湿式电除尘器在煤电超低排放中的应用

2015-05-23朱召平郑晓盼

中国环保产业 2015年11期

朱召平，郑晓盼

（福建龙净环保股份有限公司，福建龙岩 364000）

1 引言

随着我国环境空气污染的现象日益加重，尤其是京津冀、长三角和珠三角等重点区域灰霾天频发，国家出台了包括《大气污染防治行动计划》等一系列严控煤电发展与限煤、控煤政策，希望通过提速煤改气、开发新能源等方式，优化能源转型升级。然而，我国能源、资源现状决定了以煤为主的能源生产结构和消耗结构在短期内难以得到根本调整[1]，仅靠“限煤、控煤”来治理大气污染将对经济运行产生不利影响。因此，必须进行能源技术革命以探索出资源环境与经济协调发展的新道路，实现在保护中发展、发展中保护的战略。而煤炭的清洁燃烧技术必将成为清洁、高效、安全、可持续能源发展的必经之路。

目前，电力行业在环境保护、减排目标与发展需求的三重压力下，面临着空前严峻的生存危机，为探索在巨大环保压力下的生存之道，企业积极采取措施以满足新标准要求，一些电力集团公司还部署了燃煤电厂烟气污染物排放达到燃气轮机组的排放标准的发展战略和科研攻关，力求通过超低排放技术升级改造，实现“烧煤也可以像烧天然气一样清洁”。随后，一些地区如浙江省、广州市、山西省等也纷纷对燃煤电厂提出了“满足燃机排放标准”的建设或改造要求。2014年9月，国家发展改革委、环境保护部和国家能源局联合颁发了《煤电节能减排升级与改造行动计划（2014-2020年）》（发改能源[2014]2093号），彻底将燃煤电厂的超低排放推上了历史舞台。

燃煤机组的超低排放对电厂的环保设备提出了更高的要求，在环保设备企业对烟气治理技术的不断攻关下，目前已发展形成了多条超低排放的环保工艺技术路线，并在燃煤电厂中得到应用和肯定，如浙江嘉华2台1000MW机组、广东恒运2台300MW机组、广东珠海2台700WM机组等。

对国内目前的燃煤电厂超低排放烟气治理技术进行分析可知，在二氧化硫控制技术方面，主要采用石灰石-石膏湿法脱硫技术。具体来说，实现超低排放的脱硫新技术主要有双循环技术、单塔双区技术，托盘塔技术、增加喷淋层等，上述技术都是在常规石灰石-石膏湿法脱硫技术上的改进和创新。在氮氧化物控制技术方面，首先是采用先进的低氮燃烧技术，在不影响锅炉效率与安全的前提下，尽可能低地控制锅炉出口烟气中氮氧化物的浓度，然后采用选择性催化还原SCR烟气脱硝。在传统的SCR脱硝技术基础上，超低排放机组脱硝系统的区别主要在于SCR催化剂的填装层数或催化剂的体积，改造工程多将原有的2+1层催化剂直接更改为3层全部填装，部分电厂采用3+1层SCR催化剂。改造后系统的脱硝效率可以达到85%～90%。

2 烟尘超低排放工艺路线

相较于二氧化硫和氮氧化物超低排放控制技术，烟尘的超低排放控制技术呈现出多元化的选择。目前已投运的国内部分燃煤电厂的烟尘超低排放的工艺路线见表1[2，3]。

从表1可以看出，通过干式除尘及新技术（低低温、旋转电极等）与湿式除尘的不同组合，以及湿法脱硫系统协同除尘，可以得到多种烟尘超低排放工艺路线，总结归纳可得出以下主要的两种烟尘超低排放工艺路线[4]。

2.1 采用电袋复合除尘器和湿法脱硫协同控制技术路线

这种烟尘超低排放工艺路线的技术核心是：在各种烟尘工况下，电袋除尘器通过采用高过滤性能滤料、降低过滤风速、控制滤袋区入口烟尘浓度、适应工况的极配型式等措施，保证电袋复合除尘器的出口排放浓度＜5或10mg/Nm3；同时，湿法脱硫系统采取高效除尘脱硫、除雾技术、改善流场分布、增加喷淋层等措施来确保出口烟尘浓度＜5或10mg/Nm3，从而实现烟尘的超低排放，具体工艺路线图如图1。

图1 烟尘超低排放环保工艺路线图

2.2 采用湿式电除尘器终端控制

该工艺技术的主要设备有高效干式除尘、湿法脱硫、湿式电除尘器，具体工艺图如图2。

图2 烟尘超低排放环保工艺路线图

干式除尘设备可选用低低温电除尘器、电袋复合除尘器、袋除尘器，要求出口烟尘排放浓度≤20mg/Nm3，湿法脱硫对入口烟尘具有一定的除尘效率，同时要控制出口石膏液滴以及液滴的含固量。

湿式电除尘器与干式电除尘器的除尘原理基本相同，都要经历气体电离、粉尘荷电、收集和清灰四个阶段。与干式电除尘器振打清灰不同的是，湿式电除尘器采用自冲刷、喷雾冲刷和液膜冲刷等方式来进行清灰。湿式电除尘器布置在湿法脱硫设备后面，具有不受粉尘比电阻影响，无二次扬尘等技术优势，对PM2.5、SO3酸雾等都有较高的脱除效率。湿式电除尘器的主要功能是进一步实现烟气污染物，包括微细颗粒物（PM2.5粉尘、SO3酸雾等）的洁净化处理，为燃煤烟气多种混合污染物控制的精处理技术装备，并确保出口烟尘浓度＜5或10mg/Nm3，从而实现烟尘的超低排放。

3 湿式电除尘器的类型及推广应用情况

在我国实现烟尘的超低排放的燃煤电厂项目中，湿式电除尘器已得到了广泛应用。目前湿式电除尘器发展迅速，国内湿式电除尘器的合同订单已超过国外投运数量的总和。湿式电除尘器主要作为大气混合污染物控制系统的最终精处理技术装备，用于去除湿法脱硫后的粉尘、石膏浆液雾滴、控制PM2.5的排放及解决烟气排放浊度等问题，可将烟尘排放限值控制在10mg/m3甚至5mg/m3以下。目前，湿式电除尘器根据极板材质和型式的不同，大致可分为金属板式、柔性电极式、导电玻璃钢式三种类型[5，6]。

3.1 金属板式湿式电除尘器

3.1.1 技术原理

金属板式湿式电除尘器是采用导电性能良好、耐腐蚀性好的金属材料做收尘极板，主要工作原理是直接将水雾喷向电极和电晕区，水雾在芒刺电极形成的强大的电场内荷电后进一步雾化，在这里，电场力、荷电水雾的碰撞拦截、吸附凝并，共同对粉尘粒子起捕集作用，最终粉尘粒子在电场力的驱动下到达集尘极而被捕集；与干式电除尘器通过振打将极板上的灰振落至灰斗，不同的是：湿式电除尘器是将水喷至集尘极上形成连续的水膜，采用水清灰，无振打装置，流动水膜将捕获的粉尘冲刷到灰斗中随水排出[7]。

3.1.2 结构、布置形式

1）阳极板采用平行悬挂的金属极板，极板材质为SUS316L、SUS317等不锈钢；2）金属极板表面采用连续喷淋的水膜覆盖和清灰；3）配置喷淋水循环系统，喷淋水经过收集、加碱中和、过滤后，一小部分进入脱硫补水，大部分回到喷淋系统继续循环。

3.1.3 技术特点

1）金属极板，采用板式结构，安装方便，机械强度高，刚性好，不易变形，极间距有保证，电场稳定性好，运行电压比较高（55kV），除尘效率高；2）采用水膜冲洗清灰，水膜分布均匀，清灰效果好，可靠，除尘效率高；3）喷水清灰同时具有脱除SO3、SO2、NH3、汞等重金属污染物的能力，解决了“大白烟”和“石膏雨现象”；4）收集的酸液稀释加碱中和，中和后的水一部分进入脱硫补水，系统对其它设备影响较少；5）本体阻力小于300Pa；6）阳极板具有一定的耐腐蚀性，并且有中性喷淋水膜保护，抗腐蚀性较好；7）耐高温，脱硫系统发生故障时，可以在较高的烟气温度下运行；8）抗电腐蚀；9）有喷淋水循环系统，能够长期保证极板干净，确保设备高效安全运行。

3.1.4 推广应用情况

在国内，金属极板湿式电除尘器也已得到推广应用，目前已有十几台应用业绩，并取得了良好效果。在燃煤电厂湿法脱硫后配置金属极板湿式电除尘器，烟尘排放均实现＜10mg/m3，有的达到燃机标准，实现了超低排放。如山东淄博电厂#6炉 1×330MW机组、山东黄岛发电有限责任公司670MW机组6#炉、浙江舟山电厂二期350MW机组、浙能台州第二发电厂2×1000MW机组、广州恒运热电（D）厂2×330MW机组、广州华润热电有限公司二期2×300MW机组等。

3.2 柔性电极式湿式电除尘器

3.2.1 技术原理

柔性电极式湿式电除尘器的阳极采用非金属材料，电除尘器启动前需要对阳极系统进行预喷淋，将柔性阳极板整体润湿以形成导电阳极；电场内部带电水雾及粉尘在电场力作用下吸附到阳极润湿后的柔性阳极上，吸附在阳极的均匀的水膜可以保证其导电能力；最后吸附在柔性阳极上的浆液在重力及烟气冲刷使柔性电极震动的共同作用下实现自清灰。

3.2.2 结构、布置形式

1）阳极布置成由方形孔道组成的蜂窝形式，烟气沿孔道流过。阳极采用防腐蚀纤维织物材料，通过润湿使其导电，柔性阳极四周配有金属框架和张紧装置，框架材料采用2205、2507不锈钢。阴极采用阴极线，位于每个方形孔道四个阳极面的中间，阴极线材料采用铅锑合金；2）电极无喷淋清灰系统，有酸液导流装置，酸液（每小时1～2吨）带出细灰颗粒，收集沉淀后进入脱硫浆液系统；3）无水循环系统。

3.2.3 技术特点

1）柔性极板，重量轻，设备本体投资费用比较低；2）柔性集尘极耐腐蚀，长时间耐温80℃，短时耐温120℃（20min），满足正常运行的需要，阴极线采用钛合金芒刺线，耐腐蚀，广泛适用于饱和湿烟气环境；3）能高效去除微细颗粒物，同时具有脱除NH3、汞等气相污染物的能力，可解决“大白烟”和“石膏雨现象”；4）设备总体布置比较紧凑；5）本体阻力小于300Pa；6）无水膜冲洗清灰，自形成均匀水膜，利用从烟气中收集的酸液带出灰，无需连续冲洗，废水量少，可直接排入脱硫地坑；7）无碱液等水系统，水耗和能耗都比较低[8]。

3.2.4 推广应用情况

国内有几家供应商采用柔性阳极湿式电除尘器，在燃煤电厂上应用也有多个工程或合同订单，如甘肃玉门油田水电厂六期2×220t/h锅炉、湖南益阳电厂300MW#1机组、江西九江电厂350MW#5机组、天津北塘热电厂2×330MW机组、山东辛店发电有限公司2×300MW机组、河南荥阳电厂600MW#2机组、河南民权发电有限公司2×600MW机组2#炉等。

3.3 导电玻璃钢湿式电除尘器

3.3.1 技术原理

导电玻璃钢湿式电除尘器通常采用特殊导电玻璃钢作阳极板，收尘板结构形式为管式，有圆形、方形、正多边形等，以多边形居多，间断喷水清灰，这种除尘器因为极板为管式结构，故多为立式布置，烟气上下进出。导电玻璃钢具有良好的导电性、强度高、密度小、耐腐蚀性强、阻燃效果好，彻底解决了收尘极采用不锈钢金属材料，需在运行中连续喷入大量碱性水以避免材料腐蚀的技术问题，从而使该湿式电除尘器系统简单，耗水量大幅度减少，运行费用降低；同时解决了收尘极采用柔性涤纶布易造成使用寿命短的技术问题，收尘极使用寿命大于15年。借助烟气携带的雾滴形成极板清洗水膜，运行中采用间断冲洗方式，不需要连续喷淋，采取定期分区冲洗方法保证收尘极板的清洁，耗水量少[9，10]。

3.3.2 结构、布置形式

1）阳极板布置成蜂窝结构，烟气由上往下通过除尘器。阳极板材料为导电玻璃钢，其是以合成树脂为黏合剂、玻璃纤维及其制品作增强材料、碳纤维制品为导电功能材料而制成的高分子含碳复合材料。阴极采用阴极线，位于蜂窝结构孔道中间，阴极线材料采用钛合金；2）阳极系统采用间歇式喷淋系统，每24小时冲洗一次，冲洗5min，冲洗时需要断电，每个供电分区轮流冲洗，冲洗水直接进入脱硫系统。

3.3.3 技术特点

1）玻璃钢，机械强度高，刚性好，不易变形，有利于极间距的保持，电场稳定性较好，运行电压较高，除尘效率高；2）阳极板材料为高分子含碳复合材料，重量较轻，自身具有导电性，无需利用水膜导电，抗腐蚀性较好，使用寿命在15年以上；3）能高效去除微细颗粒物，同时具有脱除NH3、汞等气相污染物的能力，可解决“大白烟”和“石膏雨现象”；4）设备总体布置比较紧凑；5）本体阻力小于300Pa；6）无水膜冲洗清灰，自形成均匀水膜，无需连续冲洗，废水量少，可直接排入脱硫地坑；7）无碱液等水系统，水耗和能耗都比较低；8）采用模块化布置方式，易于安装。

3.3.4 推广应用情况

在国内燃煤电厂上也有多个工程应用或已有合同订单，并取得了良好效果。在燃煤电厂湿法脱硫后配置金属极板湿式电除尘器，烟尘排放均实现＜10mg/m3，实现了超低排放。如山东黄台电厂8号300MW机组、上海石洞口一电厂3号300MW机组及内蒙古蒙西电厂1号300MW机组进行湿式电除尘器改造，还有江苏泰州电厂二期工程2×1000MW机组等。