导电玻璃钢湿电除尘器超低排放改造技术分析

林欢，龚蔚成，张英，谢智宇

（永清环保股份有限公司，长沙 410330）

引言

为响应国务院《大气污染防治行动计划》（国发〔2013〕37号）[1]，根据《山西省人民政府关于推进全省燃煤发电机组超低排放的实施意见》（晋政办发〔2014〕62号）[2]要求，山西省内的燃煤发电机组需在2017年底前完成改造，烟气排放标准满足粉尘≤5mg/Nm3。山西某热电有限公司2×300MW机组进行烟气处理设施改造，增设湿式静电除尘器。

1 改造前工程概况

某热电有限公司一期工程建设规模为2×300MW亚临界空冷供热机组，配置两台1065t/h煤粉锅炉，同步建设脱硫装置。两台机组分别于2011年7月7日和10月10日投产发电。锅炉配有两台SCR反应器，每台SCR反应装置设置三层蜂窝状催化剂。电除尘第一、二电场采用高频电源（1.2A/7.2kV）供电，第三、四、五电场采用脉冲电源（TM-HPP-1.0）+工频电源供电，第五电场采用旋转电极电场。在烟气温度110℃～160℃，煤含硫量在0.6%～2.5%范围内，燃煤灰含量小于36%的情况下，除尘器出口烟气含尘浓度（换算为含氧量为6%的标准干烟气时的要求）≤30mg/Nm3。脱硫方案采用石灰石-石膏湿法脱硫工艺，1炉1塔，全烟气脱硫，未设置GGH和增压风机。燃用设计煤种Sar=2.47时，SO2入口浓度为6089mg/Nm3，脱硫出口SO2浓度＜35mg/Nm3。烟气脱硫出口烟气参数如表1。

表1 烟气脱硫出口烟气参数

2 除尘改造技术分析

针对烟气排放标准满足粉尘≤5mg/Nm3的目标，根据《煤电节能减排升级与改造行动计划（2014～2020年）》[3]的指示，可在原有湿法脱硫与烟囱之间增设湿式静电除尘器。湿式除尘器的原理与干式除尘器基本相同，高压放电、粉尘荷电、粉尘收集、再利用冲洗清理粉尘，达到除尘的效果。湿式静电除尘器的收尘效率高，对高温高湿度的粉尘、PM2.5、酸雾、重金属有很好的去除效果。

目前常用的湿式静电除尘器有：不锈钢湿式静电除尘器、导电玻璃钢湿式静电除尘器、柔性极板湿式静电除尘器、径流湿式静电除尘器。

2.1 不锈钢湿式静电除尘器

国内不锈钢静电除尘器技术主要引进日本日立、三菱的湿式电除尘技术。布置在湿法脱硫和烟囱之间，大多采用卧式结构布置，烟气方向为水平进出；阳极选用不锈钢材料，采用悬挂方式，由悬挂梁固定在壳体中，不易变形，电场稳定性好[4]；占地面积较大，适合处理大烟气量的新建机组；有循环水处理系统，采用连续喷淋的冲洗方式。防腐性能好，使用寿命长；但设备体积大，对空间受限的机组改造难度大。

2.2 导电玻璃钢湿式静电除尘器

导电玻璃钢湿式除尘技术成熟，在化工行业有几十年的应用史。导电玻璃钢是一种以树脂为基体的高导复合材料。具有重量轻、强度高、耐腐蚀性好等特点。导电玻璃钢湿式静电除尘器通常采用直立式布置在脱硫吸收塔上方。对空间要求小，占地面积少，适合老机组改造[5]。导电玻璃钢湿式静电除尘器阳极管采用CFRP材料，蜂窝状模块化设计，结构紧凑且安装简单。无水循环处理系统，不产生二次污染[6]。采用间歇式冲洗，腐蚀严重，对集尘极的材料要求较高。

2.3 柔性极板湿式静电除尘器

柔性极板湿式静电除尘器采用重量轻、耐腐蚀性好的柔性绝缘疏水纤维织物作为阳极材料，织物吸水后润湿导电，毛细纤维中的水膜及织物作为收尘极。柔性阳极的材料结构特性有利于表面形成均匀水膜，间歇冲洗水量小。表面水膜冲洗加上高速气流促使的自振，使柔性极板具有自清灰特性，从而保证阴、阳极表面的清洁[7]。但柔性极板使用寿命短，通常为6年左右，高温烟气也会严重影响柔性阳极的寿命。当烟气流速较高时，气流会带出部分细微颗粒和气溶胶，影响脱除效率。

2.4 径流湿式静电除尘器

径流湿式静电除尘器安装在脱硫塔与烟囱之间，阳极板垂直于气流方向（如图1），粉尘颗粒在同一水平线上的电场力和引风力的共同作用下，完成在阳极板上的捕集。阳极系统采用旋转电极的方式设计（如图2），阳极系统安装工艺复杂。除尘器与烟气接触的部位整体采用2205双相不锈钢材质，耐高温、耐腐蚀、使用寿命长，但前期投入成本高。无水循环系统，利用压差实现在线喷淋，耗水耗电量较小。

图1 电场力与引风力方向

图2 阳极系统旋转电极

3 改造技术分析

该工程脱硫出口烟气粉尘浓度为25mg/Nm3，改造后烟气排放标准满足粉尘≤5mg/Nm3，除尘效率高达80%。故选择在脱硫与烟囱间加装湿式静电除尘器。因改造项目空间有限，结合工程特点，选用导电玻璃钢湿式静电除尘器。

导电玻璃钢湿式除尘器采用架高布置在脱硫塔与烟囱间的上方，选用立式布置（湿式除尘器立面图和平面图如图3所示）。除尘器每台炉配1台湿式电除尘器，共配2台，每台湿式除尘器设置1级电场，单台机组共5个供电分区。烟气通过烟道进入除尘器，从上而下垂直通过除尘器后进入烟囱。

图3 湿式静电除尘器立面图和平面图

3.1 特殊防腐及加固措施，保证性能稳定

湿式除尘器阳极采用管式蜂窝状正六边形高性能的导电玻璃钢，内切圆直径为360mm。结构紧凑，无放电死角。表面平整光滑、机械强度高、耐腐蚀，且具备重量轻、导电性能好、耐高温、阻燃性强、使用寿命长等优点。模块化设计，整体一次成型、整体脱模工艺制造，运输、安装方便。阳极管如图4所示。阴极系统采用钛合金材质芒刺线，钛合金具有质量轻、刚度好、强度高等特点，芒刺线可提高放电效率及强度。考虑到除尘器内部的酸性环境，壳体、进口均流装置、喷淋用喷嘴、管道均采用进口316L材质。进出口烟道、立柱、支撑梁等采用不锈钢，并内衬玻璃鳞片防腐。在烟道及本体内需要防腐部件做防腐时，将内衬的拐角和边加工成圆弧形。设备和本体的内部件、人孔、法兰、角落、拐角部位等部位，采用FRP玻璃钢局部加强（如图5）。特殊防腐及加固措施，保证除尘器结构性能稳定。

图4 整体成型的蜂窝状导电玻璃钢阳极管

图5 设备衬里补强结构示意图

3.2 烟气系统CFD流场分析

改造工程的原场地空间有限，除尘器通过烟道连接布置在脱硫塔和烟囱之间的高空中，烟道阻力较大。为保证湿式除尘器内部气流均布，按1 ∶ 1的比例进行建模，利用CFD计算机进行热态（工况）单相流仿真试验。为保证烟气在湿式电除尘器内的分布情况与模拟结果相符，从湿电除尘器前入口圆烟道部分至湿式电除尘器出口的完整路径进行模拟，网格数量达530万以上。如仅在进口烟道设置气流均布板，不增设导流板，烟气流无法向两边扩散，气流主要集中在除尘器中间部分，两侧烟气量很少。除尘器两侧烟气速度小，远离除尘器入口侧的阳极板处速度很高，最高达到8m/s以上。为使烟气能均匀通过电场，根据模型流场数值模拟结果，对模型流场进行优化，在圆形烟道变方形烟道扩径段增设一组水平方向导流板，并对垂直方向上的导流板进行调整和优化，进行一系列烟气流场优化数值模拟计算和数据分析，得出优化后的数值模拟的结果。满足除尘器气流均布系数＜0.15。增设导流板前后除尘器内部烟气速度流线的对比如图6所示。增设导流板前后阳极板内部流速分布云对比图如图7所示。

图6 增设导流板前后除尘器内部烟气速度流线对比图

图7 增设导流板前后阳极板内部流速分布云对比图

3.3 节能环保水处理系统

湿电除尘器喷淋冲洗系统采用各分区间断喷淋的方式。由于玻璃钢阳极的疏水性，一般时段，吸附在阳极管壁的水露通过自重落到除尘器水槽。每分区每次断电喷淋3分钟，共5分区1台炉，24小时冲洗一次。各分区喷淋被PP隔板分区分开，避免了喷水时对其他分区放电造成短路，保证除尘效率。湿电除尘器水系统的冲洗废水含固量约为4%，含泥量较高，冲洗废水在初沉池长达十几个小时的自沉淀后，底部的污泥通过排泥泵至真空皮带机，上部的澄清液至中和箱中和后回用，实现循环利用率80%以上，可节省投资，减少耗电、耗水量。

3.4 多层保障解决脱硫烟气“石膏雨”问题

湿法脱硫系统如除雾器出现故障，会造成烟气含水量增大。针对这一情况，除尘器出口烟道设计一定的坡度，可让夹带水直接回流到除尘器底部排水槽。经计算可知，烟气温度平均每降低1℃将有18.6t/h的冷凝水析出，为防止因烟气温度降低致使烟气中冷凝水析出，湿式除尘器出口位置布置一个双管互契式简易除雾器，加大对雾滴的脱除效率。出口雾滴浓度≤10mg/Nm3，雾滴去除率≥80%，从而解决脱硫烟气“石膏雨”等问题。

4 改造后运行情况

该项目2×300MW机组超低排放改造工程2017年8月完成168h调试后投入使用，系统连续、稳定运行，安全性良好，各项性能正常。对湿式除尘器烟气烟尘浓度进行检测，1#机组湿式静电除尘器出口烟尘含量平均为2.30mg/Nm3，2#机组湿式静电除尘器出口烟尘含量平均为2.58mg/Nm3，均满足净烟气烟尘排放浓度＜5mg/Nm3的要求。同时湿式除尘器对PM2.5、SO3、重金属有协同去除作用，PM2.5脱除效率≥70%、SO3脱除效率≥75%、汞脱除效率≥70%。至今设备已投运近1年，烟气系统运行稳定，满足超低排放出口粉尘排放浓度的要求。

5 结论

超低排放改造中可采用增设湿式静电除尘器。本文以山西某热电有限公司2×300MW机组烟气改造为例，分析了不锈钢湿式静电除尘器、导电玻璃钢湿式静电除尘器、柔性极板湿式静电除尘器、径流湿式静电除尘器四种湿式静电除尘器的技术特点。结合工程特征，在湿法脱硫与烟囱间增设立管式导电玻璃钢湿式除尘器。从运行结果来看，立管式湿式除尘器可实现超低排放，达到出口粉尘排放浓度≤5mg/Nm3的要求，且占地面积小，可解决改造工程改造空间有限，用地紧张的问题。其改造路线值得推广。