柔性湿式电除尘器关键技术优化研究

孙尊强，舒 喜，申智勇，马修元，叶毅科，唐会金

(1．国电环境保护研究院，江苏 南京 210031；2.长安益阳发电有限公司，湖南 益阳 413000)

柔性湿式电除尘器关键技术优化研究

孙尊强1，舒 喜1，申智勇1，马修元1，叶毅科1，唐会金2

(1．国电环境保护研究院，江苏 南京 210031；2.长安益阳发电有限公司，湖南 益阳 413000)

为了满足新的《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223-2011)中的烟尘排放标准(一般地区30mg/m3，重点地区20mg/m3)，需要进行除尘提效改造。湿式静电除尘器可以降低粉尘、液滴和重金属的排放浓度，是目前实现烟尘达标排放的选择方案之一。但是，目前对于湿式电除尘器技术的一些关键设计参数存缺少相关研究。通过对比2台300MW机组柔性湿式电除尘器的实际运行效果，分析布置形式、极间距、极线形式等多种参数的影响，为今后湿式电除尘器的设计和选型提供依据。

柔性电极；湿式静电除尘器；设计

0 引言

自2012年开始实行 《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223-2011)，一般地区火电厂烟尘排放浓度要求低于30mg/m3，重点地区执行20mg/m3的标准。2014年9月，国家发改委、环境保护部、国家能源局印发的《煤电节能减排升级与改造行动计划(2014-2020年)》中提出，鼓励现役燃煤发电机组的大气污染物排放浓度达到或接近燃气轮机组排放限值(烟尘、SO2、NOx排放浓度分别不高于10、35、50mg/m3)。2015年12月，国家发改委、环境保护部、国家能源局印发的《全面实施燃煤电厂超低排放和节能改造工作方案》中提出，要求对超低排放改造工作进行扩围提速，要求东、中、西部地区现役燃煤发电机组分别在2017、2018和2020年前全部完成超低排放改造工作。

为了实现烟尘达到10mg/m3(部分地区甚至要求5mg/m3)，目前采用两种技术路线：一是增设湿式电除尘器等终端净化装置；二是脱硫除尘协同治理路线。就技术原理与实际使用情况来看，湿式电除尘器在技术更加成熟、可靠，且对SO3、Hg等污染物也可起到协同脱除作用[1-8]。

目前国内的湿除根据阳极形式有以下几类：

(1)金属极板湿式电除尘器。该技术主要由日本三菱、日立公司在20世纪80年代研发并在燃煤电厂得到应用，结构形式一般采用卧式布置。

(2)导电玻璃钢湿式电除尘器。该技术主要从化工行业电除雾器改进而来，一般采用立式布置形式。目前也有采用类似金属极板湿式电除尘器结构形式的卧式导电玻璃钢湿式电除尘器。

(3)柔性湿式电除尘器。国内近年来研究并工业化应用的技术，它采用一种柔性纤维作为阳极收尘极，一般采用立式布置[9-11]。

(4)径流式湿式电除尘器。该技术自2015年开始在国内燃煤电厂开始应用，极板为多层网结构且垂直气流布置。

本文主要研究柔性电极湿式电除尘技术在国内火电厂大型燃煤机组中的工业化应用情况。目前对于柔性电极湿式电除尘器的一些关键设计参数存缺少相关研究。本次通过对比2台300MW机组柔性湿式电除尘器的实际运行效果，分析布置形式、极间距、极线形式等多种参数的影响，为今后湿式电除尘器的设计和选型提供依据，为该项技术的进一步优化和推广积累了宝贵的数据和经验。

1 项目概况

长安益阳发电有限公司1、2号(2×300MW)燃煤机组原配备2台双室三电场电除尘器，出口烟尘排放浓度较高。电除尘器尾部配置石灰石-石膏湿法全烟气脱硫系统，不设GGH。改造前烟尘排放浓度超标，不能满足排放标准(30mg/m3)要求，并且存在“石膏雨”现象。1、2号机组分别于2013年、2014年进行增加湿式电除尘器改造。

益阳电厂1、2号(2×300MW)机组均采用的柔性湿式电除尘装置，布置在湿法脱硫设施尾部。烟气先经过干式电除尘器去除绝大部分粉尘，之后再经过湿法石灰石-石膏脱硫法去除掉SO2的同时进一步脱除烟尘。柔性湿式电除尘装置对脱硫后烟气中的烟尘、SO3、Hg等污染物进行处理。

柔性湿式电除尘技术的原理与常规湿式电除尘器的相似：金属放电线在直流高电压的作用下，将其周围气体电离，使粉尘或雾滴粒子表面荷电；荷电粒子在电场力的作用下向收尘极运动，并沉积在收尘极上，在集尘板上形成一层均匀稳定的水膜，将板上捕获的粉尘冲刷到灰斗中随水排出。

2 设计参数

益阳电厂1、2号机组设计煤种和校核煤种的煤质分析如表1所示。这是确定湿式电除尘器设计参数的重要依据，也是湿式电除尘器性能测试的燃煤依据[12]。

根据上述煤质分析以及摸底测试中锅炉、电除尘器等装置的实际运行参数，确定了柔性电极烟气深度净化装置的主要设计参数，详见表2。

表1 燃煤煤质分析

项 目设计煤种校核煤种Mt/%9.638.39Aar/%23.8520.60Var/%21.5532.36St,ar/%0.720.83Qnet,ar/MJ·kg-121.3022.00

表2 湿式静电除尘器的主要设计参数

项 目1号机组2号机组处理烟气量/m3·h-115500001500000烟气温度/℃50～6050～60入口烟尘浓度/mg·m-3≤150≤150入口液滴含量/mg·m-3≤75≤75出口烟尘浓度/mg·m-3≤20≤18出口液滴含量/mg·m-3≤20≤18

3 系统构成

1、2号机组的柔性电极烟气深度净化系统都是由壳体、导流整流装置、阳极装置、阴极装置、冲洗装置和供电电源等部分组成。具体布置如图1所示，1号机组柔性湿式电除尘器采用上进下出的结构形式(见图1a)，2号机组柔性湿式电除尘器采用下进上出的结构形式(见图1b)。

图1 柔性湿式电除尘系统结构布置示意

1、2号机组柔性湿式电除尘器的差异性主要有以下几点：

(1)布置方式。1号机组柔性湿式电除尘系统采用顺流式布置，即烟气从上部流经湿除，从湿除底部侧出进入烟囱入口烟道；2号机组柔性湿式电除尘系统采用逆流式布置，该方式阻力略高，但是可有效防止收集的液滴发生二次夹带。由于场地原因，入口采用三通连箱侧进方式，该方式降低了烟气进入湿除截面的流速，提高了流场均匀性。

(2)流场均布。通过优化入口烟道接口方式和导流装置设计，提高湿式电除尘器入口的流场均布性能。2号机组柔性湿式电除尘系统的流场均匀性比1号机组的明显提高，气流均布系数从0.157提高到0.114。

(3)阳极布置形式。1号机组由于烟气出口位置较高，为了实现烟气导流和液滴的有效收集，采用了长短阳极布的布置方式，即烟气出口方向平行的阳极布均统一长度布置，与烟气出口方向垂直的阳极布分4种长度分梯度布置。如图1a所示，越靠近烟气出口烟道的布越短，距离烟气出口烟道最远的阳极布最长。2号机组柔性湿式电除尘系统由于布置方式不同，则均采用长度为6.5m的柔性极布。

(4)极间距。1号机组柔性湿式电除尘系统采用400mm的同级间距，虽然可以提高集尘面积，但是电压相对较低，要求很高的安装精度保证极间距；2号机组柔性湿式电除尘系统采用420mm的同级间距，有效极间距更高，运行电压更高(从37kV提高到46kV)，可以有效提高驱进速度。

(5)极线形式。1号机组柔性湿式电除尘系统采用铅锑合金芒刺线，该极线具有耐腐蚀的特点，被广泛应用于饱和湿烟气环境。但是该极线对加工工艺和安装工艺要求高，否则极间距难以控制，易发生断线。2号机组柔性湿式电除尘系统则采用2205钢刚性二齿芒刺极线，这种形式的极线易于安装、保证有效极间距，并可有效提高电流、提高粉尘和液滴的荷电性。

(6)阴、阳极固定方式。1号机组柔性湿式电除尘系统阳极采用下部支撑，阴极采用上部悬挂和下部支撑组合固定方式；2号机组柔性湿式电除尘 系统阳极采用采用悬挂方式，阴极采用上部悬挂的同时，摒弃原下层阴极框架后，采用下部侧拉的方式进行限位，内部结构简单可靠。

(7)结构优化。通过阳极固定方式等结构优化，相比1号机组，2号机组柔性湿式电除尘装置的截面有效利用率从78.7%提高到85.5%。因此，在相对较小的截面下，烟气流速依然从3.18m/s降低到2.95m/s。1、2号机组柔性湿式电除尘器的主要参数差异如表3所示。

表3 1、2号机组柔性湿式电除尘器设计参数对比

项 目1号机组2号机组烟气量15500001500000外形尺寸/m13.1×13.1×2011×15×20截面有效利用率/%78.785.5烟气流速/m·s-13.182.95气流均布系数0.1570.114烟气停留时间/s2.672.03进气方式上进下出下进上出进口烟道侧进三通连箱侧进阳极布置形式方形方形同极间距/mm400420阳极固定型式下部支撑悬挂阳极布长度/m6.5～8.56.5阴极线材质铅锑柔性极线2205钢刚性极线阴极线型式芒刺二齿芒刺阴极线固定形式缠绕螺栓阴极系统悬挂形式上挂下托上挂侧拉设备重量/t260220

4 实际效果

在测试期间，锅炉负荷稳定在100%左右，最大波动幅度控制在±5%以内。

用3012H型微电脑烟尘平行采样仪测定烟气含湿量、含氧量，再用该仪器用网格法同时采集电除尘器进、出口灰样。在实验室恒重后称量，并同时测定电除尘器进出口的静压、动压、烟气温度。根据以上试验数据，计算出进口烟气量、电除尘器的漏风率、压力降和除尘效率。

对烟气系统浆液液滴进行采样，采样管中Mg2+浓度用原子吸收分光光度计测定，再采集吸收塔浆液分析其Mg2+浓度和浆液密度，计算出烟气中浆液液滴浓度。主要测试数据如表4所示。表中1号机组除尘效率(含干除)为99.41%，2号机组烟囱入口含尘浓度(含液滴和粉尘)为10.6mg/m3。

表4 柔性湿式电除尘器主要测试参数

项 目1号机组2号机组实测值保证值实测值保证值烟囱入口含尘浓度/mg·m-318.5≤2010.6≤18烟囱入口液滴浓度/mg·m-313.46≤20≤18阻力/Pa145.65≤251238≤300除尘效率/%99.41≮99.37579.8≮75高频电源总功耗/kVA196.18<220--烟囱冷凝酸性液体量/%降低大于70-降低大于70-冷凝液中H+离子浓度/%降低约60-降低约60-运行电压/kV37-46-

5 结语

在1号机组柔性湿式电除尘器基础上，2号机组柔性湿式电除尘器改造时在布置、结构、极配形式等多方面作了改进和优化，主要对比分析如下：

(1)布置形式。2号机组柔性湿式电除尘装置采用顺流式布置方式具有阻力低、烟道废用低等优点，但需要在设计上采取措施防止液滴和烟尘二次夹带；采用逆流式布置方式具有流场好、液滴二次夹带风险低等优点，但是场地布置难度较大、阻力较大等缺点。

(2)结构形式。2号机组柔性湿式电除尘装置通过将装置本体的截面设计为扁平化，减少了装置内部的梁、柱等结构件，有效的提升了流通面积，减少了内部防腐的面积和施工难度，缩短了施工周期，同时减少了阳极模块的支撑梁、柱，提高了装置截面的利用率。

(3)极配形式。2号机组采用双相不锈钢2205钢性管式二齿芒刺线，提高了阴极线的放电性能，大大降低了阴极线的抖动及断线的概率，提高了阴极线的可靠性，同时减少了现场安装的工作量；采用420mm的极间距，使放电电压等级进一步提高。

(4)阴、阳极固定装置。2号机组柔性湿式电除尘装置阴、阳极固定均采用上层框架承载方式，阴极系统摒弃原下层阴极框架后，改用下部侧拉的方式进行限位，使得内部结构简单可靠，取消了较大的下部绝缘箱，减少了下部阴极框架材料。

(4)除尘效率高。柔性湿式电除尘装置的颗粒物脱除效率可以达到80%以上，通过布置方式、内部结构、极配形式等多方面优化，2号机组湿式电除尘器出口烟尘浓度较1号机组有较大幅的降低。

从上述1、2号机组柔性湿式电除尘装置的参数比较及分析可得出，本次2号机组柔性湿式电除尘装置的技术优化是正确的，装置的性能、可靠性均有大幅提高，几项关键技术的优化具有显著的效应。本次工程证明对湿式静电除尘器关键技术的优化是正确且具有重大意义的，对于进一步提高湿式静电除尘器可靠性，推广湿式静电除尘器推广应用具有至关重要的实际意义。

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Research on key design parameters of flexible wet electrostatic precipitator

With the implementation of the emission standard of Air Pollutants for thermal power plants( GB13223-2011), the key regional executes the most strict emissions standards that the dust emission concentration is required to be lower 20mg/m3. In order to meet the standards, the dust removal efficiency of the existing environmentally protective facility need to be reformed. The wet electrostatic precipitator (WESP) that can further reduce the particle, droplet and heavy metal concentrations is one of the best option to achieve the emission standard. However, there is a lack of relevant research on some key design parameters of wet electrostatic precipitator technology. Some factors such as the arrangement form, inter-electrode distance and discharge electrode form are analyzed by the effect of the actual operation of the flexible wet electrostatic precipitator for two 300MW units. This results provides the basis for the design and selection of wet electrostatic precipitator.

flexible collection electrode; wet electrostatic precipitator; design

国家863计划项目“燃煤电站多污染物综合控制技术研究与示范”(2013AA065401)

X701.2

B

1674-8069(2017)02-026-04

2016-12-22；

2017-01-06

孙尊强(1982-)，男，工程师，长期从事燃煤电厂的锅炉烟气脱硫、脱硝和湿式静电除尘技术的开发、设计和研究工作。E-mail：sunzunqiang@126.com