330MW燃煤供热机组径流湿式静电除尘器应用

程立华，马希红，张立权

（河北建投宣化热电有限责任公司，河北 张家口 075100）

1 高效终端处理技术—湿式电除尘技术

1.1 湿式电除尘技术对PM2.5去除机理

在电除尘器中对粉尘颗粒有两种类型的荷电过程，对于直径大于1μm的颗粒来说，电场荷电是主要作用，颗粒碰撞沿电力线运动的负离子而带电，这时电压的强弱是影响这个过程的最主要因素。对于直径小于0.5μm的颗粒来说，扩散荷电是主要作用，亚微米粒子在随机运动时与负离子碰撞而带电，注入的电流密度是影响扩散放电最重要的因素。湿式静电除尘中，因放电极被水浸润后，电子较易溢出，同时水雾被放电极尖端的强大电火花进一步击碎细化，使电场中存在大量带电雾滴，大大增加亚微米粒子碰撞带电的机率，而带电粒子在电场中运动的速度是布朗运行的数十倍，这样就大幅度提高了亚微米粒子向集尘极运行的速度，可以在较高的烟气流速下，捕获更多的微粒。

1.2 径流湿式静电除尘技术的特点

早先的WESP装置多采用卧式板式技术（金属极板），这种装置由于采用水膜清灰方式，故需要设置专门的水处理系统，将收集的酸液在稀释加碱中和后，一部分进入脱硫补水，一部分循环使用，这对于碱的消耗很大，对喷嘴性能要求更高，且对水量、电量的消耗也相应增大；此外，湿式电除尘器一般布置在烟气脱硫系统后，故炉后需要增加布置场地，对于新建机组一般影响不明显，对于已投产的老机组由于可供改造的场地有限，在使用空间上就提出了更严格的要求；第三，由于阴阳极均平行于气流方向布置，阳极板采用平行悬挂的金属极板，电晕电极采用框架式结构，若达到85%的除尘效率，需要设置两个电场，烟气的系统阻力也随之增加约为250～350Pa。

与传统金属阳极湿式静电除尘器不同，径流湿式静电除尘器将收尘阳极板垂直于气流方向布置，使电场力的方向与引风力的方向在同一水平线上，使粉尘颗粒在引风力与电场力的共同作用下，在新型阳极板上完成捕集。由于新型阳极板采用横向布置，不仅对粉尘有一定的物理拦截作用，而且对细微颗粒物收集能力更强，减少收尘极数量。

2 项目概况

河北建投宣化热电有限责任公司燃煤供热机组锅炉烟道尾部配置湿法石灰石——石膏全烟气脱硫系统，不设GGH，经过广泛调研，决定采用径流式湿法静电除尘技术，在脱硫吸收塔后增加径流湿式静电除尘器，实现烟囱出口烟尘排放浓度低≤5mg/Nm3。

3 设计参数与系统构成

河北建投宣化热电有限责任公司330MW机组中采用的径流湿式除尘器布置在脱硫后。烟气先经过电除尘器去除绝大部分粉尘，然后经过湿式石灰石——石膏法去除SO2，最后将湿法脱硫后温度低、湿度大、腐蚀性强的烟气再经过径流湿法静电除尘器进行终端处理。

本装置的原理与常规湿式除尘器相似：金属放电线在直流高压的作用下，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。其优势体现在下述3方面：①与烟气接触部分全部采用2205双相不锈钢，其具有强度高，冲击韧性好，抵抗氯离子和硫化物的应力腐蚀。与普通不锈钢相比，能大量节省用材；于作用在固定电极上的、采用2205双相不锈钢制成的新型阳极板，与普通阳极板相比，相同体积下具有更大的集尘面积，且通透率达到95%以上，大大降低了系统运行阻力，减少了占地面积；③由于采用固定电极式阳极系统，只需在固定电极下部设计独立的清洗室，使用高压喷嘴在固定电极内部向外冲洗网板，冲洗完的污水通过灰斗和管道排至脱硫塔循环使用，减少了系统的耗电量和耗水量。

3.1 设计参数

表1为宣化热电有限责任公司的平均煤种的煤质分析数据，其数据可以确定湿式静电除尘器的设计参数，为除尘器性能测试提供重要依据。

表1 煤质分析资料

根据煤质分析数据、脱硫装置烟气参数及电除尘器的实际参数，最终确定径流湿式除尘装置的主要设计参数，具体数值如表2所示。

表2 径流湿式静电除尘器的主要设计参数

3.2 系统构成

本项目的径流湿式除尘器主要由壳体、进出风口、分布板、阳极装置、阴极装置、冲洗装置和供电电源等部分组成。结构布置图如图1所示。

（1）分布板。烟气自脱硫吸收塔出口进入径流湿式除尘装置，此时烟道气流分布不均匀，严重影响粉尘和液滴的去除效率，因此在湿式径流除尘装置进风口处布置2层分布板，通过布置分布板，实现了系统内烟气的充分扩散，减小了涡旋产生的区域并降低了系统的阻力损失。经过现场进行的气流分布均匀性试验，气流均匀性实现σ≤0.15，满足湿式静电除尘对气流均布的要求。

图1 径流湿式电除尘器结构布置

（2）阴极装置。由于湿式静电除尘器在湿烟气环境下工作，故阴极系统全部采用具有耐腐蚀性的2205双相不锈钢材料制成。通过对收尘性能和2205加工性能的综合考虑，选用鱼骨状形式作为电晕电极。极配型式可保证稳定运行电压达90KV。吊杆在保温箱内采用绝缘瓷瓶支撑，保温箱内配有电加热装置并通入热空气，保证保温箱内部温度维持在130～150℃，以防止绝缘子上结露腐蚀和爬电现象的发生。

（3）阳极装置。集尘极由阳极框架及阳极板组成，通过电焊技术，将金属网板焊接在固定电极框架内。当前后两层网板间压差>120Pa时，开启冲洗系统，对阳极板进行清灰。根据目前工程的运作状况，阳极板冲洗频率为2～3天一次，一次用水量 24t，折合每小时 0.3～0.5t。

（4）冲洗系统。冲洗系统主要用于对阳极板、阴极线、分布板进行冲洗，防止它们产生大量粉尘粘附并结块的现象，降低除尘效率。冲洗方式与常规刚性阳电极不同，常规阳电极通过冲洗水使其表面形成均匀的水膜，使黏附至极板上的烟尘颗粒随水膜自流至下部集液槽。对于径流湿式除尘器，则是通过高压清洗喷嘴对其进行清洗，冲洗完的灰水落入灰斗中，排放至脱硫塔泵坑作为脱硫塔补水，从而实现在线清灰。由于冲洗阳极和阴极装置的要求不同，冲洗系统分开运行。经实际工况显示，在机组100%负荷工况下，耗水量为0.6t/h。

4 性能测试结果

施工完毕后，对项目运行情况进行验收监测，监测期间，对供热机组不同工况负荷、不同煤质情况下，对除尘器出口烟尘排放浓度、SO3浓度进行检测。工况安排如表3所示。

监测频次：针对每一工况条件，烟尘每小时测试三次，每次不小于10min，计算小时均值；昼、夜共测试9次。

测试结果表明：在负荷最大、煤质最差的情况下，烟囱入口含尘浓度为4mg/Nm3，除尘效率达到87%，SO3浓度为14 mg/Nm3，SO3去除率达到60%，性能指标高于《燃煤电厂大气污染物排放标准》（DB13/2209-2015）标准中要求的限值。

5 经济性分析

安装了湿式电除尘器后，将大大改善电厂周围的环境条件，为当地居民及企业创造一个良好的生活及工作环境。初步测算，一套330MW机组安装湿式电除尘器后每年可减排粉尘约200t，按照年运行6100h计算，平均外排水0.1t/h，耗电量50kW考虑，预计年用水量约610t，年水耗费用1830元（水价3元 /t）；年耗电量约 305000kW·h，年电耗费用 91500元（电价 0.3元/kW·h）。

6 结语

径流湿式静电除尘器与传统湿式静电除尘器类似，都是利用高压电场使烟气发生电离，气流中的粉尘荷电并在电场力作用下与气流分离。两者不同之处在于前者垂直于烟气方向布置，采用喷淋方式对粉尘进行清除，而传统湿式除尘器阴极、阳极系统的结构为平行于烟气方向，采用水膜清灰方式。与传统湿式静电除尘器相比，径流湿式电除尘器具有以下优点：

（1）径流湿式电除尘器处理的是脱硫系统后的饱和湿烟气，电晕电流大，对湿烟气中的粉尘比电阻没有要求，采用与烟气方向垂直布置，能够使尘粒荷电性能更好，尤其对微细粉尘去除率更高。

（2）由于阳极板具有更大的集尘面积和通透率，使得径流湿式电除尘器结构更加紧凑，占地面积少，不仅适合于新建工程，对场地受限的改造工程更能发挥其优势。

（3）径流湿式电除尘器与烟气接触部位全部采用2205双向不锈钢材质，其具有耐腐蚀性、高强度、良好的冲击韧性和抵抗氯离子的性能，使用寿命能够达到30年。

（4）常规除尘器，在运行过程中，除高压电源及供水水泵会引起电量的消耗外，由于增加了循环水系统，故辅助的循环水泵、碱液泵等还将消耗部分电量；此外，为实现在线的自动清灰，使阳极板表面形成均匀的水膜，需要较多的冲洗水，且冲洗水中添加的NaOH溶液也将提高运行成本。此外，喷嘴的更换和泵的维护也会增加额外费用。

径流湿式除尘器相对于常规除尘器而言，无水循环系统，电量主要用于除尘器本体（高压电源、固定电极）及供水水泵中，在工程运行中，利用压差的检测，实现在线喷淋，从而降低了耗水、耗电量。

（5）可以脱除绝大部分SO3。湿式电除尘器技术其成功使用的历史近100年，在燃煤电厂也有30多年的应用。从日本及欧美电厂运行情况来看，湿式静电除尘器可以长期高效稳定地去除烟气中PM2.5、SO3酸雾等微细颗粒物。

近年来，随着国家对环境保护的日趋重视，湿式静电除尘器在脱硫烟气深度净化中的优势更加突出。随着技术的不断发展和成熟，可以预计，在我国的燃煤电厂湿式静电除尘器将会得到越来越多的推广应用。

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