燃煤电厂湿式电除尘(雾)技术研发与应用

聂孝峰，李强，李东阳，刘源，张超

(西安热工研究院有限公司，陕西西安710032)

燃煤电厂湿式电除尘(雾)技术研发与应用

聂孝峰，李强，李东阳，刘源，张超

(西安热工研究院有限公司，陕西西安710032)

燃煤电厂彩湿式电除尘(雾)器技术可以控制细颗粒物PM2.5对周围环境的污染，实现烟尘超低排放。一种新型湿式电除尘(雾)器在华能秦岭电厂6号炉200MW机组湿法脱硫后设置了工业应用试验装置，进行了不同结构形式对比，结果发现，立式非金属收尘极的效果优于卧式金属收尘极。湿式电除尘(雾)器技术能使燃煤电厂烟尘排放浓度降至10mg/m3以下。与国外同类技术相比，该技术具有布置方式灵活、性能指标先进、运行成本低等特点，目前已完成多台300MW、680MW机组湿式电除尘(雾)器工程应用。

湿式电除尘(雾)器;细颗粒物PM2.5;技术研发;性能试验;工程应用

燃煤电厂排放的细颗粒物PM2.5会污染环境，同时引发雾霾天气。因此，控制燃煤电厂烟尘排放量，特别是细颗粒物PM2.5排放量具有一定的现实意义。大量机组已经对脱硫前除尘设备进行了提效改造，烟尘减排效果明显，石灰石－石膏湿法脱硫系统会对烟尘排放造成一定影响。对我国大多数燃煤电厂而言，控制脱硫后烟尘及细颗粒物排放是关键［1］，湿式电除尘技术可以解决这一问题［2－3］。在国内条件适宜的机组上应用湿式电除尘技术，可避免对原除尘器大范围改造，降低设备改造投资和实现节能降耗，减少运行维护费用，并满足排放标准要求，甚至实现超低排放［4－5］。

1 国内外湿式电除尘(雾)技术现状

湿式电除尘(雾)器在20世纪九十年代国外燃煤电厂中开始应用，主要包括水平卧式和竖直立式两种。其技术特点是收尘极采用316L不锈钢材质，运行时连续喷入碱性水，调整烟气的pH值，延长不锈钢收尘极使用寿命。除尘器水系统复杂，运行水耗量较大，运行和维护费用较高。

国内湿式电除尘器主要技术路线为金属收尘极和非金属收尘极。金属收尘极为卧式布置，收尘极多采用不锈钢316L材质，与国外技术类似;非金属收尘极又分为柔性和刚性，均为立式布置。

2 湿式电除尘(雾)器工业应用试验研究

2012年，西安热工研究院在华能秦岭电厂6号炉200MW机组湿法脱硫系统后建立了湿式电除尘(雾)器工业应用试验装置，完成了不同结构型式对比工业应用试验研究。

2.1 试验系统

秦岭电厂6号炉烟囱前设置湿式电除尘器，将部分脱硫净烟气引入到湿式电除尘(雾)器试验系统中，烟气经湿式电除尘(雾)器净化后由引风机、排气烟囱直接排放到大气环境中。试验系统第一电场为水平卧式布置，收尘极板、放电极均采用金属材料;第二电场为竖直立式布置结构型式，收尘极采用自主研发的非金属耐腐蚀树脂基导电复合材质，阴极系统采用金属材质。湿式电除尘(雾)器试验装置设计参数见表1。

表1 湿式电除尘(雾)器试验装置设计参数

2.2 试验内容

通过工业应用试验装置研究湿式电除尘(雾)器对总烟尘、细颗粒物PM2.5、石膏雨、SO3、重金属汞等多种污染物的去除效果;对比研究卧式、立式湿式电除尘(雾)器的性能指标;优化选型设计参数和运行控制参数。主要研究内容:(1)卧式电场与立式电场分别单独投运，对比不同工况下(烟气量、收尘面积、电场风速、入口烟尘浓度)的热态性能指标;(2)对比不同工况下PM10、PM2.5去除效果;(3)测试进、出口烟气量、温度、湿度、总烟尘浓度、PM10、PM2.5浓度，以及本体阻力、漏风率、冷热态电场伏安特性、清洗特性等。

3 试验研究结果

湿式电除尘(雾)器投运能显著降低烟尘排放，同时对烟气中的石膏、水雾等具有明显的去除效果，对不同影响因素进行对比试验研究。

试验入口烟尘浓度80mg/m3，一个电场投运，立式与卧式布置均能实现烟尘排放≤20mg/m3，满足运行要求。根据入口烟尘浓度选取适当的电场风速。风速过高，运行电压会降低，并且电场闪络频繁，影响除尘效率与烟尘排放浓度。通过优化湿式电除尘(雾)器设计参数，能够实现出口烟尘排放浓度≤10mg/m3。工业应用试验设备连续运行半年稳定可靠，已具备工业应用条件。

3.1 烟气流速与烟尘排放浓度关系

通过调整入口烟气挡板和引风机挡板调节系统烟气量，得到湿式电除尘(雾)器在不同电场风速下的烟尘排放浓度(见图1)。从图1可以看出，在不同烟气流速下立式布置的除尘效果要优于卧式布置的。水平卧式布置入口烟尘浓度76.61mg/m3，竖直立式布置入口烟尘浓度78.65mg/m3。

图1 立式与卧式布置在不同烟气流速下烟尘排放对比

3.2 收尘面积与烟尘排放浓度关系

收尘面积与烟尘排放浓度关系如图2所示。通过试验研究得到湿式电除尘(雾)器的比集尘面积有一个临界值，比集尘面积超过20m2/(m3/s)后增加收尘面积对降低出口烟尘浓度的影响并不显著。相同收尘面积时，立式布置的除尘效果效果要优于卧式布置的。

图2 立式布置与卧式布置在不同收尘面积下的排放对比

3.3 入口浓度与烟尘排放

电厂煤质较差时，脱硫前除尘器效果不佳，脱硫出口烟尘排放浓度大于100mg/m3;煤质较好时，脱硫系统出口烟尘排放50mg/m3左右。选取不同入口烟尘浓度的工况进行试验研究，统计结果如图3所示。图中所示曲线1～4为水平卧式布置，入口烟尘浓度分别为65.42、76.61、90.15和118.0mg/m3;曲线5、6为竖直立式布置，入口烟尘浓度分别为55.05、78.65mg/m3。从图中可以看出，立式布置的除尘效果效果要优于卧式布置的。

图3 不同入口烟尘浓度下立式与卧式排放对比

3.4 立式布置对PM10、PM2.5去除效果

应用荷电低压冲击器(ELPI)稀释采样系统测试湿式电除尘(雾)器对PM10和PM2.5的去除效果，结果如表2所示。测试工况为一个电场立式布置，电场最大功率投运，入口PM10浓度为44.71 mg/m3，入口PM2.5浓度为4.15 mg/m3。

4 工程应用

该湿式电除尘(雾)器技术已在十多台300MW机组和680MW机组示范工程中应用。收尘极采用非金属耐腐蚀树脂基导电复合材料立式布置。结合机组脱硫改造、场地条件、停炉工期、烟尘排放控制水平等情况完成具体布置方案设计。高压电源应用恒流源，有效解决电场闪络和电火花腐蚀收尘极问题，提高运行稳定性，保证收尘极使用寿命。

300MW机组湿式电除尘器已运行近一年，系统稳定可靠。多次现场测试出口烟尘排放均达到设计值，小于10mg/m3甚至小于5mg/m3，设备运行阻力≤350Pa，每天清洗耗水量10m3，运行电耗260kW，占厂用电率为0.07%。

680MW机组湿式电除尘器投运两个月并通过环保部门评审验收，出口烟尘排放小于4.2mg/m3，每天清洗耗水量16m3，设备运行阻力≤250Pa，运行电耗440kW，占厂用电率0.06%。

5 结语

(1)湿式电除尘(雾)器工业试验装置说明，收尘极采用非金属耐腐蚀复合材料性，可使燃煤电厂烟尘排放达到燃气机组的排放标准。运行稳定可靠，无水循环系统，运行维护费用低。

(2)湿式电除尘(雾)器技术选型设计参数与干式电除尘器有较大区别。比集尘面积有一个合理值，超过20m2/(m3/s)后，增加收尘面积对降低出口烟尘排放的效果并不显著;要实现出口烟尘排放小于5mg/m3，入口烟尘浓度不宜大于40mg/m3;对应不同的入口烟尘浓度和出口烟尘排放值，电场流速的选择差异较大。

(3)立式湿式电除尘(雾)器除尘效果优于卧式湿式电除尘(雾)器，系统运行维护费用更低。湿式电除尘器处理湿烟气，电场易击穿放电，应用恒流源能够有效控制电场放电闪络，解决电场击穿腐蚀收尘极问题，保证使用寿命，实现较好的除尘效果。

［1］薛建明，纵宁生.湿法电除尘器的特性及其发展方向［J］.电力环境保护，1997，13(3):40－44.

［2］Altman R，Offen G.Wet electrostatic precipitation demonstrating promise for fineParticulate control(PartⅠ)［J］.Power Engineering，2001(1):37－39.

［3］Altman R，Buckley W.Wet electrostatic precipitation demonstrating promise for fine Particulate control(PartⅡ)［J］.Power Engineering，2001(1):42－44.

［4］田贺忠.利用湿式电除尘(雾)器脱除汞［J］.国际电力，2005，9 (6):62－64.

［5］田牛.湿式电除尘(雾)器在电站燃煤锅炉上的应用［J］.建筑热能通风空调，1995(2):49－53.

Wet Electrostatic Precipitator research and application in coal－fired power plant

Wet Electrostatic Precipitator(WESP)is widely used in coal－fired power plant in PM2.5pollution control.A new type WESP device was installed on No.6 boiler in Huaneng Qinling power plant to measure theParticle－removal efficiency.The results showed that the vertical non－metallic anode module has a better performance than the horizontal metallic anode module.Once the new WESP was installed，the particle emission would be 10mg/m3or lower.The WESP has flexibility and cost advantages compared with similar foreign technologies.Several WESP projects for 680MW and 300MW coal－fired power unit have been finished.

WESP;fine particulate matter;technology research;performance test;engineering application

X701.2

B

1674－8069(2015)04－028－03

2015-02-17;

2015-05-28

聂孝峰(1960-)，男，陕西咸阳人，研究员，从事燃煤电厂烟尘污染控制技术研究与工程应用。E－mail:niexiaofeng@ tpri.com.cn

西安热工研究院有限公司科研项目(TD－12－TYK01);中国华能集团公司科技项目(HNKJ13－H01－05)