湿式电除尘技术及其在电厂的应用前景探讨

朱铭 杨维 陈遐龄 蔡江峰 肖爱萍

（中国联合工程公司 浙江杭州 310052）

湿式电除尘器（WESP）作为高效除尘的终端精处理设备，拥有较为理想的对烟气中酸雾、气溶胶、汞和各种微细的、粘性的或高比电阻粉尘的收集能力，而且这种高效的控制复合污染物的能力还处在被国内外的专家的不断发掘中。实践证明，采用这一设备的国内外电厂都在控制污染方面取得了巨大的成效。目前，大部分国内燃煤电厂都在使用湿式烟气脱硫系统也为WESP的广泛使用创造了条件。所以研究湿式电除尘技术是一个具有实用价值的投资，有很大的必要性。

1 WESP的原理和分类

1.1 WESP的工作原理

湿式电除尘器与干式电除尘器工作原理相同，都是向电场空间输送直流负高压，通过空间气体电离，烟气中粉尘颗粒和雾滴颗粒荷电后在电场力的作用下，移动到收尘极板（集电极），从而被收集在收尘极表面。干式电除尘器利用振打清灰方式将收集到的粉尘震落到灰斗中，而湿式电除尘器则是通过收集烟气中的雾滴颗粒，在收尘极表面形成溢流而将粉尘冲洗到水灰斗中。

他们的不同点在于烟气的差异，干式电除尘器烟气为烟气温度较高的干烟气，烟气中基本不含雾滴。而湿式电除尘器为烟气温度较低的湿饱和烟气，其中含有大量的雾滴。

1.2 WESP的分类

WESP在结构上有两种分类：管式和板式。管式WESP的集尘极为多根并列的金属管，放电极均匀分布在不同极板之间，管状湿式静电除尘器只能用于处理上下垂直流动的烟气。板式WESP的集尘极呈平板状，极板间均匀布置电晕线，板式WESP可用于处理水平或垂直流动的烟气。

对比这两种结构，管式WESP更有优势，在相同的除尘效率下，管式除尘器内的烟气流速可以为板式除尘器的两倍，因此在达到相同除尘效率时，管式除尘器的占地面积要小于板式除尘器。

2 WESP的布置形式和考虑因素

2.1 WESP的布置形式

WESP有多种布置形式，但部分形式已不适合现代工厂的使用。经实践证明，被大多数燃煤电厂采用的主要有三种布置形式。

2.1.1 垂直烟气流独立布置。

垂直烟气流独立布置由于其便于安装和维修，因此被大多数工厂采用。采用这种形式的系统大多采取模块形式供货，之后在现场用多种方式连接。但需要提供专门的布置空间才能广泛使用。

2.1.2 水平烟气流独立布置

水平烟气流独立布置与干式电除尘器布置相似，在电厂中也被经常使用。与垂直烟气流独立布置的相同点是需要为其提供专门的空间，但不同的是需要进行模式化的设计，这会为设计带来一定难度。

2.1.3 垂直烟气流与WFGD系统整体式布置

这是使用成本最低，占地面积最小的一种布置形式。这种方式采用最经典的垂直布置方式，使用顶置WESP的方式，减少了内部连接等结构，简化了系统的运行方式，因而应用广泛。

2.2 考虑因素

以上三种布置形式在设计合理的情况下，都可以在发电厂中投入使用。但如果随意选择，必定会影响除尘效率，增加成本，因此在实际选择时，需要考虑以下因素。

2.2.1 WESP在垂直气流的应用中已经很成功，并有着很好的应用，但在水平气流中，还需要更多的研究。

2.2.2 湿式电除尘技术需要从整体来考虑，由于这种设计没有可靠的刚性电极和活动内件，所以要正确选择结构材料。

2.2.3 整体布置WESP具有很大优势：可以降低烟囱内衬的费用、简化运行、减少维护工作量、大大优化酸处理系统等。

2.2.4 由于整体式的WESP处于脱硫塔的上部，因此不便检修维护；而独立式的WESP在检修维护过程中相对便捷。

2.2.5 现场改造项目的改造成本不应只考虑设备的安装费用，还要考虑到其他因素，如场地限制和停机的次数等。

3 WESP的结构材料

WESP一般在低于冲刷液的绝热饱和温度下运行，因此各部分选用合理的材料才能保证WESP的可靠运行。壳体通常采用普通钢制作，虽然它是最安全的，但其内表面还要涂有玻璃鳞片等薄层防腐材料，以防止腐蚀。在安装时，其连接处也需要保证壳体内表面的抗腐蚀性。除尘部分需要较强的抗腐蚀能力，可以选用任意可导性材料。金属极板湿式电除尘的极板材料主要采用316L不锈钢，根据电厂运行经验，316L抗腐蚀能力较差。一般在冲洗水中加入氢氧化钠来调整pH值，用以中和烟气中酸雾凝结形成的酸液，避免对极板造成腐蚀，使金属极板表面形成稳定的水膜。同时连接点的易腐蚀性也需降至最低，否则一旦发生故障，则会产生电火花等使电场混乱的现象，引起除尘能力下降。

4 WESP的发展现状

WESP作为一种新的除尘设备，拥有一百多年的历史。早在1907年，乔治·科特雷尔第一个发明了WESP，并应用于制酸、冶金等工业生产中，至今在工业领域的应用已相当成熟，但其在电力行业应用相对较晚。随着现代环保工业的发展，美国、日本等世界发达国家，为解决本国的电厂污染问题，根据本国污染治理发展的要求，在燃煤电厂中开始使用湿式电除尘器，对于湿式电除尘器的研究较为先进。

美国AESDeepwater电厂在1986年对其155MW的燃煤发电机组的使用，是燃煤火电厂对WESP最早的应用。2002年美国N&B电力公司对其1050MW的发电机组进行改造，加装WESP，这是湿法脱硫后最大机组的应用。

目前日本已有32台电厂发电机组应用WESP，其中最为典型的是碧南电厂700MW机组对湿式电除尘器的应用，排放浓度长期稳定在5mg/Nm3以下，能高效去除烟气中的微细烟尘和石膏雨微液滴。

我国由于改革开放才40年左右，工业较为落后，因此在湿式电除尘技术方面的研究工作起步晚，发展。但由于目前正大力推广使用，已有益阳电厂、贵州都电厂等10多个电厂的湿式电除尘器投入运行。

5 WESP的发展前景

通过国内外不同燃煤电厂的实践表明,湿式电除尘器可以有效去除烟气中的粉尘、酸雾、汞等重金属离子、PM2.5等有害大气污染物,是治理大气粉尘污染的最理想的终端精处理技术装备，污染环境的改善有极大的帮助。随着我国的粉尘及复合污染物排放控制法规的出台，加上广大科研和工程技术人员对湿式电除尘器的深入研究，WESP必将在燃煤电厂得到越来越多的应用。

5.1 大气污染物的重点仍然是固体颗粒物，随着环保力度的加大，我国处理这些颗粒物的重点仍然是PM2.5。当前应用普遍的干式电除尘器效率低下的劣势使得湿式电除尘技术的大力研发势在必行。

5.2 当前燃煤电厂正逐步使用SCR脱硝和湿法脱硫，在这种情况下，WESP将会得到更多应用。其高效吸收微细颗粒和酸雾的能力正是电厂所需要的。实验证明，配置有WESP和WFGD的电厂可吸收80%以上的颗粒物、85%以上的三氧化硫，使烟气浑浊度降低到10%以下。

5.3 湿式除尘器的使用，也可以解决环保设备更新上的一些问题，采用垂直烟气流与WFGD系统整体式布置的装置，使用WESP代替传统的除雾器，就不需要安装GGH来防止烟囱腐蚀，同时对石膏雨也可以有效解决。

6 结语

改革开放以来，社会经济发展水平不断加快，人们对于生活质量的要求也随之提高。工业迅速发展，给人们带来了高质量的生活水平的同时，也加剧了环境污染，尤其是大气污染。燃煤电厂和工业锅炉产生的污染物是大气污染的污染源之一。随着用电量的增长，电力需求与日俱增，但也会带来更为严重的环境污染。

为了解决这一问题，我国制定了《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223-2011），这一标准规定了在各种环境条件下燃煤电厂粉尘排放限值，这对于控制大气污染物排放、保护生态环境和推动工业技术的进步发挥了重要作用。电除尘器的高除尘效率、较大的适应范围、较低的运行费用和较高的可靠性等优点，被广泛应用于工业领域的各类烟气处理。但是单纯的干式电除尘器已经较难满足标准中的要求，因此需要寻求适合我国国情的高效除尘设备。

我国的污染问题逐年加剧，大气污染首当其冲。在环保问题日益受到关注的今天，WESP的使用具有重要意义，只有充分研究，理论联系实际，才能使WESP得到更为有效的应用。