摘要：湿式静电除尘器在使用中会受到电磁场的干扰而影响其除尘效率。本文通过对在实验中遇到的问题进行剖析，进而提出湿式静电除尘器优化布置的几点参考意见，为湿式静电除尘器的设计与应用提供参考。
关键词：电磁场；湿式静电除尘器；布置
0 引言
空气颗粒物污染是我国面临的主要大气污染物之一，“十三五”环保规划指出，到2020年，大气环境质量方面地级以上城市空气质量明显改善、重污染天气减少60%、可吸入颗粒物和细颗粒物浓度下降30%以上[1，2]。目前很多电厂也提出了“近零排放”等目标，湿式静电除尘器由于对细颗粒物、SO3、重金属等污染物显著的脱除效果而受到电厂的青睐。目前微细粉尘污染已经成为我国主要的烟气污染物，而燃煤电厂的ESP由于最终采用振打清灰造成二次扬尘所以对细颗粒物的脱除效果不佳，WESP作为电厂污染物终端精处理设备可有效对微细颗粒物（PM2.5粉尘及SO3气溶胶）、重金属（汞Hg、砷As、硒Se、铅Pb、铬Cr）等有显著的脱除效果。对亚微米气溶胶颗粒物的效率可达99%以上，要达到粉尘5mg/Nm3的超低排放要求，严格处理细颗粒物和微量重金属的能力是WESP的优势所在也是超低排放的指标的有力保证。另外由于水滴与颗粒物附着荷电降低了粉尘表面比电阻，对黏性大或高比电阻粉尘能有效收集，因此也适用于温度高、湿气含量大的烟气的处理。集尘板的粉尘由水膜冲洗，可避免二次扬尘，提高了除尘效率和设备运行的可靠性。脱硫后的饱和烟气中携带部分水滴，在FGD后面布置可以使水滴在电场中被荷电捕集，水滴大大减少，可有效降低石膏雨形成几率。因此在目前300MW以上的大型的燃煤机组中应用WESP对烟气的综合处理而言是有诸多优势的，所以如何避免电磁场对WESP内部的影响从而发挥WESP的所有功能是至关重要的。
1 湿式静电除尘器的实验台介绍
湿式静电除尘器与干式静电除尘器的原理相同，其利用水冲洗集尘板的方法避免了二次扬尘，提高了除尘效率，尤其是对细颗粒物的捕捉效率。但是湿式静电除尘器处理的烟气量小，粉尘浓度低等特点，难以在大型火电站得以应用，最初只用于冶金等工业领域。为了将湿式静电除尘器用于燃煤电厂，需对其结构进行改进，使其满足燃煤电厂大烟气量的特点[3]。
在经过实验室实验，对极间距、电极形式选型后，在某3MW机组的中试锅炉后面建起了湿式静电除尘器中试设备。该湿式静电除尘器为适用于处理大烟气量的特点，烟气流速达到了4m/s，电极长度达到9m。为了便于净烟气的采样分析，将其从设备顶部引下来至水平地面，湿电本体外壳为304不锈钢材质，电极与蜂窝桶采用316L不锈钢材质，如图1所示，图中左侧管道为净烟气引出烟道，碳钢材质，其与湿式静电除尘器本体设备平行布置。电极采用重锤悬挂，确保电极笔直地平行于蜂窝集尘筒的各个表面。湿式静电除尘器所处理的烟气为脱硫后的净烟气，粉尘含量不高于30mg/m3。
图1.湿式静电除尘器中试设备
2 测量方法
净烟气采用低压静电撞击器（ELPI）采样PM2.5等可吸入细颗粒物。烟气中PM2.5成分复杂，粒径小，测试难度大，PM2.5的测量仪器主体是芬兰DEKATI公司开发的静电低压撞击器（electrical low pressure impactor，ELPI）。ELPI是基于稀释采样法和静电法联用专门用于测量细颗粒物的精密仪器[4]。其测量原理如图2所示：
图2 ELPI测量系统
图2显示的是ELPI测量系统图。启动真空泵，烟气依次进入取样枪、旋风切割器，脱除粒径大于10μm的颗粒，然后与经净化的高温稀释气混合（可按实际情况采用一级或两级稀释，一级稀释比例约8：1）后进入ELPI测试系统。含有细颗粒的采样烟气首先进入单极电晕充电室进行充电，带电的颗粒物被气流运送到装有绝缘收集层的低压冲击器上，精密电子测量计对进入每个层面的带电颗粒物的电流进行实时电量测量，测量后将电流信号转化为（空气动力学上的）颗粒物的粒径分布。ELPI 把颗粒物分成14级，从0.006~10μm，能够对每级的颗粒数目和质量进行瞬态记录，对烟气中的颗粒物有一个很清楚的反映。
3 实验中遇到的异常现象
实验开始后，在净烟道的出口位置进行取样、测量。但是在实验中发现，当湿式静电除尘器没有运行时，湿式静电除尘器的出口烟道的粉尘浓度略大于入口烟道的粉尘浓度。而当湿式静电除尘器投入运行后，根据ELPI实时监测的数据显示，湿式静电除尘器出口粉尘的浓度远大于入口粉尘的浓度，并且此时的粉尘浓度水平比湿式静电除尘器未投入运行时显著增大。测量数据表明湿式静电除尘器在此情况下不仅失去原本的价值，并且具有反作用。
4 异常原因分析
此时采用传统的滤膜采样法对湿式静电除尘器进、出口烟道的粉尘浓度采样，测量结果依然表明湿式静电除尘器的出口粉尘浓度更高。而滤膜收集到的颗粒物样品中明显有铁锈等颗粒物，并且湿式静电除尘器运行的情况下出口采集的样品中铁锈更多，如图3所示。
图3 颗粒物样品分析
图3为左图为将滤膜上收集到的颗粒物使用去离子水洗入容量瓶中并滴入H2SO4溶液，铁锈溶于酸溶液生成3价铁离子，溶液呈淡黄色。向溶液中滴入NaOH溶液，生成Fe2O3红褐色沉淀，如图4所示。
图4.Fe2O3红褐色沉淀
这说明湿式静电除尘器的出口烟气中卷含的颗粒物中主要是铁锈颗粒。而湿式静电除尘器本体部件均为不锈钢制作，因此，铁锈主要是由出口烟道内表面的腐蚀生成。
将ELPI的取样口设在湿式静电除尘器的出口烟道上，将湿式静电除尘器在投运与停运之间切换，通过ELPI的实时数据监测出口烟道的粉尘浓度水平，如图5、图6所示。
图5 湿式静电除尘器停运时出口烟气颗粒物质量浓度粒径分布图
图6 湿式静电除尘器投运时出口烟气颗粒物质量浓度粒径分布图
由于测量设备ELPI取样细颗粒物的切割粒径段分布集中在细微颗粒1微米左右，为了更科学合理的将测量数据反映在表中，质量对粒径取对数坐标。不难看出，当湿式静电除尘器投入运行时，颗粒物浓度（铁锈含量）反而增多，这说明湿式静电除尘器的运行对出口烟道内的铁锈形成了干扰。
当烟气流场均匀，流速稳定时，由于湿式静电除尘器采用高频直流电源供电，烟气在高压被电离而形成一个稳定的电场、磁场。但是当烟气高速流过湿式静电除尘器时，由于烟气流场的不均匀性，导致悬挂重锤的电极丝摇摆、晃动。此时形成的电场场强随着极间距的变化而变化，根据麦克斯韦理论，变化着的电场能产生磁场。生成的磁场力大小也随着场强变化。而出口烟道与湿式静电除尘器本体设备平行，并且相距很近，附着在烟道内壁上的铁锈在电磁场力的作用下反复摇晃而脱落，混入高速流动而过的烟气中，致使出口烟气中颗粒物的含量因湿式静电除尘器的投运而增大。
为此，将该段碳钢烟道换成316L不锈钢材质的钢管后，经采样测试，取样粉尘中的铁锈消失。但是电极的晃动导致电场击穿等不稳定因素也大大的影响了湿式静电除尘器的除尘效果，仍然需要对湿式静电除尘器的构造进一步改进。
湿式静电除尘器通电产生的电磁场引起湿式静电除尘器、脱硫塔上的就地仪表指针的晃动，影响其测量精度等。
结论：
目前，很多电厂提出“近零排放”的目标，尤其是老电厂进行超低排放改造等，由于受场地的局限，很多电厂将湿式静电除尘器置于脱硫塔的顶端，并为了节省占地面积，利用垂直空间安装MGGH等设备。在安装使用立式湿式静电除尘器需要注意以下几点：
（1）电厂的烟道都是碳钢材质，经过脱硫后的烟气湿度大，应当做好尾部烟道防腐工作，防止防腐工作没有做好导致防腐脱落处的烟道因湿烟气而腐蚀，从而使得高速烟气造成的电磁场能带出铁锈等烟气颗粒而影响除尘效果。
（2）高速的烟气流动会导致电极丝的不稳定振动从而引发电磁场，所以使用立式湿式静电除尘器前应当固定好电极丝，否则电极丝的晃动会引起局部场强过大而击穿引起电火花，破坏除尘效果，引起电极腐蚀，降低其使用寿命；同时电极丝的不稳定会引起电场的不稳定，进而会产生磁场，影响就地仪表等金属设备。
参考文献：
[1] 杨林军.燃烧源细颗粒物污染控制技术[M].北京：化学工业出版社，2011.
[2] 容銮恩，刘志敏等.电站锅炉原理[M].北京：中国电力出版社，2010.
[3] 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，2013，34（5）：493-496.
[4] 时超林，潘卫国，郭瑞堂等.基于ELPI+测量的上海市区大气可吸入颗粒物粒径分布[J].电力与能源，2014，35（4）：408-411.
论文作者:陈子超1.2
论文发表刊物:《电力设备》2019年第5期
论文发表时间:2019/7/8
标签：烟气论文; 静电除尘器论文; 颗粒物论文; 粉尘论文; 电极论文; 铁锈论文; 浓度论文; 《电力设备》2019年第5期论文;