李俊杰
佛山市南海京能发电有限公司 广东 佛山 528211
摘要：通过增加湿式静电除尘器粉尘排放浓度小于5mg/Nm3达到了超洁净排放。
关键词：火电厂；超洁净；湿式静电除尘器
1改造前情况
1.1 除尘设施情况
佛山市南海京能发电有限公司为2×300MW机组，环保设施为四电场高频静电除尘器、石灰石-石膏湿法烟气脱硫系统，锅炉含尘烟气经过干式电除尘器除尘之后，烟气含尘量可以控制在30 mg/m3至20 mg/m3以下，脱硫系统有一定的除尘效率，脱硫系统除尘效率约为50%，烟气粉尘排浓度控制＜20 mg/Nm3。
1.2 增设湿式静电除尘器目标
佛山市南海京能发电有限公司2台炉各增设一台柔性极板型式的湿式静电除尘器，保证在锅炉正常运行的各种负荷条件下，能够满足国家《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223-2011)和地方烟气粉尘排浓度≤5 mg/Nm3放标准的要求。
2湿式静电除尘器工作原理及技术优势
2.1 工作原理
湿式电除尘器设置于脱硫设施与烟囱之间，用于去除脱硫后饱和湿烟气中的烟尘、气溶胶等细微颗粒。其工作原理如下：在湿式电除尘的阳极和阴极线之间施加数万伏直流高压电，在强电场的作用下，电晕线周围产生电晕层，电晕层中的空气发生雪崩式电离，从而产生大量的负离子和少量的阳离子，这个过程叫电晕放电；随饱和湿烟气进入其中的尘（雾）粒子与这些正、负离子相碰撞、凝并而荷电，荷电后的尘（雾）粒子由于受到高压静电场库仑力的作用，向阳极运动；到达阳极后，将其所带的电荷释放掉，尘（雾）粒子就被阳极所收集，进而通过水冲刷的方式将其清除。
原理图、放电极结构和电晕场荷电示意图如下：
图1 左：原理图；右：电晕荷电示意图
2.2 与干式电除尘器的对比
湿式静电除尘器与干式静电除尘器的主要区别如下：
表2 湿式静电除尘器与干式静电除尘器的区别
2.3 对各类污染物的去除能力
在湿法脱硫系统后布置湿式电除尘器可以有效地去除烟气中的PM2.5粉尘、SO3和汞及氧化物等污染物，具有联合脱除、深度净化的技术优势。
（1）湿式静电除尘器对PM2.5和SO3的去除机理
湿式静电除尘中，因放电极被水浸润后，电子较易溢出，同时湿烟气自身携带的水雾被放电极尖端的强大电火花进一步击碎细化，使电场中存在大量带电雾滴，大大增加亚微米粒子碰撞带电的机率，而带电粒子在电场中运动的速度是布朗运行的数十倍，这样就大幅度提高了亚微米粒子向集电极运行的速度，可以在较高的烟气流速下，捕获更多的微粒。
研究表明，在高于露点温度以上时，烟气中的SO3在205℃（400F）以下时，主要以H2SO4的微液滴形式存在。其平均颗粒的直径在0.4μm以下，属于亚微米颗粒范畴。这也是干式静电除尘器和FGD对SO3的去除率较低的主要原因。湿式静电除尘器对亚微米颗粒的高捕获率，可对SO3的微液滴起相同作用。
图2 SO3气溶胶捕集示意图
因此湿式静电除尘能够高效地去除亚微米粒子，雾滴，除尘效率根据运行的电场数不同一般都可达到85%以上。
（2）湿式静电除尘对石膏粉尘和液滴作用
国外因湿式脱硫的吸收塔出口的除雾器设计的要求较高，除雾器出口所携带的液滴浓度只有20mg/Nm3，基本上没有石膏液滴带出。国内已投用吸收塔的除雾器出口雾滴浓度设计最低为50mg/Nm3，但运行时往往还高于设计值，造成吸收塔出口有大量的石膏液滴带出，针对湿式静电除尘器对石膏以及石膏液滴的去除机理，可以作如下分析：
湿式静电除尘工作原理与普通的电除尘相同，对石膏粉尘的去除机理可以适用电除尘的除尘效率计算公式（多依奇公式）
其中S为比集尘面积，ω是粉尘在电场中的理论驱进速度，理论驱进速度是直接反映粉尘在电晕场中运动的难易程度的指标，查阅相关资料得石膏粉尘的理论驱进速度为0.16~0.2m/s，煤粉炉灰的理论驱进速度为0.1~0.14 m/s，当比集尘面积为10m2/(m3/s)条件下，可计算出电场对石膏粉尘的除尘效率为98%，煤灰为96.4%。可看出在相同条件中，石膏粉尘比煤灰更容易被捕获。因此湿式电除尘去除石膏粉尘效率要高于去除煤灰的效率。
在脱硫系统出口石膏是以CaSO4·2H2O的液滴形式存在，经过机械除雾器后，其粒径基本上在20μm以下。目前国内外研究和运行经验表明，二电场串联运行时湿式静电除尘器对液滴的去除效率在80~90%，也就是说如果吸收塔出口石膏液滴浓度在100 mg/Nm3时，湿式静电除尘器后，最多不可能超过20 mg/Nm3（石膏粉尘浓度4mg/Nm3），不会在烟囱出口出现石膏雨现象。
2.4 柔性极板湿式电除尘器
湿式静电除尘器的清灰方式为水力清灰，常用的冲刷方法（即清灰方式）有：自冲刷：就是利用捕集的液滴来湿润集尘极，自动形成水膜；喷雾冲刷：雾化喷嘴采用水或空气或水和空气连续地冲刷集尘极，使雾化液滴和颗粒在集尘极表面形成一层冲刷膜；液膜冲刷：采用连续的液膜冲洗集尘极。冲刷膜的物理特性和分布情况对于湿式电除尘至关重要。对应于上述冲刷方式，阳极材质的选择各不相同，主要分为两大类：柔性极板和刚性极板，前者对应于自冲刷方式，后者对应于喷雾冲刷方式。
目前工业应用的湿式电极一般都是由金属、塑料、玻璃钢等组成，由于表面张力及机加工平面度偏差问题，冲洗水不可能在整个集尘极表面完全均布，冲洗水经过集尘极表面时会趋向于形成“小水珠”，从而会在集尘极上形成“沟流”和干斑点，这样水流冲洗不到的地方导致尘粒的累积，并逐渐形成“枝桠状”灰垢，积灰范围和厚度逐渐增加，不及时拆卸清理，便导致集尘极和放电极失效。
图3 左：平板式阳极的沟流现象，右：柔性极板的毛细水膜现象
为解决上述问题，山东大学开发出专利技术——柔性极板湿式静电除尘器，其阳极采用纤维织物，该技术具有以下特点：
（1）柔性极板为有机合成纤维，低温耐腐蚀性能优异，无需连续的中性冲洗水保护，阳极造价相对较低；阳极布保证使用寿命不低于两个大修期，并可实现单张更换。
（2）柔性极板的毛细现象，使其在运行过程中自然形成“全表面”均匀水膜，不会出现刚性极板常见的“沟流”。
（3）运行过程间歇冲洗，耗水量小。由于运行环境为湿烟气，阳极布“全表面”在无连续冲洗的情况下就能自然形成并保持一层均匀水膜，起到“自冲刷”的水力冲灰效果；正常运行电压稳定在40~50kV；装置内部没有复杂的喷淋管网，运行维护简单，对脱硫系统的水平衡无任何影响。
（4）阳极收集液流量极小，可直接接入脱硫系统，系统简单，没有额外的循环水处理系统，无需额外碱洗设施，辅助设施相对较少，平均水耗近乎为0，碱耗为0，运行维护费用相对较低。
（5）在线连续工作，短路故障率大大降低，运行稳定性好，更安全可靠，对脱硫系统几乎无影响。由于无需连续冲洗，阳极收集液的流量较小，参照常规烟囱冷凝液的做法，直接并入脱硫地沟即可。
（6）内部结构模块化设计，对机组规模适应性强。
（7）布置灵活多样。
柔性极板湿式静电除尘技术，其单元结构形式可以为蜂窝状方孔式，也可以为平板式结构。适用于塔顶整体式布置、塔外顺流式布置和塔外水平式布置，布置方式较为灵活多样。整体式布置即将装置布置于吸收塔顶部，与吸收塔组成整体式结构；顺流式或水平式布置是将装置单独布置于吸收塔出口竖直或水平净烟道处，与吸收塔相互独立。
图4 设备布置形式示意图（左：整体式；中：顺流式；右：错流式）
以火电机组脱硫系统后加装湿式电除尘器为例在佛山市南海京能发电有限公司2×300MW机组的应用增设湿式除尘器后烟气粉尘排浓度控制≤5 mg/Nm3。
3 结论
通过增设湿式除尘器满足了国家《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223-2011)和地方烟气粉尘排浓度≤5mg/Nm3放标准的要求。
参考文献
[1] JB/T 11638-2013湿式电除尘器 机械工业出版社
[2]GB13223-2011, 火电厂大气污染物排放标准[S].
[3]湿式电除尘器 设计说明青岛达能环保公司.
作者简介
李俊杰，男，工程师，主要从事火电厂环保设施工程管理工作。
论文作者:李俊杰
论文发表刊物:《防护工程》2018年第10期
论文发表时间:2018/9/28
标签：粉尘论文; 烟气论文; 石膏论文; 阳极论文; 极板论文; 电除尘器论文; 吸收塔论文; 《防护工程》2018年第10期论文;