湿式电除尘器颗粒物测试及排放特征研究

许东旭，蔡锡锋，刘含笑，沈敏超，郭高飞，周冰，杜依倩

（浙江菲达环保科技股份有限公司，浙江 诸暨 311800）

湿式电除尘器的进出口处属于典型的高湿度、低浓度烟气环境，在苛刻条件下的烟气污染物精准测试，是当前研究的热点和难点[1～5]。本文对湿式电除尘器颗粒物测试方法进行了研究，并对湿式电除尘器出口的颗粒物排放特征进行了调研和分析。

1 湿式电除尘器颗粒物脱除机制

从颗粒物脱除机理来说，湿式电除尘器与常规电除尘器的不同之处在于，收尘极被水膜覆盖，放电区域存在水雾（图1），不存在因振打引起的细颗粒物二次扬尘，同时湿电场中存在明显的细颗粒物团聚现象，有效避免了细颗粒物排放。

为进一步定性分析湿式电除尘器（WESP）中细颗粒物团聚的机理，采用k-ε模型计算连续相流场，采用MHD模型计算静电场，基于欧拉双流体方法，采用PBM（Population Balanee Model）模型来计算颗粒的团聚。并基于颗粒的稀疏、分子混沌等假设，在仅考虑颗粒物团聚这一种物理现象的情况下，欧拉坐标体系下的颗粒物尺度分布函数零维方程如公式①所示[6、7]。

图1 湿式电除尘器（WESP）对细颗粒物的脱除机制

式中：

n（v，t）——表示体积为v的颗粒物在t时刻的数浓度函数，1/m3；

β（u，v-u）——表示体积分别是u、v-u的颗粒物之间的团聚核，即团聚概率，m3/s。

等式右边的第一项表示因团聚而产生的体积为v的新颗粒物数量，1/2表示在颗粒的一次团聚事件的同时有2个颗粒物参加；第二项表示因颗粒物团聚成更大颗粒物而消失的体积为v的颗粒物数量。

调用软件自带的Luo Aggregation Kernel和Turbulent Aggregation Kernel，通过UDF引入电团聚核函数和库仑团聚核函数，见式②、式③。

式②、式③中：βE和βC分别为颗粒i与颗粒j的电团聚核函数和库仑团聚核函数；K是电团聚的增强因子；βi，j是电中性颗粒i、j的布朗团聚核函数。见式④、式⑤所示。

式④、式⑤中：

p、q——分别为i、j两颗粒的带电量，C；

ε0——真空介电常数，8.85×10-12F/m；

kB——Boltzmann常数，1.38×10-23J/K；

T——绝对温度，K；

d——颗粒粒径，m；

μ——气体动力黏度，Pa.s；

Cu——Cunningham修正系数。

由于各种团聚形式对于颗粒碰撞的影响尺度不同，可认为两者是相互独立的，四种团聚形式叠加后的团聚核函数可以表示为式⑥：

模型采用分区算法进行求解，初始的颗粒分布被简化为单一分散体系，具体数据见表1。将颗粒的粒径按大小分为8个区间，其总的体积分数是7×10-6，计算时间步长取0.001s，计算结果见图2。由图2可知，随着反应时间的推移，该模型出口处的颗粒平均粒径是逐渐增大的，这表明细颗粒物在发生明显的团聚现象，约在0.5s，颗粒平均粒径趋于稳定。

表1 各尺度颗粒的体积分数

图2 不同时刻模型出口的颗粒平均粒径变化

2 颗粒物测试方法

2.1 测试标准、方法及仪器

国内外低浓度颗粒物测试标准、方法及相关仪器[8～10]汇总见表2。

2.2 颗粒物采样系统

采样系统是否科学是保证数据精确度的关键，该采样采用滤膜（一体化采样头）测定湿式电除尘器进出口颗粒物浓度，采样系统布置方式如图3所示。一体化采样头包括铝箔、滤膜网、采样管、滤膜等，采样前后一体化采样头（内置滤膜）整体进行烘干、称重，有效避免了过滤材质的黏附损失。一体化采样头示意图见图4。

表2 国内外测试标准及仪器汇总

图3 颗粒物采样系统

图4 一体化采样头示意图及实物图

3 现场实测

3.1 某1000MW机组

针对某1000MW机组，参照图3的采样系统，测试中采用一体化采样头进行现场采样实测，采样枪需加热至160℃左右。经过测试，得到一体化采样头的样品增重、空白试验值以及经换算后的质量浓度数据见图5。一体化采样头的空白试验值在0.2 ～0.4mg，该空白实验值最大正值的5倍为2mg，而该项目实际采样的样品增重在3.1～3.7mg，远超空白试验的标准下限，满足标准要求。最终得到的测试结果为4.49mg/m3。

3.2 某600MW机组

针对某600MW机组，采用一体化采样头进行现场实测，样品的增重、空白试验值以及经过换算后得到的质量浓度数据见图6。一体化采样头的空白试验值在0.2～0.5mg，其最大正值的5倍为2.5mg，而实际试验采样的样品增重为5.9～10.6mg，同样满足标准要求。经过换算，该实测数据为4.12mg/m3。

4 排放特征研究

分别测定金属板式湿式电除尘器18台、导电玻璃钢管式湿式电除尘器47台，出口颗粒物浓度数据统计如图7所示，机组容量从75MW到1030MW。金属板式湿式电除尘器出口颗粒物浓度最大值为6.6mg/m3、最小值为0.4mg/m3，平均值为3.9mg/m3；导电玻璃钢湿式电除尘器出口颗粒物浓度最大值为9.3mg/m3、最小值为1.1mg/m3，平均值为4.2mg/m3。

图5 一体化采样头（崂应）测试结果

图6 一体化采样头测试结果

图7 颗粒物排放特征汇总

5 结论

（1）湿式电除尘器不存在细颗粒物二次扬尘，且湿电场中存在明显的细颗粒物团聚现象，可实现较低的颗粒物排放。

（2）低浓度、高湿度烟气环境下，颗粒物测试可采用一体化采样头（内置滤膜）采样。

（3）不同形式的湿式电除尘器对颗粒物均有较好的减排效果，其中，金属板式湿式电除尘器颗粒物质量浓度排放范围是0.4～6.6mg/m3；导电玻璃钢湿式电除尘器颗粒物质量浓度排放范围是1.1～9.3mg/m3。