燃煤电厂湿式电除尘器应用情况介绍及建议

2014-03-10华建平

中国环保产业 2014年9期

关键词：势垒电除尘器湿式

华建平

（上海电力股份有限公司，上海 200010）

燃煤电厂湿式电除尘器应用情况介绍及建议

华建平

（上海电力股份有限公司，上海 200010）

为使燃煤电厂大气污染物烟尘排放浓度达到燃机标准（≤5mg/Nm3）以及满足国家科技支撑计划项目申报条件（≤4.5mg/Nm3），在湿法脱硫（FGD）后加装湿式电除尘器（WESP）的设计技术路线已被国内电厂采用。在燃煤电厂已投入运行的湿式电除尘器中，实际除尘效率低于设计和测试效率的情况较为普遍，其主要原因是设计工况和实际工况发生偏差以及制作安装质量问题。文章分析运行问题产生的原因，以期对湿式电除尘器的设计、制造、安装及运行提供借鉴。

湿式电除尘器；应用分析；建议

继《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223-2011）正式颁布后，广州、江苏、山东、浙江等地方政府部门相继提出燃煤电厂污染物超低排放要求，燃煤电厂大气污染物排放浓度为：氮氧化物50mg/Nm3以下、二氧化硫35mg/Nm3以下、烟尘5mg/Nm3以下。

依据国家科技支撑计划项目申请条件，燃煤电厂大气污染物的排放浓度为：氮氧化物30mg/Nm3以下、二氧化硫20mg/Nm3以下、烟尘4.5mg/Nm3以下。

采用湿法脱硫后加装湿式静电除尘器作为精处理单元，可在湿式电除尘器入口烟尘浓度为20m g/Nm3的条件下，达到出口烟尘排放浓度≤5m g/Nm3的要求，同时对石膏粉尘、三氧化硫、汞等重金属有脱除作用，是燃煤电厂多污染物协同治理的理想技术选项[1]。

1 湿式电除尘器的原理及主要技术特点

1.1 湿式电除尘器工作原理

如图1所示，湿式电除尘器系统由电除尘器本体、循环水系统及电控三大部分组成。

湿式电除尘器的工作过程与干式电除尘器相同，运行时均包括颗粒荷电、收集和清灰三个阶段，只是湿式静电除尘脱除的对象有粉尘和雾滴，由于雾滴与粉尘的物理特性存在差别，其工作原理也有所差异；另外，湿式电除尘器阴阳极的清灰采用的是水冲洗方式（如图2），与干式电除尘器相比较，不存在传统机械振打造成的二次粉尘飞扬污染问题。

图1 湿式电除尘器系统图

图2 湿式电除尘器（板式）极板及冲洗示意图

从原理上来讲，首先，由于水滴的存在会对电极放电产生影响，要形成发射离子，金属电极中的自由电子必须获得足够的能量，才能克服电离能而越过表面势垒成为发射电子。让电极表面带水是降低表面势垒的一种有效措施。水滴覆盖金属表面后，将原来的“金属-空气”界面分割成“金属-水”界面和“水-空气”界面，后两种界面的势垒比前一种界面的势垒低很多。这样，金属表面带水后，原来的高势垒分解为两种低势垒，大大削弱了表面势垒对自由电子的阻碍作用，使电子易于发射。另外，水中的多种杂质离子在电场作用下，也易越过表面势垒而成为发射离子。这些都改变了电极放电效果，使之能在低电压下发生电晕放电。其次，由于水滴的存在，水的电阻相对较小，水滴与粉尘结合后，使得高比电阻的粉尘比电阻下降，因此湿式静电除尘的工作状态会更加稳定；另外，由于湿式静电除尘器采用水流冲洗，没有振打装置，所以不会产生二次扬尘[2]。

所有的喷淋水在湿式静电除尘器下部的灰斗收集后，自流至循环水箱用于喷淋或进入FGD浆液。灰斗收集的喷淋水中不仅含有灰尘，还溶解了烟气中的三氧化硫和从FGD携带的水滴，因此pH值呈酸性。为降低该水的腐蚀性，需加入NaOH以提高pH值。NaOH的加入量要根据循环水箱中的pH值调节。

1.2 湿式电除尘器结构形式

如图3所示，湿式电除尘器从结构上可分为两种基本型式，即管式和板式。其中管式湿式电除尘器更适用于垂直方向的烟气流（上升流或下降流），而板式湿式电除尘器的设计既可以采用水平烟气流也可以采用垂直烟气流。两种湿式电除尘器的特点比较见表1。

图3 湿式电除尘器结构

表1 板式、管式湿式电除尘器优劣比较

1.3 湿式电除尘器布置形式

在工业和燃煤电厂应用较多的湿式电除尘器有以下三种设计形式[3]：

（1）垂直烟气流独立设计

板式和管式均可适用于此布置方式，烟气可以自上而下顺流布置，也可逆向布置。需要提供专门的布置空间（如图4）。

（2）水平烟气流独立设计

图4 垂直烟气流式湿式电除尘器

板式适用于此种布置方式，烟气是水平进出的交叉流布置，这种形式已成功应用于国外部分电厂或类似的工业领域[4]。这种布置方法只能像常规电除尘器一样，需要专门的空间（如图1所示的湿式电除尘器系统图）。

（3）垂直烟气流与WFGD整体式设计

这种方式采用经典的垂直布置方式，这也是近些年来WESP的常用的布置方式[4]，但烟气只能自下而上逆流布置，流场较为复杂。占地面积及建造成本较小，适用于在役机组的技术改造（如图5）。

图5 垂直烟气流与WFGD整体式湿式电除尘器

2 国内不同型式湿式电除尘的特点比较（见表2）

3 湿式电除尘器运行中的主要故障及原因

目前，国内的湿式电除尘器制造商大多数采用引进国外技术或借鉴国外先进技术 + 自主再创新模式，在初期消化吸收国外技术时，对设计条件、设备和部件的制作安装存在认知上的不足。同时，从产品研发、实验装置试生产（烟气量小于10万Nm3/h），到1000MW燃煤机组（烟气量约320万Nm3/h）上的应用仅仅用了2～3年的时间，因此，湿式电除尘器在运行中出现故障是难以避免的，需要较长的时间来实现改进和完善。

3.1 部件故障

（1）阴极线腐蚀和断裂，引起电场短路

主要原因：1）阴极线两端固定采用焊接，焊接点腐蚀断裂；2）阴极线两端弹性螺栓连接，阴极框组受风振动使螺母脱落；3）阴极线安装过紧，阴极框组受风振动时造成部分阴极线拉断；4）冲洗水或水膜不能均匀覆盖其表面或采用间断冲水，使电极316L处于干湿交变的环境中，易腐蚀。

（2）阳极故障

主要原因：1）柔性板易受风晃动，在间断冲水条件下，单侧级距减小会造成局部放电，损坏柔性板；2）管式阳极常用于间断冲水方式，易受污染积灰，造成电场故障；3）阴极线不易在管式阳极长度范围内固定，且易摆动引起非金属电极烧损。

3.2 水膜形成较差

主要原因：1）连续冲水时，极板进水结构不合理以及极板垂直度偏差造成偏流和干区；2）间断冲水时，除上条原因外，进入除尘器的气体未达到过饱和状态，水膜状态和除尘效果均会不理想；3）阳极材质及表面微结构不利于水流均布；4）流场波动或偏流严重，造成阳极振动或局部高流速破坏水膜。

3.3 运行电压低于设计值

主要原因：1）由于现场的实际流场和设备、安装等综合因素，投入使用的推荐运行电压会比设计运行电压有所降低，这是目前难以避免的问题；2）实际流场与设计流场的偏差是重要原因，其会造成电极组距振动偏差，造成局部电场处理量超过设计流量和浓度；3）部件安装质量不达标，主要是大尺寸构件的组装和安装尺寸，尤其是在运行中的保持能力；4）高压电气组件存在密封、加热等问题。

3.4 除尘效率低于设计值

主要原因：1）除上述低于设计电压运行会降低除尘效率外，流场模拟与实际偏差较大也是重要原因，其中近壳区域的烟气短路会造成效率下降较大；2）间断冲水模式下，进入除尘器的气体存在不饱和及水膜破坏现象，也会造成效率下降[5]。