湿式电除尘技术在某600 MW亚临界燃煤机组中的应用

刘四海

(浙江国华浙能发电有限公司，浙江 宁波 315612)



湿式电除尘技术在某600 MW亚临界燃煤机组中的应用

刘四海

(浙江国华浙能发电有限公司，浙江 宁波 315612)

对某电厂600 MW亚临界燃煤机组的污染物排放情况及其环保设施情况进行分析，同时介绍了湿式电除尘技术的工作原理、结构组成及其在该电厂中的应用。结果表明，湿式电除尘技术可有效解决常规湿法脱硫出现的问题，减少火电厂污染物排放对环境保护的影响。

湿式电除尘器；粉尘；排放；环境保护

近年来随着我国经济的快速发展，环境保护问题越来越被人们所重视，特别是当前部分区域和城市大气雾霾现象突出，国家对污染物排放提出了更高的要求。宁波市环保局发布的《2015年宁波市环境状况公报》显示：虽然全市空气中颗粒物等与霾相关的污染指标整体呈现下降趋势，但2015年全年霾天为74天，占了全年的1/5之多[1]。空气质量污染整体呈现结构性污染，复合污染态势越加明显，PM2.5仍然是宁波市环境空气中的首要污染物。环保部门预计，“十三五”期间PM2.5仍将是造成宁波空气质量超标的最关键污染因子，并且改善难度将愈来愈大。

电力工业是节能减排的重点领域之一，随着国家对发电厂脱硫、脱硝环保要求的日益提高，对现行机组的环保改造已显得十分迫切。根据国家环保部颁布的《火电厂大气污染物排放标准》(GB 13223—2011)规定：一般地区燃煤锅炉烟囱烟尘排放限值30 mg/Nm3，重点地区燃煤锅炉烟囱烟尘排放限值20 mg/Nm3，汞及其化合物污染物排放限值0.03 mg/Nm3[2]。某电厂所处地区属于新标准规定的重点地区，位于长三角经济发达的浙江省宁波市。作为华东地区重要的能源供应基地，宁波市的火电厂总装机容量达1 645.8万kW·h，其中大型燃煤发电厂就有4个。因此，如何减少火电厂污染物排放对环境影响重大。

1 改造前的污染物排放情况

神华集团某电厂配有4台600 MW亚临界燃煤机组，锅炉、汽轮机、发电机三大主机分别由上海锅炉厂有限公司、上海汽轮机有限公司、上海汽轮发电机有限公司设计制造，机组同步建有四电场静电除尘器、烟气脱硫装置、SCR烟气脱硝装置。神华集团发布了燃煤电厂近零排放规划，要求燃煤电厂烟囱出口粉尘与燃机排放限值相同，不大于5 mg/Nm3。表1所示为2012—2014年1～4#机组烟尘排放数据。

表1 2012—2014年1～4#机组烟尘排放数据 mg/Nm3

从表1可以看出，虽然各机组的排放数据均能满足国家标准的要求，但距离集团公司规划要求的近零排放标准差距还很大。

2 改造前环保设施情况

某电厂改造前机组已经安装了脱硝、电除尘、湿法脱硫等烟气治理设备。从锅炉来的烟气经过脱硝、电除尘、脱硫系统，依次脱去NOx、粉尘、SOx，经过处理后的烟气最终由烟囱排出，如图1所示。

图1 某电厂改造前机组烟气排放系统图

烟气在经过脱硝系统时，烟气中的部分SO2在催化剂作用下会转化为SO3，脱硝系统本身不能有效脱除由此产生的SO3；另外，作为脱硝还原剂的NH3也存在逃逸问题，没有参与反应的NH3会随着烟气排出。在湿法脱硫系统中，由于脱硫浆液雾化夹带和脱硫产物结晶析出产生的细微颗粒粉尘仍然无法去除，所以当这些细微颗粒粉尘暴露在空气中时便会引起雾霾。

因此，要对湿法脱硫工艺产生的细颗粒物进行控制，有效降低进入烟囱排放的烟尘，还需要在湿法脱硫装置之后，增加一套湿式电除尘器设备。增加湿式电除尘器后的系统图如图2所示。

图2 某电厂改造后机组烟气排放系统图

3 湿式电除尘器的工作机理

湿式电除尘器收尘原理与静电除尘器相同，在极板清灰时采用极板湿式静电除尘器的主要工作原理与干式除尘器也基本相同，即烟气中的粉尘颗粒吸附负离子而带电，通过电场力的作用，被吸附到集尘极上。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，湿式电除尘器将水喷至极板上使粉尘冲刷到灰斗中随水排出。同时，喷到烟道中的水雾既能捕获微小烟尘又能降低电阻率，利于微尘向极板移动。

除尘过程的4个阶段分别是：水雾经荷电分裂后进一步雾化；烟气中的粉尘粒子经电离后获得离子而带电；带电粉尘向集尘极移动并被捕集；水膜将集尘极上的粉尘排出。

4 湿式电除尘器的组成结构

湿式电除尘器主要由除尘器本体、放电极和集电极、水喷雾系统、灰水处理系统、控制系统等组成。放电线放出的高电压使周围气体电离，使烟气中的粉尘表面带电，在电场力作用下，粉尘被集尘极吸附，水系统产生的水雾将粉尘带走。工作过程如图3所示。

图3 湿式电除尘器工作过程图

湿式电除尘器的本体结构包括：壳体、进出口喇叭、放电极支撑绝缘子、集尘极、水喷雾系统、管道、灰斗等[3]，如图4所示。

5 湿式电除尘器的优点

湿式电除尘的脱除对象是粉尘和雾滴，而干式电除尘器的脱除对象只有粉尘。因为雾滴与粉尘物理特性的差异，所以湿式电除尘与干式电除尘的工作原理也有所差异。水滴的存在会对电极放电产生影响，要形成发射离子，金属电极中的自由电子必须获得足够的能量，才能克服电离能而越过表面势垒成为发射电子[4]。在电极表面形成的一层水膜可以在形成发射离子时有效降低表面势垒。这是因为水覆盖金属表面后，将原来的金属与空气直接接触的界面分割成“金属与水”和“水与空气”两个分割界面，分割的两个界面的势垒比直接接触界面的势垒低很多。这样，在金属电极的金属表面带水后，将原来直接接触界面的高势垒分解为两种分割界面的低势垒，大大削弱了表面势垒对自由电子的阻碍作用，使金属电极中的自由电子易于发射。另外，水中的多种杂质离子在电场作用下，也易越过表面势垒而成为发射离子。这些都改变了电极放电效果，使之能在低电压下发生电晕放电。其次，由于水滴的存在，水的电阻相对较小，水滴与粉尘结合后，使得高比电的粉尘比电阻下降。因此，湿式静电除尘的工作状态相比干式电除尘会更加稳定。

图4 湿式电除尘器本体结构图

另外，由于湿式静电除尘器除灰采用的是水冲洗，因此不需要振打装置，所以不会像干式电除尘采用振打除灰而产生二次扬尘。由此可见，湿式电除尘更加环保。据国外相关文献表明，湿式静电除尘器对酸雾、有毒重金属以及PM10，尤其是PM2.5的微细粉尘也有良好的脱除效果[5]。

6 湿式电除尘器的应用情况

目前湿式电除尘器已在某电厂2#和4#机组综合升级改造中得到实际应用，也将在2016年的1#和3#机组综合升级改造中得以实施。每台机组配备2台单室一电场湿式电除尘器，电源采用高频电源。湿式电除尘器安装在脱硫吸收塔出口与烟囱之间的主烟道。除尘效率可达88%以上。可将进口烟尘浓度不大于7 mg/Nm3降到1 mg/Nm3以下，SO3酸物去除率可达20%以上。湿式电除尘器主要性能指标如表2所示。

实施改造后，机组排放指标满足国家标准和集团排放要求(2016年)，具体排放数据如表3所示。

表2 某电厂湿式电除尘器主要性能指标

表3 改造后机组烟尘排放数据表(2016年1-4月) mg/Nm3

7 结论

相较于干式电除尘器，湿式电除尘器工作状态更加稳定，由于其采用水流冲洗的方式，没有振打装置，所以不会产生二次扬尘。湿式电除尘器对酸雾、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，可有效解决常规湿法脱硫工艺无法脱除的细微颗粒物和气溶胶SO3，可以有效解决烟囱风向的下游经常出现“酸雨”“石膏雨”的问题，减少火电厂污染物排放对环境保护的影响。

[1] 宁波市环境保护局污染物总量控制处.2015年宁波市环境状况公报[EB/OL].(2016-06-07)[2016-08-20].ttp://www.nbepb.gov.cn/Info_Show.aspx?ClassID=20cf3dee-c1f4-4740-8781-2e1708cc0140&InfoID=35098e41-e9d6-4f52-bd69-8ee8f1f89c09&SearchKey=.

[2] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会.火电厂大气污染物排放标准：GB 13223—2011[S].北京：中国环境科学出版社，2012.JP[3] 冷杰，天乙，张家维.300 MW联合发电机组湿式电除尘器特点及运行[J].东北电力技术， 2007(2)：9-11，32.

[4] 张彦琦，谭青，王伟敏，等.湿式电除尘技术在电厂烟气净化中的应用[J].上海节能，2013(12)：34-37.

[5] 时超林，潘卫国，郭瑞堂，等.火电厂湿式静电除尘器的发展现状综述[J].电力与能源，2013(5)：493-496，499.

A Study on the Application of the WESP in a 600MW Subcritical Coal-Fired Unit

LIU Sihai
(Zhejiang Guohua Zheneng Power Generation Co., Ltd.，Ningbo Zhejiang 315612，P.R.China)

This paper analyzes the pollutant emission and environmental protection facilities of the 600MW subcritical coal-fired unit in a power plant as well as introducing the working principles and structural composition of the WESP and its application in the power plant．The results have shown that the WESP can effectively solve the problems of the WFGD，which can decrease the pollutant emission of thermal power plants and have a significant impact on environmental protection．

WESP；dust；emission；environmental protection

2016-10-09

刘四海(1978-)，工程师，主要从事火电厂技术管理工作。

TM621.73；X773

A

1008- 8032(2016)06- 0047- 03