湿式电除尘器在燃煤烟气深度净化中的应用

贺长江，刘胜强，胡永峰,刘 彰

(航天凯天环保科技股份有限公司，湖南 长沙 410100)

湿式电除尘器在燃煤烟气深度净化中的应用

贺长江，刘胜强，胡永峰,刘 彰

(航天凯天环保科技股份有限公司，湖南 长沙 410100)

近年来，随着大气污染物排放标准日趋严格，传统的燃煤电厂烟气处理工艺越来越难以达标排放。而湿式电除尘器(WESP)在燃煤电厂烟气深度净化方面越来越重要。湿式电除尘器对细颗粒物，特别是PM2.5，硫酸酸雾、“石膏雨”及重金属等有很好的除去效果。净化烟气，确保烟气中雾滴、粉尘达标并实现趋零排放，成为燃煤电厂、钢铁厂等湿烟气深度净化环保部提倡安装的高效烟气净化装置。

湿式电除尘器；PM2.5；硫酸雾；石膏雨；重金属

0 引言

电除尘器(ESP)是应用最广泛的除尘设备在燃煤电厂，它除尘效率高，处理烟气量大，可靠性高，运行成本低，阻力小，对粒径10μm以上颗粒脱除效率高达99%以上，但对于10μm(特别是2.5m)以下微细颗粒，由于粒子难以荷电，比电阻粉尘时很容易出现“反电晕”现象，而且电极振打产生二次扬尘容易使已捕集的微细粒子逸出，导致脱除效率急剧下降，烟气中粉尘含量很难控制在20mg/m3，甚至30mg/m3。选择性催化还原法(SCR)脱硝技术逐渐在燃煤电厂烟气氮氧化物控制中得到广泛应用，燃煤在燃烧过程中产生的SO2，在催化剂的作用下部分转化为SO3，在后续湿法脱硫过程中，SO3遇水以H2SO4气溶胶微粒形式存在，由于WFGD机械式除雾器是利用液滴的惯性力进行分离，当液滴粒径小到一定程度时，机械式除雾器对液滴就失去了分离能力，所以机械式除雾器只能除去较大颗粒的雾滴(一般是40μm以上)，不能除去SO3、细小液滴、微细粉尘等气溶胶粒子。在进入烟囱时仍有约50%的SO3微粒排放。SO3气溶胶微粒是大气中PM2.5形成的重要前体物之一。现行工艺路线如图1烟气经过湿法脱硫后，脱硫塔顶部经常出现白色水雾，甚至是“石膏雨”(青烟)。饱和水蒸气的烟气中携带有石膏浆液当从烟囱口排出时，因烟温与环境温度相差较大，烟气不能有效扩散，烟气中的饱和态水变成过饱和状态，最终成为冷凝水落到地面形成“石膏雨”，“石膏雨”对周边的环境造成二次污染。

在目前的烟气治理岛工艺流程中，湿法脱硫之后没有对脱硫工艺产生的细颗粒物进行控制，还有烟尘、PM2.5、SO3、汞及重金属等多种污染物直接从烟囱排出，处于一种自由开放状态。因此，在湿法脱硫装置之后，需要再有一道把关设备，湿式电除尘器是最佳选择，工艺路线如图2。

随着2014年7月新国标《火电厂大气污染物排放标准》( GB13223-2011)的实施，很多企业很难有效达到现行排放标准。2013年9月25日，国家环保部颁布了《环境空气细颗粒物污染防治技术政策》中对工业污染源治理明确鼓励火电企业采用湿式电除尘(WESP)等技术，防止脱硫造成的“石膏雨”等污染，为 了符合更为严格排放标准，在脱硫塔后，对烟气进行深度进化，同时，首次提出了我国燃煤发电锅炉汞及其化合物的控制指标，规定汞及其化物排放限值为0.03mg/m3，设置WESP已是大势所趋。

图1 燃煤烟气现行典型工艺路线

图2 新型烟气治理岛(湿式电除尘器)工艺流程

1 WESP 的原理及特点

WESP是在克服传统ESP及喷水除尘器弊端的基础上发展起来的。其工作类似如雾滴荷电除尘技术，原理：悬浮粒子气溶胶荷电、带电粒子在电场里迁移和捕集，粉尘从阳极板(布)表面上清洗三个基本过程，其工作过程是：首先设置适当的水压，使用压力喷嘴将水雾化，使其充满除尘器箱体(由于脱硫塔出来的为饱和湿烟气，故无水滴雾化，湿润烟气这一过程)，然后通过电晕放电使水雾荷电，尘粒进入荷电水雾区后，处于水雾粒子的包围中，尘粒只要接触水雾粒子的球形电场即被吸附并沉降至阳极板(布)(见图2)[1]。

WESP作用机理：借助CFD技术布置均流板，饱和湿烟气均匀通过均流板，高压电源对放电极(阴极)供电，电晕放电，使雾滴荷电，含尘离子处于雾滴的“包围”之中，雾滴在向阳极板(布)移动的过程中与粉尘碰撞结合成较大荷电粒子，荷电粒子在电场力的作用下，被收尘极捕集。在喷淋作用下，粉尘被冲刷至积液斗。电极“浸润”饱和湿烟气中，电极表面带水降低表面势垒。水汽覆盖电极表面后, 形成“金属一水”膜和“水一空气”膜取代原有的“金属一空气”膜,相比之下大大降低了表面势垒，使电子易于发射[2]。经过脱硫的水汽中含有大量的Cl-、Ca2+、SO42-在电场作用下,也易越过表面势垒而成为发射离子。这解决了ESP电晕闭塞，反电晕，高比电阻粉尘高压绝缘以及振大二次扬尘。

图3 湿电除尘器工作原理

2 WESP 的结构型式

结构形式主要是根据阳极板的结构划分为管式和板式WESP。管式WESP只有垂直方向烟气流；而板式WESP，设计既可以采用水平烟气流也可采用垂直烟气流。总的来说，管式WESP 比板式WESP 效率更高且由于外形简单而占用更少的空间。这两种WESP 的其他不同点在于：对于给定的除尘效率，电极长度相同的前提下，管式WESP 所允许的烟气流速是板式WESP的两倍; 对于给定的除尘效率，管式WESP的局部干燥区比板式WESP要小，管式WESP 既可设计为垂直向上烟气流也可设计为垂直向下烟气流。在垂直向上烟气流、管式WESP中，烟气从底部进入电除尘器并向上流动，冲洗喷嘴即可置于装置底部并向上喷淋，也可在电场上方设置向下喷淋的喷嘴。在垂直向下烟气流设计中，烟气从顶部进入WESP 中并向下流动，喷嘴置于顶部并向下喷淋，方向与烟气流同向。

3 WESP作用

根据国外相关文献，WESP对酸雾、脱除效果。所以，可以使用湿式电除尘器来控制电厂SO3酸雾，同时还具有联合脱除多种污染物的功能。湿式电除尘器能够解决湿法脱硫带来的石膏雨、蓝烟问题，缓解下游烟道、烟囱的腐蚀，节约防腐成本。其性能稳定可靠、效率高，可有效收集微细颗粒物(PM2.5粉尘、SO3酸雾、气溶胶)、重金属(Hg、As、Se、Pb、Cr)、有机污染物(多环芳烃、二噁英)等[3]，烟尘排放可达10mg/m3甚至5mg/m3以下，实现超低排放，彻底解决烟囱排放问题，达到“一劳永逸”的效果。

WESP协同脱汞等重金属的作用。燃煤，石化产品的燃烧会产生大量含汞废气和颗粒态汞。Lindqvist[4]研究表明燃煤释放的汞占全球汞排放的60%。王起超[5]研究表明中国燃煤每年向大气中排放汞超过200t。汞属于重金属，易挥发，剧毒性，容易在生物体内富集，对人神经系统有较大损害。目前烟气脱汞方法分为干法和湿法，即吸附法和氧化吸收法[6]。吸附一般采用活性炭，活性炭再生成本高，运行费用较高;氧化吸收法主要是利用现有的脱硫装置( WFGD) 同时脱硫脱汞，实现多污染物联合控制，被认为是最适合中国国情的一种烟气脱汞方法[7-9]。但是由于脱硫装置只能脱除二价汞，对单质汞基本没有脱除效果，为此许多研究者向烟气中添加氧化剂，将单质汞Hg0 氧化成Hg2+，增加汞的去除率。燃煤烟气中汞包括3种形态：单质汞、二价汞和颗粒态汞。其中，颗粒态汞可以通过电(布袋)除尘装置去除，二价汞的化合物则大都能溶于水，可以通过湿法脱硫装置(FGD)去除，而单质不易润湿难溶于水且易挥发，很难通过ESP和WFGD去除。汞在酸性条件下极易氧化，汞氧化机理如下方程式：

脱硫塔出来的为酸性湿烟气，携带大量硫酸雾，次氯酸根离子进入WESP。WESP对单质汞和化合态汞有很好的除去作用。

4 WESP工程实例

2005 年，沙钢新建了4台 WESP，用于燃气-蒸汽联合循环发电系统(CCPP)的煤气净化，将煤气中的粉尘、机械水的含量分别降至5mg/m3、1mg/m3以下； 2006 年，三菱湿式静电除尘器成功应用于鞍钢新建成的第二发电厂燃气-蒸汽联合循环机组。2007 年，重钢新建了 4 台 WESP，用于 CCPP 的煤气净化；2009年邯钢新建了2台转炉煤气用 WESP；2010年益阳电厂新建2台WESP，用于燃煤烟气深度净化。2011年12月，福建上杭瑞翔纸业循环流化床锅炉安装1台湿式电除尘器，有效除去细颗粒与SO3。 上海长兴岛第二发电厂装机容量为2×12MW，配套两台燃煤锅炉，电厂位于上海市区和崇明岛之间，属于污染物排放重点控制地区。

5 结语

目前我国WESP主要用于中小型转炉高炉厂燃气-蒸汽联合循环机组的煤气净化，钢铁厂应用较为广泛；随着《火电厂大气污染物排放标准》的实施，燃煤电厂锅炉烟气深度净化方面的应用需求会急剧增加。WESP能很好除去电除尘器以及布袋除尘器难以捕集的超细颗粒物；可降低80%以上的SO3与气溶胶，无需安装GGH将烟气温度升高到酸露点以上，有效防止烟囱腐蚀； 有效除去燃煤烟气中重金属(Hg、As、Se、Pb、Cr)。

[1]肖路娟. 湿式电除尘器气液两相流数值模拟和试验研究[D].秦皇岛:燕山大学,2011.

[2]陈 鹏,唐大成,于英华. 新型湿式静电除尘器研究[J].辽宁工程技术大学学报, 2003,22(4): 522-523.

[3]尹连庆,唐志鹏.国内燃煤电厂湿式电除尘器应用前景分析[J].电力科技与环保，2016,32(2):29-31.

[4]Lindgvist O. Atmospheire mercury-review[J].Tellus,1985(37B):136-159.

[5]王起超,沈文国,麻状伟.中国燃煤汞排放录估算[J].中国环境科学,1999, 19 (4): 318-321.

[6]Pavlish J H,Sondreal E A,Mann M D. Status review of mercury control options for coal-fired power plants[J]. Fuel Processing Technology,2003, 82(2/3) : 89-165.

[7]Takefumi M,Shengji W,Md A U.Characteristics of the mercury vapor removal from coal combustion flue gas by activated carbon using H2 S [J]. Fuel,2005(84): 1968-1974.

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[9]刘德宏,谢江坤,晏乃强.锰氧化物的零价汞吸附性能初探[J].电力科技与环保,2015,31(3):4-8.

The application of WESP in coal-fired gas depth purification

Inrecentyears,withthehigherrequirementsforenvironmentprotection,thetraditionalcoal-firedpowerplantfluegastreatmenttechnologyismoreandmoredifficulttostandardsemissions.WetElectrostaticPrecipitation(WESP)technologyisplayingamoreandmoreimportantroleincoal-firedgasdepthpurification.WetElectrostaticPrecipitation(WESP)hasverygoodremovalefficiencytoPM2.5,sulfuricacidmist, “gypsumrain”andheavymetal.Itreducespollutionemissionforcoal-firedpowerplantandsteelplant,torealizethenear-zeroemission.Itisthefluegastreatmentequipmentwhichisrecommendedbytheministryofenvironmentalprotectioninfluegasdepthpurification.

WESP；PM2.5;sulfuricacidmist;gypsumrain;heavymetal

X701.2

B

1674-8069(2017)06-022-03

2017-06-27；

2017-07-13

贺长江(1986-)，男，湖南常德人，硕士，工程师，主要从事大气污染物减排工作。E-mail：warshipcj@163.com