湿式电除尘器是烟气粉尘“近零排放”的保障

2015-03-23徐志海仇云霞倪新华

江苏建材 2015年2期

徐志海，仇云霞，倪新华

（江苏科行环保科技有限公司，江苏盐城 224051）

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据国家统计局统计：2013 年全国煤炭消费量为36.2 亿t，其中燃煤电厂占49%，工业窑炉和工业锅炉占14%。燃煤电厂及工业锅炉是煤炭消费的主体，占全国煤炭消耗的一半以上。煤烟型污染已成为我国NOX、SO2以及粉尘产生的第一大污染源，控制燃煤电厂及工业锅炉烟气污染的排放将是国家烟气减排的关键。

1 当前燃煤电厂烟气排放存在的“四大”问题

随着SCR 脱硝、湿法脱硫以及高效除尘器的应用，全国火电厂烟囱的烟气排放已得到很好控制，NOX、SO2和粉尘的排放浓度可以控制在较低标准。但从目前运行情况看，仍存在以下四点不足：

（1）烟囱出口“石膏雨”严重

由于除雾器选型设计不合理、除雾器堵塞、除雾器坍塌等原因导致除雾效率差，或者由于吸收塔设计流速过高、喷嘴雾化效果不好等原因造成烟气中的水雾和液滴被带出吸收塔，从而使烟囱附近出现“石膏雨”现象，严重时地面上可显见一层石膏粉。

（2）烟囱出口“蓝色和黄色烟羽”现象突出

燃煤电厂锅炉在燃烧过程中产生SO2和SO3，当烟气温度在480 ℃时，在特定气体成分条件下SO2氧化成SO3的氧化率可达到15%。烟气在经过SCR 脱硝系统时，催化剂会催化氧化烟气中的SO3，增加SO3浓度，并在脱硫塔内与水汽结合形成H2SO4蒸汽，最终以气溶胶形式通过烟囱排入大气，与空气接触后产生大量PM2.5 颗粒，从而形成蓝色或黄色烟羽。

（3）汞金属不能有效脱除

煤在锅炉燃烧过程中会产生约0.15 mg/kg·煤的汞，一部分汞通过吸附、凝聚等作用进入锅炉底灰被排出，而绝大部分随烟气排出。随烟气排出的汞以零价汞（Hgg0）和二价汞（Hgg2+）的气相汞为主，约占烟气中总汞含量的80%以上，以气溶胶颗粒物的形式存在于大气中。气相汞在低温下极易溶于水，因此湿法脱硫对脱汞具有较高的脱除效率。但由于湿法脱硫出口带出的水雾和浆液较多，汞也随之带出，并在空气中再次形成气态汞。

（4）湿法脱硫出口烟道及烟囱腐蚀严重

采用湿法脱硫工艺，其后续烟道及烟囱均须进行玻璃鳞片树脂、合金板等防腐处理，其防腐成本较高，而且后期还须定期修补、更换。其主要原因是湿法脱硫出口烟气中含有较多的水雾、液滴和腐蚀性气性。

2 当前烟气治理技术对“四大”问题解决的现状

目前，国家关于燃煤电厂烟气治理主要是控制NOX、SO2和粉尘的排放。其中NOX的脱除技术主要有SCR、SNCR、SCR 与SNCR 复合这三种技术，SO2的脱除技术主要有干法和湿法技术，除尘的脱除技术主要有常规干式电除尘、低低温电除尘、移动极板电除尘、袋除尘和电袋复合除尘等。以上技术对所属领域的排放控制均有很好的效果，但无法解决目前燃煤锅炉烟气排放存在的“四大”问题，具体分析如下：

（1）脱硝设备产生部分问题

SCR、SNCR 和复合脱硝，在脱硝反应过程中反而会催生SO3，导致PM2.5 微细颗粒物的产生以及蓝色和黄色烟羽的形成；多余的气态NH3会生成（NH4）2SO4气溶胶，与空气接触结晶生成PM2.5 微细颗粒物；而催化剂中含有一定含量的重金属，也会增加后续烟气中重金属的含量。

干法脱硫的脱硫效率不高，不能满足脱硫“近零排放”的要求，目前应用较少，尤其在大型燃煤机组基本不被采用。干法脱硫虽然不产生水雾、“石膏雨”、烟道腐蚀等问题，但也不能将烟气中原有的SO3、气溶胶、PM2.5 微细颗粒物、汞金属有效脱除。湿法脱硫在运行过程中产生了水雾、“石膏雨”、H2SO4气溶胶，导致烟道和烟囱的腐蚀。虽然有一定的除尘作用，但对烟气中PM2.5 的捕集能力弱。

（2）当前除尘设备无法解决烟气排放等问题

当前除尘技术种类较多，有常规电除尘、低低温电除尘、移动极板电除尘、袋除尘和电袋复合除尘等。但这些除尘设备均设置在湿法脱硫的前端，仅能对脱硫前端烟气中的粉尘起到脱除作用，不能解决后端湿法脱硫产生的几类问题。由于除尘器自身结构不同，导致除尘效率、出口粉尘排放浓度和PM2.5 的捕集率均有差异，如表1 所示。

表1 各类除尘器出口粉尘排放浓度、PM2.5 捕集率先进水平对比表

根据表1 可以看出，当前除尘器出口粉尘排放先进水平仅为≤15 mg/Nm3。虽然可以达到国家当前粉尘排放标准，但距离已经部分实施的≤5 mg/Nm3的“近零排放”要求相差甚远。除尘器的PM2.5 捕集率最高可达80%，但仅是局限在湿法脱硫的前端，对于湿法脱硫产生的气溶胶等PM2.5 微细颗粒物无法捕集。

采用低低温电除尘器，可以有效捕集烟气中的SO3，减少后端气溶胶的含量，但须增加低低温省煤器，系统阻力将增加600 Pa，且不能解决后端水雾、液端，以及烟道和烟囱腐蚀问题。

此外，目前除尘设备具有一个共同不足就是均不能有效脱除烟气中的汞金属。

3 湿式电除尘器的工作原理

湿式电除尘器与干式电除尘器工作机理相同，都是利用电场力的作用，将烟气中的粉尘和液滴收集到阳极板和阴极线的表面。不同之处是湿式电除尘器不采用机械振打清灰方式，而是在其工作过程中对阴阳极表面进行水喷淋，使阴阳极表面形成水膜，阴阳极表面捕集的粉尘和液滴随水膜顺其表面向下流入灰斗，并最终排出，而净化的气体通过烟囱排入大气。

4 湿式电除尘器的优点

4.1 出口粉尘可“近零排放”

湿式电除尘器进口烟气温度正常为50 ℃左右，与前端干式电除尘器进口烟气温度130 ℃左右相比，烟气中粉尘比电阻大大下降；湿式电除尘器进口烟气含湿量约为8%，水滴浓度约为75 mg/Nm3，含湿量的增加可以提高烟气的导电性能，从而可以大幅提高除尘效率。另外，湿式电除尘器通过水喷淋清灰，无机械振打导致二次扬尘的缺陷。低温、高湿的烟气性质，以及无二次扬尘的优点为湿式电除尘器粉尘的“近零排放”提供了保障，可以满足≤5 mg/Nm3的粉尘排放浓度。