湿式电除尘器多污染物协同脱除试验研究

杨用龙，胡 妲，王丰吉，李 晶，朱 跃

（华电电力科学研究院，浙江 杭州 310030）

综合信息

湿式电除尘器多污染物协同脱除试验研究

杨用龙，胡 妲，王丰吉，李 晶，朱 跃

（华电电力科学研究院，浙江 杭州 310030）

介绍了湿式电除尘器性能试验情况，并结合性能试验结果分析了湿式电除尘器多污染物协同脱除性能。结果表明：湿式电除尘器除尘效率达到85%以上，其协同脱除PM2.5、SO3和Hg的脱除效率分别达到了84%、71%和64%以上，PM排放浓度低于5mg/m3，达到了环保标准排放限值。湿式电除尘器对PM2.5、SO3和Hg等污染物的协同脱除能力较强，为多污染物控制技术路线的开发提供了发展方向。

湿式电除尘器； 除尘效率； 性能试验； PM2.5

0 引言

近年来，大范围雾霾天气频发引发人们对空气质量的广泛关注[1-2]。国家环境保护部陆续出台了一系列环保政策[3-4]，严格控制大气污染物排放指标。为了积极响应国家号召，燃煤电站大量上马超低排放改造工程，以满足超低排放要求的烟尘（英文名Particulate Matter，缩写为PM，以下简称“PM”）、SO2、NOx排放浓度分别不高于10、35、50mg/m3（标态、干基、6%O2）的限值。

随着超低排放改造工作的深入进行，各类新型环保技术快速发展，为联合脱除多种污染物提供了技术路线[5-6]。湿式电除尘器作为引入燃煤发电领域的新型环保技术，其高效的除尘性能得到国内科技工作者广泛认可[7-8]，近年来发展迅速，国内投运的湿式电除尘器数量已超过欧美日等国在役设备总和[9]。由于湿式电除尘器在燃煤发电领域发展迅速，但结合工程应用对湿式电除尘器多污染物协同脱除性能的研究报道相对较少。文中结合湿式电除尘器性能测试数据，对湿式电除尘器的多种污染物协同脱除性能进行了分析研究。

1 研究方法

1.1 项目概况及试验依据

选择典型装机容量燃煤机组湿式电除尘器作为研究对象，涉及机组装机容量等级分别为150MW、300MW、600MW、1000MW级。测试期间要求机组及环保设施正常运行，燃用煤质、运行负荷稳定、在线CEMS表计指示正确。

试验依据见表1。

表1 试验依据Tab.1 Test reference

1.2 试验仪器

试验过程中所使用的主要试验仪器见表2。

表2 主要试验仪器Tab.2 The main test instruments

试验过程中所使用的测试方法完全依照表1所列相关标准执行，文中压力采用美国生产的HM7750电子压力计和L型皮托管测试，通过计算得到烟气量，烟尘浓度采用青岛崂应生产的3012H自动烟尘仪进行采样测试，文中PM2.5采用芬兰生产的Dekati PM-10测试，颗粒物粒径测试范围为＞PM10、＞PM2.5、＞PM1，采用称重法计算得到 PM2.5浓度。全自动便携式汞采样系统（PMS 30B）进行烟气中汞样品采集，采用美国生产的汞分析仪（Hydra II C）进行汞浓度检测。SO3浓度依据《石灰石-石膏湿法烟气脱硫装置性能验收试验规范》（DL/T998-2016）进行测试，红外气体分析仪测试烟气中SO2、NOx、O2等浓度。为了保证测试结果的准确性，采用了平行采样及平行分析的方法。

2 结果与讨论

2.1 试验结果

为了研究湿式电除尘器的污染物协同脱除能力，并对燃煤电站污染物排放情况进行全面分析，选择4台不同装机容量机组湿式电除尘器进行100%负荷工况性能试验，并对试验结果进行总结、分析，性能试验结果见表3。

2.2 PM脱除效率

如图1所示，采用湿式电除尘器的燃煤机组，PM排放浓度均能达标排放，甚至PM排放浓度低于5mg/m3，湿式电除尘器的PM脱除效率均在85%以上。采用湿式电除尘器技术容易实现PM超低排放，并且能有效消除因脱硫系统的除雾效果差，导致的PM排放超标问题。锅炉额定蒸发量对应排放烟气量，虽然PM脱除效率受湿式电除尘器设计条件影响，但PM排放浓度接近的情况下，机组容量越大，烟气量越大，PM排放量越大，对大气污染物的贡献就越大。因此，在湿式电除尘器的设计选型过程中，应根据机组的装机容量来确定PM排放浓度，装机容量大的机组PM排放浓度限值应低一点，装机容量小的机组PM排放浓度限值应高一点，这样不管是从技术上还是经济上考虑，都比当前“一刀切”的限排方式更合理。

图1 PM排放浓度与脱除效率的相关性Fig.1 Correlation of PM emission concentration and removal efficiency

湿式电除尘器入口PM浓度范围一般在20-60mg/m3之间，高PM浓度的烟气直接进入湿式电除尘器，设备安全运行压力大，设备稍有故障或缺陷，则PM浓度极有可能排放超标，大大增加环保风险和运行难度。降低湿式电除尘器入口PM浓度值最好的途径是降低燃煤灰分，其次是优化上游除尘设备，如采用先进的干式除尘技术（高效电源、电袋复合除尘器、低低温电除尘器等）和脱硫除尘一体化技术（高效除尘除雾技术、旋流耦合脱硫除尘一体化技术、膜法冷凝脱硫除雾技术等）。

表3 性能试验结果汇总Tab.3 The performance test results

2.3 PM2.5脱除效率

如图2、图3所示，湿式电除尘器PM2.5脱除效率在80%以上，PM脱除效率均在85%以上，湿式电除尘器出口PM2.5浓度值在3mg/m3以下，PM浓度值控制在5mg/m3以下，完全满足环保超低排放要求。

由于新一轮环保超低排放改造技术以污染物协同治理为指导思想，烟气进入湿式电除尘器时PM浓度已经降低至较低浓度水平（特殊情况除外），一般设计入口PM浓度范围在20-60mg/m3之间，导致湿式电除尘器的除尘效率明显比静电除尘器低，但湿式电除尘器出口PM排放浓度低，更容易达到环保要求。因此，对湿式电除尘器而言，除尘效率主要针对湿式电除尘器出力而言，对于环保要求而言，只要达标排放即可，没必要为了高的除尘效率而过度降低出口PM浓度，收效甚微，反而增加能耗。

图2 PM2.5排放浓度在PM排放浓度中的占比Fig.2 Proportion of PM2.5emission concentration in PM emission concentration

图3 PM2.5排放浓度与脱除效率的相关性Fig.3 Correlation of PM2.5emission concentration and removal efficiency

从上图还可以看出，湿式电除尘器进出口PM中，PM2.5的占比很大，特别是经湿式电除尘器净化的烟气中PM2.5占PM的比重达50%以上，因此，在后续改进湿式电除尘器除尘技术的过程中，如何提高PM2.5的脱除效率是值得广大科技工作者思考的研究方向。

2.4 SO3脱除效率

如图4所示，相比于当前国内已经出台的上海市地方标准规定的SO3排放限值（不大于5mg/m3），采用湿式电除尘器的燃煤电站，烟气中SO3排放浓度不大于10mg/m3，达标排放占比75%，SO3脱除效率基本在70%以上，其中SO3排放浓度超过5mg/m3的项目其入口SO3浓度平均值为96mg/m3。影响SO3脱除效率的因素主要有电极形式、停留时间、二次电压、烟尘粒径、入口浓度、温度等。对于目前投运的湿式电除尘器而言，入口SO3浓度普遍较低，导致湿式电除尘器在SO3的脱除问题上不能更好的发挥作用，因此，测试结果表现为SO3脱除效率偏低。

图4 SO3排放浓度与脱除效率的相关性Fig.4 Correlation of SO3emission concentration andremoval efficiency

根据试验结果可知，采用湿式电除尘器基本可以满足SO3排放浓度小于5mg/m3，工业应用已不存在技术问题，需要深入研究的是如何降低投资和运行维护费用，做好废水处理工作。

2.5 Hg脱除效率

图5 Hg排放浓度与脱除效率的相关性Fig.5 Correlation of Hg emission concentration and removal efficiency

由图5可知，燃煤电站Hg排放浓度远低于Hg标准排放限值，湿式电除尘器Hg脱除效率在60%-80%之间。目前，湿式电除尘器入口Hg浓度低，Hg脱除性能裕量充足，若湿式电除尘器入口Hg浓度增加，则Hg脱除率可以在原脱除率的基础上有进一步提高。湿式电除尘器作为燃煤机组环保设施的最后一道防线，对Hg的脱除率直接影响将来脱汞技术路线的选择。

3 结论

文中以湿式电除尘器工程项目性能试验结果为研究基础，通过对比不同装机容量机组配套的湿式电除尘器多污染物协同脱除能力，得出以下结论：

（1）从湿式电除尘器的测试结果来看，其除尘效率、系统压力损失、PM排放浓度、PM2.5排放浓度、SO3排放浓度、Hg排放浓度等指标均能满足性能指标和环保要求，湿式电除尘器在燃煤电站领域的工业应用水平已渐成熟。

（2）装机容量等级大小对湿式电除尘器性能并没有明显影响，但是不同装机容量的锅炉烟气量大小不同，PM、SO3、Hg等污染物处理量不同，在进行湿式电除尘器设计选型时应充分考虑污染物处理量的大小。

（3）湿式电除尘器对PM2.5、SO3、Hg等污染物的协同脱除能力较强，为今后上述各项污染物控制技术路线的开发提供了发展方向。

[1]刘泽宇．湿式电除尘器中粉尘与液滴脱除效率的数值模拟[D]．北京：华北电力大学，2016．

[2]刘昊．湿式电除尘器在细颗粒物控制中的应用[J]．工业安全与环保，2016，42(4)：20-22．Liu Hao.Application of Wet Electrostatic Precipitator in the Control of the Fine Particulate Matter[J].Industrial Safety and Environmental Protection,2016,42(4):20-22.

[3]GB/T13223-2011，火电厂大气污染物控制排放标准[S]．

[4]发改能源【2014】2093号：关于印发《煤电节能减排升级与改造行动计划（2014-2020）》的通知[S]．

[5]万益．湿式电除尘器水膜均布及细颗粒物强化脱除研究[D]．杭州：浙江大学，2014．

[6]史文峥，杨萌萌，张绪辉，等．燃煤电厂超低排放技术路线与协同脱除[J]．中国电机工程学报，2016，36(16)：4308-4318．Shi Wenzheng，Yang Mengmeng， Zhang Xuhui， Ultralow emission technical route of coal-fired power plants and thecooperative removal[J]． Proceedings of the CSEE，2016，36(16)：4308-4318．

[7]Wang X H，You C F．Effects of thermophoresis，vapor，and water film on particle removal of electrostatic precipitator[J]．Journal of Aerosol Science，2013，63:1-9.

[8]赵磊，周洪光．超低排放燃煤火电机组湿式电除尘器细颗粒物脱除分析[J].中国电机工程学报，2016，36(2)：468-473．Zhao Lei，Zhou Hongguang．Particle removal efficiency analysis of WESP in an ultra low emission coal-fired power plant[J]．Proceedings of the CSEE，2016，36(2)：468-473．

[9]张华东，周宇翔，龙辉．湿式电除尘器在燃煤电厂的应用条件分析[J]．中国电力，2015，48(8)：13-16，32．Zhang Huadong,Zhou Yuxiang,Long Hui.Study on Application Conditions of Wet Electrostatic Precipitators in Coal-Fired Power Plants[J].Electric Power,2015,48(8):13-16,32.

Research on Multi-Pollutant Synergistic Removal Test by WESP

YANG Yonglong， HU Da， WANG Fengji， LI Jing， ZHU Yue
（Huadian Electric Power Research Institute，Hangzhou 310030，China）

Performance tests of WESP were conducted in this work.The multi-pollutant synergistic removal performance of WESP was analyzed according to the performance test.The results show thatthe collection efficiency of WESP was above 85%,and the synergistic removal efficiency of PM2.5,SO3,Hg was reached above 84%,71%and 64%.PM emission concentration waslowerthan 5mg/m3,which achieved the environmental protection standard emission limits.The direction for the development of multi-pollutant control technology was provided by WESP for advanced synergistic removal performance of PM2.5,SO3,Hg.

wet electrostatic precipitator； collection efficiency； performance test； PM2.5

X773

B

2095-3429（2017）05-0001-05

10.3969/J.ISSN.2095-3429.2017.05.001

国家重点研发计划项目(2016YFC0203701-5)。

The National Key Research and Development Program of China(2016YFC0203701-5).

2017-08-07

杨用龙（1985-），男，湖北荆州人，硕士，工程师，从事火电厂烟气环保工程技术及研究工作。