内煤炭市场的实际情况，满足燃煤电厂烟尘排放标准的要求，同时解决烟囱蓝烟和WFGD系统不加GGH带来的“石膏雨”问题，湿式电除尘器提供了一个很好的解决方法。

4 国内电厂应用湿式电除尘器的关注点

4.1 拥有控制复合污染物的强大功能

湿式电除尘器的性能试验结果表明，其对烟气中的复合污染物具有良好的控制能力，可以同时脱除烟尘、PM2.5、SOx、NOx、气溶胶、Hg等有害物质。经处理后烟尘排放浓度低于10mg/m3，汞等重金属的浓度也明显降低，同时湿式电除尘器还能去除WFGD排出的水分和石膏，减少石膏雨的发生。

4.2 灰水的循环和利用

湿式电除尘器使用水力清灰，在清灰过程中耗水量很高，这就需要采用合理的循环水处理工艺，以减少水量消耗。WESP可以采取间断冲洗工艺减少排污水，并与湿法脱硫建立水平衡，在WFGD后粉尘量已大幅减少，WESP灰水中含尘量只有2‰左右，不会对石膏品质产生影响。

4.3 增加比集尘面积提高脱除效果

比集尘面积是反映湿式电除尘器性能的重要指标，在相同条件下，比积尘面积越大，处理污染物能力越强。湿式电除尘器的比集尘面积只有干式电除尘器的1/3～1/2，根据对污染物的控制要求，对于粒径相对较大的粉尘，可以选取小的SCA，而对亚微米级颗粒、SO3气溶胶等污染物，选取较大的SCA和较长停留时间才能达到理想的脱除效果。

4.4 烟气流和水冲洗方向问题

WFGD后烟气游离水含量较高是造成石膏雨的重要原因。在湿式电除尘器设计时需要考虑烟气流向与冲洗水流向的匹配问题，在立式WESP中烟气和冲洗水同向流动时，可以安装除雾器降低水分夹带;烟气和冲洗水逆向流动时，能减少水分夹带，降低烟囱雨的发生。在卧式WESP中，烟气方向与冲洗水呈交叉流动，在末级电场采用间断冲洗的方式能够很好的减少水分夹带。

4.5 湿式电除尘器应用难点

应用难点:一是关键技术的优化;二是降低单位投资。湿式电除尘器应用于国内大型燃煤电厂污染物控制排放，许多关键技术点仍然需要继续研究:在湿式电除尘器内部烟气采用较高流速以减少场地;通过极板、极线与内部构件材质的优化选择，内部构件连接方式优化、电源分区，增设电场数量等方式，实现设备高可用率［10］;优化清灰方式，简化管件连接，优化关键技术。

5 结语

燃煤电厂一直是国家环境治理的重点，新国标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、解决烟气二次污染带来的石膏雨和烟囱蓝烟等问题已成为当务之急。传统的电除尘器已无法满足要求，根据国内外的应用经验，湿式电除尘器在控制粉尘排放方面有显著效果，本文通过分析认为国内大型燃煤电厂应用湿式电除尘器是完全可行的，随着技术日趋成熟，国内应用WESP的成本也将大幅降低，不论是采用国内技术还是引进国外技术，采用卧式还是立式，都将很大程度上改善国内燃煤电厂的排放水平，可以预见湿式电除尘器将越来越多的被应用到我国燃煤电厂中。燃煤电厂增加湿式电除尘器，能够对大气污染物起到很好的治理作用，但成本和运行费用相比干式电除尘器也会较高，应用并不广泛，还需国家政策的支持和技术人员的研究推广。

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Application prospect analysis of wet electrostatic precipitator in domestic coal－fired power plants

To control PM2.5and improve air quality，the three ministries jointly issued the＇Upgrading and Fransformation of Coal Energy－Saving and Emission Reduction Action Plan(2014－2020)to strengthen the control of dust，sulfur dioxide，nitrogen oxides and other emissions，and resolve the problems about fine particulate，gypsum rain and blue smoke which caused by secondary flue gas pollution in running power plants.Wet Electrostatic Precipitators can be used as a fine processing device，to control the complex atmospheric pollutants before the chimney.It analyzes the works，structural features and layout form of WESP，and draw a conclusion about the wet ESP application prospects in domestic power plants on integrating foreign technical characteristics and applications，which can provide a reference for plant selection.

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

X701.2

B

1674－8069(2016)02－029－03

2015-09-26;

2015-12-19

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