WESP在燃煤电厂粉尘“近零排放”工程中的应用

詹立勇，陈招妹，赵金达，李春

(浙江菲达环保科技股份有限公司，浙江诸暨311800)

WESP在燃煤电厂粉尘“近零排放”工程中的应用

詹立勇，陈招妹，赵金达，李春

(浙江菲达环保科技股份有限公司，浙江诸暨311800)

介绍了湿式电除尘器的工作原理以及技术特点，并对目前国内大型燃煤电厂实现出口粉尘1mg/m3以下“近零排放”的技术路线进行了分析:可采用低低温电除尘器改造、湿法脱硫协同除尘改造以及湿式电除尘器改造的技术路线;此外，重点介绍了湿式电除尘器在国内600MW机组燃煤电厂“近零排放”改造工程中的应用。

湿式电除尘器;近零排放;燃煤电厂

0 引言

中国是一个燃煤大国，具有“多煤、少油、贫气”的资源特点，燃煤发电机组一直占有主导地位，因此，发展高效节能、“超低排放”的燃煤发电技术，对于经济和环境协调可持续发展具有重要的意义。近年来，国家相应出台了多项政策法规，明文规定了燃煤电厂的最新排放标准，其中《火电厂大气污染物排放标准》(GB 13223－2011)进一步降低了燃煤电厂大气污染物的排放限值，对重点控制地区，要求烟尘排放限值20mg/m3。此外，由于环境容量有限等原因，江苏省、浙江省、山西省、广州市等地已出台相关政策，要求燃煤电厂参考燃气轮机组污染物排放标准限值，即在基准氧含量6%条件下，烟尘、SO2、NOx排放浓度分别不高于5mg/m3、35mg/m3、50mg/m3［1－2］，至此，中国的燃煤电厂已经进入“超低排放”时代。

目前，国内燃煤电厂“超低排放”改造工作已经全面展开，且个别省份已基本完成了改造工作。随着改造工作的不断深入，部分燃煤电厂旨在寻求粉尘1mg/m3以下“近零排放”的目标，如浙江国华浙能发电有限公司4号炉660MW机组经过湿式电除尘器(以下简称WESP)改造后，出口粉尘排放浓度0.575mg/m3，是国内首台600MW以上机组实现出口粉尘1mg/m3以下“近零排放”的投运机组。本文重点介绍了WESP技术在国华宁海电厂4机组中的应用，以期为大型燃煤电厂实现“近零排放”目标提供有力借鉴。

1 WESP工作原理及技术特点

1.1 WESP对微细粉尘的去除原理

WESP是一种用来处理含湿气体的高压静电除尘设备，在燃煤电厂中通常布置在脱硫设备后，其工作原理和干式电除尘器基本相同，都要经历电离、荷电、收集和清灰四个阶段，烟气通过进口封头后进入电场，在高压电的作用下气体电离粉尘被荷电，荷电后的粉尘在电场力的作用下向集尘极移动，随集尘极表面的水膜去除［2］。

1.2 WESP技术特点

WESP的清灰方式以及工作环境，使其较干式除尘器具有很多的特点:不受粉尘比电阻影响，无反电晕及二次扬尘等特点;不仅可以有效除去烟气中的PM2.5，同时还可协同脱除SO3、汞及烟气中携带的脱硫石膏雾滴等污染物，抑制“石膏雨”和“烟囱白烟”的形成;可达到其他除尘设备难以达到的极低的烟尘排放限值;设备本体结构小、占地面积小等特点［3］。表1列举了WESP与干式除尘器的技术特点比较结果。

表1 WESP与干式除尘器的技术特点比较表

2 “近零排放”技术路线选择

2.1 技术路线

目前，国内燃煤电厂“超低排放”改造技术路线主要分为基于污染物末端治理理念的改造技术路线和基于污染物协同控制理念的改造技术路线［1］。第一种技术路线主要是在脱硫塔后增加WESP，第二种技术路线主要是对电除尘器和脱硫塔进行升级改造从而实现粉尘协同脱除的目的。国内已有个别大型燃煤电厂将以上两种技术路线的优势合并后，实现出口粉尘1mg/m3以下的“近零排放”，其采用的技术路线主要包括SCR脱硝装置、低温省煤器、低低温电除尘器、协同除尘湿法脱硫塔和WESP，该技术路线的最大特点既利用了低低温除尘器的高效除尘性能，同时通过改造脱硫塔内部结构和增加高效除雾装置提高脱硫塔的协同脱除粉尘的能力，最后通过WESP的深度净化处理，使其出口粉尘排放浓度小于1mg/m3。

2.2 粉尘近零排放改造主要技术

2.2.1 低低温电除尘器改造

为满足超低排放的要求，低低温电除尘器技术已经开始被国内很多电厂所应用。主要功能是实现烟尘的高效脱除，同时实现SO3的协同脱除［4］。当烟气经过热回收器时，烟气温度降低至酸露点以下，SO3冷凝成硫酸雾，并吸附在粉尘表面，使粉尘性质发生了很大变化，不仅使粉尘比电阻降低，而且提升了击穿电压、降低烟气流量，从而提高除尘效率。低低温电除尘器对SO3的脱除率一般不小于80%，最高可达95%。而且其出口粉尘粒径会增大，可大幅提高湿法脱硫装置协同除尘效果。

2.2.2 湿法脱硫协同除尘改造

由于通过低低温电除尘器的出口烟尘平均粒径大于3μm，可大幅提高湿法脱硫装置协同除尘效果［4］。通过优化设计脱硫塔及调整除雾器布置并改善其性能，除雾器出口烟气携带雾滴浓度可达到或优于20～40mg/m3的指标。通过改善喷淋层设计，保证吸收塔塔内气流分布均匀度，保证每个喷嘴入口压力均匀。采用单塔或组合式分区吸收技术，改变气液传质平衡条件，并优化浆液pH值、液气比、浆液雾化粒径、氧硫比等参数，提高脱硫效率。优化塔内烟气流场，有效降低液气比，降低能耗。通过以上措施改造过，一般湿法脱硫装置的SO2脱除效率不低于98%，烟尘协同脱除效率大于70%。

2.2.3 湿式电除尘器改造

WESP作为燃煤电厂尾气治理精处理技术装备，一般安装于脱硫塔后，脱硫后烟气经WESP精处理后，排至烟囱。WESP独特的运行环境以及清灰方式，使其可有效捕集其他烟气治理设备捕集效率较低的污染物(如PM2.5等)，消除“石膏雨”，一般情况下，其对微细粉尘的去除率可以达80%～90%。

3 工程应用

3.1 工程概况

国华宁海电厂位于象山港底部，在宁海县桥头胡区强蛟镇境内下月岙村，距强蛟镇约1.5km，距宁海县城23km，距宁波80km，为保护环境，国华宁海电厂对2、4号机组实施环保改造工程。国华宁海电厂粉尘“近零排放”技术路线主要采用低低温电除尘器改造、湿法脱硫改造、WESP改造，其技术路线:锅炉→脱硝→低低温电除尘器→IDF→湿法脱硫→WESP→烟囱。

烟气先经过脱硝系统去除NOx，然后经低低温电除尘器去除大部分粉尘，要求低低温电除尘器设计出口粉尘小于15mg/m3，之后再经过协同除尘湿法脱硫塔，要求出口粉尘小于5mg/m3，最后经过WESP后要求出口粉尘小于1mg/m3，实现粉尘“近零排放”的目标。

3.2 WESP设计参数以及性能要求

针对国华宁海电厂4号炉的烟气特性，并结合电厂实际场地条件限制因素，对WESP进行了优化选型设计，主要的设计参数及性能要求见表2。

表2 WESP入口烟气参数及性能要求

3.3 技术方案特点

本项目WESP采用金属板式湿式电除尘器技术，由于脱硫塔出口烟气具有高湿度、强腐蚀特性，因此在优化设计时从WESP的结构要求以及材质防腐性能两方面做了综合考虑，以保证该技术方案满足宁海电厂脱硫塔出口的实际烟气特性。

(1)高效的喷淋系统。采用单线连续的喷淋技术，可实现对阳极板、阴极线的同时连续的喷淋，雾化效果良好，确保系统运行稳定可靠，有效去除湿烟气中粉尘、PM2.5、SO3气溶胶等复合污染物。

(2)特殊的极配型式。阳极板和阴极线是WESP结构中重要的部件［5］，此项目中采用金属平板的阳极板配针刺型的阴极线，同极间距300mm。平板型的阳极板经过特殊的加工工艺，能确保板面成膜均匀，针刺型的阴极线具有刚性强、放电强度高的特点，这种极配和高压供电相匹配，可以获得最佳电气运行参数，有效保证长期实现“近零排放”。

(3)循环稳定的水系统。通过计算宁海电厂实际收集的粉尘量以及消耗的水量之间的关系，建立了1套针对宁海电厂4号炉的粉尘与废水平衡系统，使大部分水循环使用，一小部分水外排，且通过控制外排水的浓度，使这部分水直接作为脱硫系统的补充水使用，基本实现了WESP零水耗。

(4)优化的结构材料。本项目中，主要内构件如阳极板、阴极线材质选用2205双相不锈钢，具有强度高、抗酸腐蚀性能强的特点，能够完全适应WESP内部高湿、强腐蚀性的运行环境;对其他结构件的材质一般选用普通碳钢涂覆玻璃鳞片进行防腐;WESP内部的循环水是经过NaOH加碱中和过的，能够对WESP内部的结构件起到有效的抗酸腐蚀的保护作用，延长WESP的使用寿命。

3.4 运行效果

2015年12月26日，宁海电厂4号炉660MW机组烟气粉尘“近零排放”工程顺利并入系统运行，低低温电除尘器改造、脱硫提效改造以及WESP改造等设施全部投运，成功完成了各项建设目标。2016年1月16日，经权威部门测试结果显示，该机组的出口粉尘排放量仅为0.575mg/m3，实现了大型燃煤电厂烟气粉尘的“近零排放”改造目标。宁海电厂4号炉是国内首台600MW以上机组实现出口粉尘1mg/m3以下“近零排放”的机组。

4 结语

WESP基于其特殊的清灰方式和技术特点，可作为燃煤电厂粉尘精处理系统的技术装备使用，经过合理的技术路线选择，可实现燃煤电厂粉尘的“近零排放”的目标。国华宁海电厂4号炉660MW机组的成功应用经验表明，通过WESP的深度净化作用后，可以实现大型甚至超大型燃煤电厂的出口粉尘低于1mg/m3的“近零排放”，大大改善电厂的周边环境，为大型燃煤电厂采用WESP实现“近零排放”提供了有益的参考。

［1］孟磊.燃煤火电厂超低排放改造技术路线研究［J］.科技传播，2015(24):98－100.

［2］赵凯.350MW机组燃煤发电机组烟气“超低排放”的研究与应用［J］.资源节约与保护，2015(10):5－7.

［3］陈招妹，高志丰，吕明玉.WESP在燃煤电厂“超洁净排放”工程中的应用［J］.电站系统工程，2014(30):18－20.

［4］郦建国，郦祝海，李卫东，等.燃煤电厂烟气协同治理技术路线研究［J］.中国环保产业，2015(5):52－56.

［5］Parker K R.The wet electrostatic precipitator:Design and applications［J］.Applied Electrostatic Precipitation，1997(1):382－401.

Application of WESP on“near－zero emissions”project of coal－fired power plant

The working principle and technical characteristics are introduced，as well as the technical route for large coal－fired power plant in China to achieve the goal of“near－zero emissions”，including the reforms of low－low dry electrostatic precipitator，wet desulfurization collaborative dust removal and wet electrostatic precipitator.In addition，the application of the wet electrostatic precipitator on“near－zero emissions”reformation of 600MW coal－fired power plant in China is mainly presented.

wet electrostatic precipitator;near－zero emissions;coal－fired power plant

X701.2

B

1674－8069(2016)05－016－03

2016-04-26;

2016-05-06

詹立勇(1986-)，男，浙江诸暨人，硕士研究生，研究方向为湿式电除尘器技术的设计、研究和开发工作。E－mail:zlyax_ 0806@126.com