新建超超临界空冷燃煤机组湿式电除尘器选型分析

洪如松

(中国大唐集团科学技术研究院，北京　102206)

新建超超临界空冷燃煤机组湿式电除尘器选型分析

洪如松

(中国大唐集团科学技术研究院，北京102206)

摘要：湿式电除尘器(WESP)是一种对多污染物深度控制的环保设备，通过对金属极板、柔性极板和玻璃钢极板这3种WESP的综合对比分析，认为金属极板湿式电除尘器在技术风险和可靠性上占有优势，可以长期保证低排放，并实现多污染物的协同控制，特别是对SO3的高效脱除，能够有效缓解防腐，降低烟囱防腐费用。

关键词：WESP；综合对比分析；多污染物；协同控制

随着国家环保要求逐步向发达国家标准接近或超越，特别是在重点地区，对燃煤发电厂烟气排放控制更加严格，常常有电厂刚建成就需要进行环保改造。2014年9月12日，国家发改委、环保部和国家能源局三部委联合发布的《煤电节能减排升级与改造行动计划(2014—2020年)》中指出：加强新建机组准入控制。东部地区(辽宁、北京、天津、河北、山东、上海、江苏、浙江、福建、广东、海南等11省市)新建燃煤发电机组大气污染物排放浓度基本达到燃机标准限值，即要求在基准氧含量6%条件下，粉尘、SO2、NOx排放浓度分别不高于10、35、50mg/m3，中部地区(黑龙江、吉林、山西、安徽、湖北、湖南、河南、江西等8省)新建机组原则上接近或达到燃机标准限值，鼓励西部地区新建机组接近或达到燃机标准限值。同时，支持同步开展大气污染物联合协同脱除，减少SO3、汞、砷等污染物排放[1]。

为使燃煤电厂大气污染物烟尘排放浓度达到排放标准，在湿法烟气脱硫装置的下游安装湿式电除尘器(WESP)，可作为高效除尘的终端精处理设备。它具有控制复合污染物的强大功能，对PM2.5微细粉尘、黏性的或高比电阻粉尘及烟气中酸雾、气溶胶、汞、重金属、二恶英等的收集都是理想的[2]，WESP已成为燃煤电厂烟气综合治理体系最后一道防线。据不完全统计，截至2015年4月，我国投运、在建和签订合同的燃煤电厂WESP已超过200台，总装机容量约120 000MW，超过美、日等国家燃煤电厂应用WESP的总和[3]。一般来讲，配置WFGD+WESP系统的燃煤电厂颗粒物排放可降低80%以上，WESP还可降低85%以上的SO3排放。这些方法结合起来可将新建电厂的湿烟囱排放的可见烟气混浊度降到10%以下[4]。

1WESP工作原理

WESP是一种新的除尘设备，其主要工作原理为，在放电极在直流高电压的作用下，将其周围气体分子电离为电子和正离子，电子与粉尘或雾滴粒子发生碰撞使其表面荷电，荷电粒子在电场力的作用下向集尘极运动，水流从集尘板顶端流下形成一层均匀稳定的水膜，将其带走。同时喷到极板通道中的水雾既能捕获微细烟尘又能降其电阻率，利于微尘向极板移动。因此，WESP与干式电除尘器的除尘原理基本相同，都要经历电离、荷电、收集和清灰4个阶段[5]。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，湿式电除尘器则是将水喷至集尘极上形成连续的水膜，流动水将捕获的粉尘冲刷到灰斗中随水排出[6]。WESP最早于1907年开始应用于制酸、冶金等工业生产中，在1982年后国外大容量燃煤电厂也开始采用WESP以除去脱硫后烟气中粉尘等污染物[6]。近年来，湿式静电除尘器在冶金工业等行业中，可有效控制烟气中酸雾、颗粒污染物排放，得到广泛应用。

2WESP国内制造商及国内外应用情况

2.1WESP国内制造商

目前湿式电除尘器极板主要有3种型式：金属极板、柔性极板和玻璃钢极板。湿式电除尘技术在国内处于起步阶段，但代表了一个重要的技术方向。目前国内湿式电除尘出现了几个不同的技术流派，主要有以福建龙净为代表的冲洗式金属极板的湿式电除尘技术，以山东山大能源环境有限公司为代表的柔性阳极湿式电除尘技术，以及以双盾环境科技有限公司为代表的玻璃钢湿式电除尘技术。此外还有浙江菲达环保引进的日本三菱湿式电除尘技术、浙江南源引进的日本日立湿式电除尘技术和南京通用引进的日本科特雷尔湿式电除尘技术，也是采用冲洗式金属极板，技术路线与龙净环保大致相同。

2.2WESP国外应用情况

日本三菱公司于1991至1993年对碧南电厂的1、2、3号机组(3×700MW，技术路线：低NOx燃烧器+SCR烟气脱硫工艺+电除尘器+湿法烟气脱硫工艺+WESP)建成WESP，碧南电厂4、5号2台1 000MW机组WESP(采用低NOx燃烧器+SCR烟气脱硫工艺+低低温电除尘器(含移动极板)+湿法烟气脱硫工艺+WESP+水媒体净烟气加热器技术路线)分别于2009年、2010年投运，机组设计WESP进口烟尘质量浓度≤5mg/m3，出口烟尘质量浓度≤2mg/m3，除尘效率60%。

燃用硫分为4.2 %的美国spurlock电厂1、2号机组WESP(采用低NOx燃烧器+SCR烟气脱硫工艺+电除尘器+湿法烟气脱硫工艺+WESP技术路线)分别于2008年和2009年投运。燃用硫分为2.6 %ElmRoad电厂1、2号机组WESP(采用低NOx燃烧器+SCR烟气脱硫工艺+电除尘器+湿法烟气脱硫工艺+WESP技术路线)分别于2009年和2010年投运。美国燃煤电厂WESP的应用主要针对燃中、高硫煤电厂。

2.3WESP国内投运情况

不同型式WESP国内投运情况如表1所示。

表1　不同型式WESP国内投运情况[6]

3综合对比分析

3.1工程概括

本工程位于京津翼地区，规划建设4×660MW燃煤机组，本期建设2×660MW超超临界直接空冷凝汽抽汽机组，配2台超超临界一次再热煤粉炉。锅炉采用超超临界参数变压直流炉、一次中间再热、平衡通风、紧身封闭、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构Π型锅炉，推荐28MPa/600℃/620℃的主机参数。

本工程设计煤种为崔家寨煤矿烟煤(含硫量0.8%)，校核煤种为水西煤矿烟煤(含硫量0.75%)。脱硫系统采用石灰石—石膏湿法脱硫工艺。本工程虽燃用低硫煤，但属于新建电厂，将粉尘、SO2、NOx、PM2.5、SO3及汞等控制共同考虑，提出先进的环保技术路线，按烟气流程，锅炉尾部设备配置如下：一级省煤器—选择性催化还原(SCR)烟气脱硝装置—二级省煤器—空气预热器—低温省煤器—双室五电场静电除尘器—引风机—脱硫塔(湿法脱硫)—WESP—烟囱。

3.2技术对比

不同极板型式的WESP技术综合对比如表2所示。

表2　不同极板型式的WESP技术综合对比[6]

4结语

金属极板WESP、柔性阳极WESP和玻璃钢阳极WESP在国内都属于前沿技术，产品分属几家厂商，产品投运时间都很短。通过技术对比可以看出3种技术路线各有优劣。

金属极板WESP由于极板稳定，并且有水膜覆盖冲洗系统，因此在电场稳定性、清灰性能上具有优势，喷水清灰同时具有脱除SO3、SO2、NH3、汞等重金属污染物的能力。在防腐性能上，金属极板在有中性水膜覆盖的条件下防腐性能较好；柔性阳极的阳极框架和张紧装置虽然采用了2205或2507等防腐蚀钢材，但是由于长期暴露在混合强酸的环境中，存在一定的腐蚀风险；玻璃钢极板WESP主要用于化工及冶金行业(比电阻较低)，火电厂烟气的比电阻要高很多，除尘效率能达到多少有待验证。综合比较，初步认为金属极板性能略优于柔性阳极及玻璃钢极板。从技术潮流来看，金属极板WESP为国际主流技术，已在多个国家得到应用，国内主流采用金属极板WESP，而柔性阳极WESP经过多年的发展，仍然只有极少数应用案例，因此认为技术方向的风险大于金属极板，国内投运项目已出现极板烧毁现象。

柔性阳极WESP和玻璃钢阳极WESP的优势在于其没有循环水系统的电耗和加药中和环节，因此年运行费用稍低，但对脱硫系统将产生影响，打破了脱硫系统酸碱平衡，需要增加脱硫CaO用量，也要增加费用，总体运行费用相差不大。同时不具备脱除SO3、SO2、NH3、汞等重金属污染物的能力。

综合分析对比，认为金属极板WESP在技术风险和可靠性上占有优势，可以长期保证低排放，并实现多种污染物的协同治理，特别是对SO3高效脱除，能够有效缓解防腐，降低烟囱防腐费用。因此可以作为较佳的技术推荐方案。结合本工程现有设备情况，如果烟尘排放要求达到5mg/Nm3，除尘效率需在80%以上，建议选择金属极板WESP。 如果烟尘排放要求达到10mg/Nm3，除尘效率需在60%以上，建议首选金属极板WESP，也可考虑选用柔性阳极或玻璃钢阳极WESP。但从设备的性能、安全可靠性、维护管理等因素综合考虑，应选择金属极板湿式电除尘器。

参考文献：

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ZHAOQin-xia,CHENZhao-mei,ZHOUChao-jiong,etal.DiscussiononwetESPtechnologyanditsapplicationprospectincoal-firedpowerplants[J].ElectricPowerEnvironmentalProtection, 2012,28(4):24-26．

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[6]张华东，周宇翔，龙辉. 湿式电除尘器在燃煤电厂的应用条件分析[J].中国电力，2015(8)：13-16.

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(本文编辑：赵艳粉)

WESP Selection for Air-Cooled Ultra-Supercritical Thermal Power Unit

HONG Ru-song

(ScienceandTechnologicalResearchInstitute，ChinaDatangCorporation,Beijing102206)

Abstract:Wet electrostatic precipitator (WESP) is a kind of environmental protection equipment for in-depth control of multi pollutant. This paper makes a comprehensive comparative analysis of three kinds of WESP: metal plate, flexible plate and fiber glass plate. It is shown that Metal plate WESP, with advantages in the technical risk and reliability，can ensure the low emission, multi-pollutant co-benefit control，especially efficient SO2 removal，and effectively relieve the corrosion and reduce the anti-corrosion cost of the chimney.

Key words:WESP；comprehensive comparative analysis；multi-pollutant；co-benefit control

DOI：10.11973/dlyny201601020

作者简介：洪如松(1982)，男，硕士，工程师，从事电力勘测设计和技术经济工作。

中图分类号：X773

文献标志码：A

文章编号：2095-1256(2016)01-0089-04

收稿日期：2015-10-13