新排放标准下燃煤电厂湿式电除尘器应用分析

胡志光，李　丽，徐　劲

(华北电力大学 a. 环境科学与工程学院； b. 能源动力与机械工程学院，河北保定071003)



新排放标准下燃煤电厂湿式电除尘器应用分析

胡志光a，李丽a，徐劲b

(华北电力大学 a. 环境科学与工程学院； b. 能源动力与机械工程学院，河北保定071003)

针对目前国内大多数燃煤电厂所采用的烟气治理路线难以满足排放标准的问题，通过介绍湿式电除尘器的除尘机理及布置方式，对比目前主流的3种湿式电除尘技术及能满足现行排放标准的除尘技术，分析了湿式电除尘器在燃煤电厂的应用。结果表明，将湿式电除尘器作为烟气进入烟囱前的最后一道把关设备，能持续实现超低排放，效果显著。为燃煤电厂湿式电除尘器的应用提供一定的参考。

湿式电除尘器；除尘；污染物控制

0　引言

近年来，全国雾霾天气频发，对人们身心健康和生产生活造成严重影响,雾霾问题已引起国内外学者的广泛关注。相关资料显示，超微细颗粒物“PM2.5”比表面积较大、表面活性及吸附性强，容易富集各种重金属、有机污染物等有毒物质，且在空气中悬浮时间长，传输距离远，是导致大气能见度低、雾霾、酸雨等重大环境问题的“罪魁祸首”[1]。研究表明，燃煤电厂直接排放的PM2.5约占全国PM2.5排放量的10%，加之由燃煤产生的二次颗粒物，燃煤电厂排放的比例还会更高[2]。目前国内大多数燃煤电厂采用的除尘方式对PM2.5的捕集效率为：普通干式除尘器约为50%～60%；低温电除尘器约为50%～60%；移动极板电除尘器约为60%～70%；袋式除尘器约为70%～80%；电袋除尘器约为70%～80%。可知，这些除尘器对PM2.5的最高脱除率为80%左右，但这些除尘设备均布置于脱硫系统上游，对脱硫系统上游产生的污染物起到控制作用，但对湿式脱硫系统运行过程中产生的水雾、石膏雨、硫酸气溶胶等污染物无能为力。而且目前被大多数燃煤电厂所采用的选择性催化还原脱硝技术会催生更多的SO3，部分会和逃逸的氨结合生成(NH3)2SO4气溶胶，多余的氨发生逃逸也会生成气溶胶，脱硝催化剂中含有的重金属，还会增加后续烟气中重金属的含量[3]。这些现象都导致了从脱硫系统出来的烟气难以达到现行的排放标准。因此，国内大多数燃煤电厂烟气处理系统缺乏对脱硫后的烟气中污染物进行终端处理的设备。参考美国、日本、欧洲等发达国家和地区湿式电除尘器成熟应用经验及国内现有的湿式电除尘器运行经验，将湿式电除尘器布置于湿法脱硫系统下游，对进入烟囱前烟气中存在的微细颗粒物(包括PM2.5粉尘、SO3酸雾、及气溶胶等)、重金属(如Hg、As、Se、Pb、Cr等)、有机复合污染物(如多环芳烃、二噁英等)等污染物进行脱除，效果显著。随着国家环保标准的日益严格及人们对美好生存环境的渴望，火力发电厂燃煤锅炉及其他工业锅炉尾部加装湿式电除尘器已是大势所趋[4]。

图1　湿式电除尘器工作原理

1　湿式电除尘器的工作原理

湿式电除尘器脱除污染物的过程如图1所示，分为空气电离、粉尘及雾滴粒子荷电、收集和水力清灰4个阶段。

2　技术特点分析

2.1技术优势

与普通干式静电除尘设备相比，湿式电除尘器具有以下技术特点：

(1)起晕电压低，放电电压高，能提供几倍于干式电除尘器的电晕功率。

(2)不受粉尘比电阻及粒径影响，可有效捕集微细颗粒物(包括PM2.5粉尘、SO3酸雾、及气溶胶等)、重金属(如Hg、As、Se、Pb、Cr等)、有机污染物(如多环芳烃、二噁英等)等复合污染物。

(3)可捕集湿法脱硫设备产生的衍生物，消除石膏雨。

(4)可达到其他烟气治理设备难以达到的极低的排放指标：颗粒物排放浓度≤3 mg/Nm3，烟囱排放普遍控制在20 mg/Nm3以下，部分场合更可达到10 mg/Nm3(甚至5 mg/Nm3)以下的超低排放。

(5)系统压力损失小。

(6)改变了清灰方式，可靠的水力清灰系统，避免了粉尘的二次飞扬现象。

(7)无转动部件等易损件，运行稳定，安全可靠，维护费用较低。

(8)结构形式设计多样化，可与其他设备进行一体化设计，减小占地空间。

2.2湿式电除尘器存在的问题

(1)水力清灰耗水量巨大，需与湿法脱硫系统联合设计，建立水循环系统，实现水的循环使用，尽量减少污水排放，需要排放的污水必须处理达标后进行排放。

(2)湿式除尘器布置于脱硫塔后高湿环境，工作环境极其恶劣，电场内部件材质及连接方式都需慎重考虑。

(3)湿式电除尘器的布置方式，结构形式，应仔细考虑，在达标排放的前提下实现占地面积最小化。

(4)目前国内经验不够成熟，存在单独设计成本较高现象。

3　湿式电除尘器布置方案

目前，国内燃煤电厂烟气处理工艺一般是由脱硝、除尘、脱硫组成。现有除尘工艺存在对脱硝过程产生的有毒重金属，除尘系统未捕集的细微颗粒物及脱硫系统产生的三氧化硫和石膏夹带等处理不良的问题。而将湿式电除尘器安装于湿法脱硫设备之后就成了最佳选择。以湿式电除尘器为核心的烟气协同治理路线如图2所示。也是目前世界上最为先进的烟气处理路线。

图2　以湿式电除尘器为核心的烟气协同治理路线

4　湿式电除尘器技术方案比较

将目前较为主流的3种湿式电除尘器做了比较，如表1所示[5]。

就湿式电除尘器的性能而言，金属极板湿式电除尘器可靠性最好，极间距、电场稳定性好，运行电压高；烟气流速较低，能有效控制气流带出，PM2.5，SO3等脱除效率高；使用寿命达15年以上；耐高温，当脱硫系统发生故障时，可以在较高烟气温度下运行；电晕线和极板在水循环系统的冲洗下，能够保持清洁，系统性能稳定。导电玻璃钢湿式电除尘器极板机械强度介于金属极板和柔性极板之间，极间距易保证，具有良好的电场稳定性和较高的PM2.5，SO3脱除率；使用寿命与产品质量以及制作产品所用的树脂等原材料性能有关，大多数在10～15年左右；但导电玻璃钢极板材料在较高烟温下工作寿命会变短，甚至发生烧蚀。柔性极板湿式电除尘器可靠性差、阳极材料易变形，极间距和电场稳定性差，运行电压低；较高的烟气流速易导致极板摇动并带出气流，除尘性能难以保证；柔性阳极使用寿命6年左右，据介绍一个大修周期内换布率不超过20%；阳极材料不耐高温，阳极板在较高烟温下工作寿命变短，甚至发生烧蚀；因为没有连续喷淋水系统，清灰性能难以保证。

表1　3种主流湿式电除尘器技术基本参数对比

5　与目前其他除尘技术的比较

将新排放标准下几种电除尘器新技术做了对比，主要技术特点如表2所示[6-9]。

6　结论

(1)国家排放标准日益严格，普通干式除尘器已难以达标，出现了许多除尘新工艺，但大多数除尘工艺依然是布置于脱硫系统上游的，对于脱硫系统产生的污染物难以控制，湿式除尘器在这一方面优势明显。

(2)布置于脱硫系统下游的湿式电除尘器能有效脱除微细颗粒物、有毒重金属、有机复合污染物，消除石膏雨、蓝烟等现象，使烟囱粉尘浓度排放降至10 mg/Nm3以下，甚至降至5 mg/Nm3。具有其他技术无可比拟的优势[10,11]。

(3)湿式除尘器在国内的应用目前存在国内技术不够成熟，国外引进技术成本过高，甚至部分中小电厂难以负荷。

(4)国内目前对于湿式电除尘技术研究不够成熟，应用经验不足，部分已投产的湿式电除尘器存在基建及运行成本高、腐蚀严重，产生的废水处理不良引起的二次污染严重、气流分布不均等问题。

(5)国内相关科研人员应加强对湿式电除尘器极板新材料的开发，针对如何减轻腐蚀、减小气流均布系数、降低基建及运行成本等方面进行研究，以促进湿式电除尘器逐渐被更多电厂采用[12]。

(6)国内电厂应结合自身的实际情况，在对地理位置、煤质、烟气条件等参数进行充分考虑的前提下，选择适合自身状况的烟气处理方式，以促使达到低成本，高效能。

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Analysis of Wet Electrostatic Precipitator Application in Coal-fired Power Plants Under New Emission Standards

HU Zhiguanga， LI Lia， XU Jinb

(a. School of Environmental Science and Engineering; b. School of Energy Power and Mechanical Engineering, North China Electric Power University, Baoding 071003, China)

In light of the problem that the flue gas treatment line used by most domestic coal-fired power plants is difficult to meet emission standards, this paper introduces the WESP work mechanism and its layout form, and by comparing the current three mainstream WESP technology and other dedust technologies which satisfy current emission standards, the application of WESP in coal-fired power plants is then analyzed. The result shows that as the final check device before flue gas getting into the chimney, WESP can continue achieving ultra-low emissions, and the effect is significant. This paper provides a reference for the application of WESP in coal-fired power plants.

WESP； dedust； pollution control

2016-05-24。

胡志光(1958-)，男，教授，主要研究方向为电除尘器的计算机仿真控制技术和专家故障诊断技术,E-mail:hzg2991@126.com。

X51

A

10.3969/j.issn.1672-0792.2016.08.014