火电厂湿式电除尘器的优化与改进

袁 亮甘 霖

（1国家电投集团远达环保工程有限公司重庆科技分公司 重庆 401122 2国家电投集团远达环保工程有限公司 重庆 401122）

1 引言

2014年9月，国家发展改革委、环境保护部、国家能源局联合印发了《煤电节能减排升级与改造行动计划（2014-2020年）》，要求新建和现役燃煤发电机组大气污染物排放浓度基本达到或接近燃气轮机组排放限值，其中，烟尘排放浓度不高于10mg/Nm3[1]，很多火电厂已经将烟尘排放浓度提高到不高于5mg/Nm3。2015年12月，环保部、发改委、能源局再次联合印发了《全面实施燃煤电厂超低排放和节能改造工作方案》，要求东部、中部和西部地区分别在2017年、2018年和2020年前基本完成超低排放改造[2]。在发改委、环保部、能源局于2015年12月2日联合印发的关于实行燃煤电厂超低排放电价支持政策有关问题的通知（发改价格[2015]2835号）中明确规定，对验收合格并符合超低排放要求的燃煤发电企业给予适当的上网电价支持[3]。其中，2016年1月1日以前、以后并网运行的实现超低排放的机组，对其统购上网电量加价1分/kW·h、0.5分/kW·h（含税），且加价电量与实现超低排放的时间比率挂钩[3]。由此出现了湿式电除尘器技术、脱硫除尘一体化技术等针对超低排放烟尘处理的技术得到了大量运用。

湿式电除尘器除尘技术原理与干式静电除尘器基本相同：收尘极带正电，放电极带负电，产生不均匀高压电场。经过脱硫吸收塔或则净烟道的烟气经气流分布进入WESP，其放电极在直流高压作用下，将其周围气体电离，粉尘在电场中荷电并在电场力的作用下向收尘极运动，移动到收尘极表面放电被捕集，经间歇冲洗水收集后综合利用或则处理；净化后的烟气从湿式电除尘器出口排出。主要优点为：适应烟气特性范围广，不受粉尘比电阻限制；借助水力清灰，不会产生二次扬尘。此外，WESP还能有效减少石膏雨等二次污染，有效脱除PM10、PM2.5和SO3酸雾等，大幅度减少对烟囱的腐蚀等。

湿式电除尘器结构一般有管式和板式两种，其中管式湿式电除尘器应用最为广泛，但随着其应用的不断扩大，其在实际运行中逐渐暴露了一些问题，相关问题已影响到电厂的安全稳定运行，本文通过对其关键结构的分析，提出了相关改进措施。

2 湿式电除尘器的优化与改进

2.1 WESP布置的优化

WESP通常采用垂直烟气流向，这时WESP可垂直烟气流独立布置也可与其他设备组合布置。独立布置由于占地大，阻力大，需要单独设置冲洗水收集系统，系统复杂，故WESP与其他设备，如吸收塔组合布置的方式节约占地空间，阻力最小，无需单独设置冲洗水收集系统，系统简单，对于改造项目尤其适用。若WESP在吸收塔顶上一起布置，应优先考虑WESP的支撑要与吸收塔统一进行考虑，尽量少采用单独设置支架来支撑WESP，如在某300MW以上机组上，WESP项目可采用不新增独立的梁柱，直接加固原吸收塔钢结构，提高壳体钢结构稳定能力以承受新增WESP荷载；最终吸收塔仅需增加部份纵横向加劲肋即可满足静电湿式电除尘器传来荷载，基础无需加固，从而节约了大量的成本工程造价和施工工期，WESP的结构稳定性及可靠性得到进一步提升。

2.2 WESP流场的相关优化

设计初期，各个厂家流场模拟都不规范，没有相应的行业标准，因此WESP实际运行中流场也出现了很多问题，后来根据国家能源局发布的2016年07月01日实施的DL/T 1589－2016《湿式电除尘技术规范》要求：湿式电除尘装置应设烟气均流装置，用均方根差评定除尘装置入口断面气流分布均匀性，均方根差宜不大于0.15[4]。要求所有WESP项目必须做流场模拟，一般WESP项目入口应设烟气均流装置，出口根据流场需要设置烟气均流装置或导流板，通过对湿式电除尘器内部流场进行数值模拟仿真计算，提出了在气流分布板迎风面添加导流板和改变气流分布板开孔率综合运用的优化方案[5]；流场数值模拟中采用了实体多孔板模型,并在网格划分上做了局部加密的处理,克服了多孔介质模型计算的不足,提高了计算精度[6]。另建议烟气均流装置采用不低于3mm厚316L及以上材质，耐腐蚀且可靠性好。均流装置必须设置有加固肋，按照不低于4KN/m2平台荷载考虑，方便检修人员进行工作。

图1 湿式电除尘优化前后的入口速度分布

2.3 喷淋及排污系统的优化

根据工程经验及实际项目运行经验，在阳极管的上部和下部均应设置喷淋系统保证阳极管表面干净不会被尘阻挡影响除尘效果，但是实际运行有的项目冲洗效果不好，而且单个电场冲洗的时候相邻电场受影响比较大，无法保证WESP阳极管长周期稳定运行。因此喷淋系统须能保证所有阳极管及阴极线能无死角全覆盖，建议覆盖率不低于130%，同时必须要考虑电源分区的影响，某分区进行冲洗时不能对干扰其他分区带电工作。阳极管上部喷淋系统应考虑阴极大梁的影响，且冲洗时间较长；阳极管下部喷淋系统能保证冲洗，冲洗时间可较短。喷淋系统在湿电内部的管道，喷嘴及支架建议采用316L及以上材质，WESP内部和外部连接的阀门应采用湿烟气的腐蚀，采用碳钢衬胶或其他耐腐蚀阀门。排污水在不影响脱硫系统水平衡的条件下，建议优先排入湿法脱硫系统。

2.4 加热装置的优化建议

现有WESP采用较多采用热风加热对所有绝缘箱进行保护绝缘，现在加热器运行情况也十分不理想，由于管道过长很难保证所有顶部绝缘箱和下部绝缘箱都能保持有热风吹扫，从而保证绝缘温度，由此带来安全隐患。根据规定，采用热风加热时，绝缘子内温度不宜低于65℃。仅采用电加热时，绝缘子壁温不宜低于110℃。建议顶部绝缘箱仅采用电加热即可，但是需要考虑足够的备用措施，如两用一备共三组电加热器等；下部绝缘箱仅采用热风加热和电加热双保险措施，优先使用热风加热，电加热作为备用措施。如果上下部均使用热风加热时，建议上部和下部热风单独设置含有风机及加热器的加热系统，另外尤其注意当热风系统有向下布置的U型管时，必须要设置排水管道，防止管道积水。

2.5 阴阳极系统优化建议

现有阴极系统有刚性电极和柔性电极两种，柔性电极受气流影响比较大，运行电流不稳定，建议采用刚性电极，运行过程中更加可靠和稳定，阴极线采用螺栓连接时，安装完成后将固定螺栓给点焊在阴极框架上，可以有效避免在运行过程中阴极系统的晃动引起的螺栓松动，从而造成阴极线螺栓脱落。现有阳极系统大部分项目均采用导电玻璃钢，需要对导电玻璃钢的导电碳纤维的布置及质量、电阻率等进行严格把控，接地系统宜采用2205及以上材质，防止电化学腐蚀；阳极管在检修过程重点检查有无灼烧痕迹，如果有灼烧过热痕迹，证明运行中此处有放电过热现象，需要排除安全隐患。

2.6 优化运行建议

根据现有设备的运行和试运经验，建议运行前的准备工作应至少包括以下内容：

（1）空载试车前要对湿式电除尘器内部进行全面检查，清除放电极与集尘极间的杂物，电场内、上(下)框架、气流均布板及冲洗水管等严禁残留任何杂物。

（2）用无水酒精清洁绝缘子并擦拭干净，发现绝缘子损伤应立即更换。

（3）接地装置及其它安全设施必须安全可靠。

（4）确认冲洗水系统中各设备、管路及电气接线等符合要求。

（5）通电试运行电加热装置、热风吹扫系统和冲洗水系统，确保各系统完善及工作正常。

（6）运行前应关闭并锁紧所有的人孔门。

此外，在空载试运行时，应首先进行热风吹扫系统的运行正常，保温箱加热系统的正常运行，然后冲洗水系统的正常运行（同时能达到能将阳极系统润湿的目的），随后进行冷态空载升压试验（要注意控制空升二次电压，每个电场时间建议控制在1分钟以下，切忌不可盲目升压），最后空载升压试验结束后再次开启喷淋系统冲洗一次。

2.7 其他建议

针对现在防腐采用玻璃鳞片树脂易燃的问题[7]，建议防腐材料可以采用合金贴衬或耐腐蚀的阻燃型结构胶；现有脱硫吸收塔除雾器采用PP材质极易燃烧，建议可以开发阻燃材料组成的除雾器，除雾器的冲洗水及其支架可采用316L材质；另外湿式除尘器和烟囱之间的净烟道可设置烟气挡板门，有效隔绝空气，可有效防止或减少事故发生。

结语

本文在总结湿式电除尘尘器设计和运行经验的基础上，分别对其布置方式、流场特性、喷淋及排污系统、加热装置、阴阳极系统进行了总结分析，相关措施可有效减小现有湿式电除尘的建设和运行问题，保障电厂整体的安全运行。

湿式电除尘器在满足火电厂超低排放标准要求中发挥了很大的作用，但是与脱硫除尘一体化技术相比存在能耗及投资运行费用较高的问题，因此，湿式电除尘器仍有较大改进优化空间。

湿式电除尘器作为一种对火电厂大气污染物超低排放是一种可靠的技术路线，在未来日益严格的环保标准下，可以重点攻关以下方向：

（1）火电厂烟尘满足更低的排放标准低于3mg/Nm3甚至1mg/Nm3的要求。

（2）脱除SO3、汞等重金属颗粒都能有效的脱除，可作为以后新的环保要求的时候的选择方案之一。参考文献

[1]国家发展改革委数据库.煤电节能减排升级与改造行动计划（2014-2020年）（发改能源[2014]2093号）[EB/OL].

[2]国家环保部数据库.关于印发《全面实施燃煤电厂超低排放和节能改造工作方案》的通知（环发[2015]164号）[EB/OL].

[3]国家发展改革委数据库.关于实行燃煤电厂超低排放电价支持政策有关问题的通知(发改价格[2015]2835号)[EB/OL].

[4]国家能源局DL/T 1589－2016湿式电除尘技术规范.

[5]高朋，党晓庆等.管式湿式电除尘器气流分布的组织与优化[J].环境工程学报，2017,07：4223-4228.

[6]展茂源王猛等.湿式静电除尘器在燃煤电厂超低排放工程中的应用[J].电力科技与环保，2017（2）：30-33.

[7]鲁果,曹宁,张瑜.浅析湿式电除尘器起火原因及防治措施[J].第十七届中国电除尘学术会议论文集,2017年.