湿式电除尘器在细颗粒物控制中的应用

刘昊

(1.中钢集团武汉安全环保研究院有限公司　武汉 430081；　2.中钢集团天澄

环保科技股份有限公司　武汉 430205)



湿式电除尘器在细颗粒物控制中的应用

刘昊1，2

(1.中钢集团武汉安全环保研究院有限公司武汉 430081；2.中钢集团天澄

环保科技股份有限公司武汉 430205)

摘要论述了湿式电除尘器的工作原理、技术特点、结构及设计形式，探讨了湿式电除尘器在我国的应用前景。

关键词湿式电除尘器细颗粒污染物烟气治理

0引言

目前我国多地城市陷入重度空气污染，雾霾发生的频率越来越高，造成的危害越来越大。雾霾天气的形成除了气象因素外，颗粒污染物大量排放也是其主要原因，颗粒污染物是包括PM2.5在内的各类大气污染物相互作用并产生叠加效应而形成的。雾霾天气中，细颗粒物PM2.5是“罪魁祸首”。PM2.5是指空气动力学当量直径≤2.5 μm的颗粒物，它粒径小，面积大，活性强，很容易携带大量有毒有害的物质，而且能够在大气中长时间停留，被输送距离远，对人体健康产生很大的影响。依据国内外的颗粒物治理经验，湿式静电除尘器对PM10，尤其是对PM2.5的微细粉尘有良好的去除效果，能够联合脱除PM2.5、酸雾和重金属汞及其氧化物等复合污染物。因此，在新环保法、新标准、新形势下，湿式电除尘技术可以作为一种终端精处理技术，在燃煤电厂、冶金、化工、水泥、玻璃制造等领域将具有广泛的应用前景，可产生巨大的经济以及社会效益。

1湿式电除尘器技术概述

1.1技术原理

湿式电除尘器主要通过直流高压电晕放电使烟气中的粉尘荷电，荷电粉尘在电场的作用下向集尘极运动，当其到达集尘极的表面时，粉尘会随着液体膜流下从而被去除[1]，见图1。湿式电除尘系统的运行主要包括3个阶段：粉尘荷电，粉尘收集，清灰除尘。对除尘效率产生影响的包括：烟气的温度与湿度、流量和流速、含尘浓度、粉尘的性质及除尘器本身的结构等。

图1　湿式电除尘器原理图

1.2喷淋系统

每一套湿式电除尘器都有与之配套的喷淋系统来辅助，喷淋系统可分为连续喷淋或定期冲洗，既可使除尘器内烟气保持一定的含水率以利于电场放电，又能冲洗集尘极上积累的积尘，保证除尘器的连续稳定运行。因此，设计上对喷嘴的喷射角度、喷水流量和雾滴粒径、喷淋水的覆盖率等都有要求。通过试验发现，相同收尘面积的湿式电除尘器的收尘效率比干式电除尘器高出10%。当雾滴粒径过大时，电晕电流较大，容易产生火花，使得除尘效率下降。经过研究喷嘴的雾化特性规律，雾滴的粒径在距离喷嘴出口350～400 mm处粒径分布相对均匀。进一步的研究表明，喷嘴压力(雾滴粒径)的影响要比流量更为显著，喷嘴压力在0.3～0.4 MPa时最为合适，此时放电性能最好[2]。喷嘴的流量越小越好，这不仅可以降低湿式电除尘器本体的造价，还能减低后续含泥污水的处理费用。

湿式电除尘器灰斗中收集的冲洗废水因含有颗粒物不能直接外排。必须经过处理后进行循环使用，若是湿式电除尘器与湿法脱硫装置联用，则可直接排放进入下部的脱硫系统。

1.3结构组成

湿式电除尘器主要由进出口烟道、导流与气流分布板、收尘极、电晕极、绝缘箱、喷淋系统、高压电源系统、低压控制系统等组成。在结构上可分为板式与管式两大类。板式电除尘器的收尘极呈板状，极板间均匀布置电极线，板状电极后期延伸出许多变形，如Z型、C型等。管式电除尘器的集尘极为多根并列的多边形管或圆管，尤以六边形管常见，其放电极置于管的中心位置，使放电均匀，适用于处理垂直烟气流。管式湿式电除尘器比板式湿式电除尘器效率更高且由于外形简单而占用的空间更少；对于给定的除尘效率，电极长度相同的前提下，管式湿式电除尘器所允许的烟气流速是板式的2倍。

1.4布置方式

湿式电除尘器常用两种设计形式：水平烟气流设计和垂直烟气流设计。水平烟气流设计能够根据除尘效率的要求，布置多个电场，此方式以板式居多，需要的空间大。垂直烟气流设计以管式居多，常采取模块形式供货，在工地组合连接起来，烟气从下至上或自上而下流经湿式电除尘器，设备占地面积较小。近年来WESP常与WFGD(烟气湿法脱硫)进行整体式设计，将立式管状湿式电除尘器布置在脱硫塔上，不单独占用厂区用地面积，该布置方式已广泛应用在工业领域中。

国内目前自主研发的立式湿式电除尘器，移植了化工系统沿用多年的成熟电除雾技术，这种设计在结构上没有活动内件，选择了可靠的刚性电极和结构材料，所以在线维护工作量很小。其收尘极材料为耐腐蚀树脂基导电复合材料即导电玻璃钢。它具有耐酸碱腐蚀，强度高，密度小，抗阻燃性好的特性。收尘极一般呈六角蜂窝式组合成管式立式除尘器。它可以直接置于吸收塔的顶上，与吸收塔组成一个整体，也可以布置在吸收塔的侧面，与吸收塔管道相连，净化后再经烟道排出。

2湿式电除尘器技术特点

湿式电除尘放电极被水浸湿后，电子较易溢出，同时水雾被放电极尖端的强大电火花击碎细化，使电场中存在大量带电雾滴，大大增加了细颗粒物与离子碰撞带电的机率，使带电粒子在电场中的运动速度增长数倍，能够捕捉极小微米的粉尘，使颗粒物的排放达到环保要求。湿式电除尘器有如下优点：①由于电除尘器的电场力直接作用于粉尘粒子，设备运行阻力低，效率高；②液滴的存在降低了颗粒物的表面比电阻，对黏性大或高比电阻粉尘有很好的收集效果，适用于高湿的烟气；③与干式相比，取消了振打装置，避免二次扬尘，没有运动部件，提高了除尘效率和系统运行可靠性；④当将湿式电除尘器用在湿法脱硫之后时，不仅能有效解决湿法脱硫带来的石膏雨、蓝烟酸雾环境问题，还能实现颗粒污染物的超低排放，对脱除H2SO4，HCl，NH4Cl等亚微米气溶胶颗粒物的效率达90%～97%，粉尘排放低至10 mg/m3；⑤适用范围广，不仅可用于钢铁企业湿烟气治理，还可用于燃煤电厂、化工、工业窑炉等领域的细微颗粒物、酸性雾滴等治理。

同时，湿式电除尘器也有其自身的局限性。①由于采用喷水冲洗方式进行极板清灰，会产生大量清洗污水，即便是采用水循环处理系统，随着运行时间的增长，污染物也越积越多，必须进行排水与补充水，这无疑增加了设备的投资与运行费用；②湿式电除尘器的放电受喷淋系统的限制，若喷淋系统喷嘴选型或排布不合适，会在电场局部形成高浓度的液滴或者射流，很容易产生火花放电，影响除尘装置的长期稳定运行；③喷淋水膜需要均匀分布于收尘极板，若分布不均匀，导致除尘器电场条件发生变化，降低除尘效率；④湿式电除尘器在高湿环境中运行，设备内的金属材料易被腐蚀，防腐也是湿式电除尘器应用中的一大难题，当前一般采用内部衬玻璃鳞片防腐。

3工程实例

随着大气污染物排放标准的不断提高，山东某公司炼铁厂在其4#烧结机脱硫工艺后增加自主研发设计的湿式电除尘器，作为末端的精细控制设备来满足控制污染物的要求，其设计参数见表1，流程见图2。

表1　4#烧结机湿电参数

1—轴流风机；2—离心风机；3—换热器；4—导流板；

该湿式电除尘器在设计制造方面具有如下特点：

(1)结构紧凑，湿式电除尘器与脱硫塔一体合建，设备无需占用地面面积，减少连接风管，减少喷淋水收集与处理装置，投资省，运行管理方便。

(2)科学设置导流系统与气流分布系统，电场内烟气分布均匀，电场利用率高，除尘器效率高。

(3)采用独创阴极技术、高效极配形式，确保电场稳定均匀，提高设备的除尘效率。

(4)独特双层水清洗系统，上下对喷，既保证清洗水均匀覆盖阳极管，形成均流水膜，又能使极板黏附的细颗粒被清洗，保证清灰效果。

(5)保温箱热风采用厂内蒸汽加热，合理利用厂内资源，减少电量消耗，节约投资费用与运行费用。

该湿式电除尘器自2014年12月建成交付以来，运行稳定，经检测，出口粉尘质量浓度可达7.7 mg/m3，远高于设计要求。对石膏雨等改善效果明显，实践表明湿式电除尘器设置在脱硫系统后作为终端精处理设备，除尘效率高，可有效控制细颗粒物的污染。

4结语

湿式静电除尘器对目前脱硫吸收塔除雾器效果不佳、石膏雨污染等具有明显的改善效果。能有效减少烟气中污染物排放，尤其是对PM2.5有良好的脱除效果，将湿式电除尘器设置在脱硫装置后，既可以有效去除SO3等细微颗粒，也可以解决湿式电除尘器对烟气温度和粉尘浓度的苛刻要求，受到国内外各研究机构的关注。美国、欧洲、日本等都在燃煤电厂脱硫后的烟气精细处理中有大量应用。近几年，中国湿式电除尘器的研究快速发展，或引进国外先进技术学习，或自主创新，在湿式电除尘器领域内也形成了自己独有的技术，在结构优化，降低设备成本与运营费用方面均有进展。

参考文献

[1]郦建国．电除尘器[M]．北京：中国电力出版社，2011．

[2]刘丽娜，丁志江，肖立春．湿式电除尘器伏安特性的实验研究[J]．环境工程，2012(S2)：187-189．

Application of Wet Electrostatic Precipitator in the Control of the Fine Particulate Matter

LIU Hao1,2

(1.SinosteelWuhanSafety&EnvironmentalProtectionResearchInstituteCo.,Ltd.Wuhan430081)

AbstractIn this paper, the working principles technical characteristics, structure and design form of wet electrostatic precipitator are described and the application prospect of wet electrostatic precipitator is also discussed.

Key Wordswet electrostatic precipitator (WESP)fine particulate matterflue gas treatment

(收稿日期：2015-04-29)

作者简介刘昊，男，1988年生，硕士研究生，主要研究方向为工业烟尘污染控制。