湿式电除尘器在1000MW火力发电机组的应用分析

郑瑞文　贾占伟　王跃军

【摘 要】本文主要介绍目前火力发电企业烟尘达标排放或超低排放新技术，其中湿式静电除尘器是重要设备之一，通过对其应运背景、工作原理、技术特点以及优缺点、运维风险因素分析及控制、烟尘环保排放的对比分析，对湿式静电除尘器的应运前景和投用效果做了详细的论述，对湿式电除尘器系统稳定运行提供技术指导参考依据。

【关键词】烟尘；湿式电除尘；污染物

1 引言

2015年1月1日开始执行，国家环保部2011年7月29日发布的火电厂大气污染物排放标准（GB-13223-2011），寿光电厂地处山东省，属于重点排放地区执行燃煤锅炉排放标准，烟尘≤5mg/m3，二氧化硫≤35mg/m3，氮氧化物≤50mg/m3的排放极限值要求。依据国华公司“近零排放”技术路线，寿光电厂一期2*1000MW机组烟气除尘设计采用5电场干式电除尘+石灰石-石膏湿法脱硫+1电场湿式电除尘器技术方案，湿式电除尘器入口烟尘含量≤10 mg/Nm3，除尘效率70%，出口烟尘≤3 mg/Nm3。

2 湿式电除尘器的原理及特点

寿电公司采用菲达环保科技股份有限公司的湿式电除尘器，它技术来源是引进日本三菱重工大型燃煤电站湿式电除尘技术，湿式静电除尘器的主要工作原理：将水雾喷向放电极和电晕区，水雾在芒刺电极形成的强大的电晕场内荷电后分裂进一步雾化，电场力、荷电水雾的碰撞拦截、吸附凝并，共同对粉尘粒子起捕集作用，最终粉尘粒子在电场力的驱动下到达集尘极而被捕集，水在集尘极上形成连续的水膜，将捕获的粉尘冲刷到灰斗中随水排出。

2.1 湿式电除尘器工作原理及结构组成

湿式静电除尘脱除的对象由粉尘和雾滴，但是由于雾滴与粉尘的物理特性存在差别，其工作原理也有所差异。从原理上来讲，首先由于水滴的存在对电极放电产生了影响，要形成发射离子，金属电极中的自由电子必须获得足够的能量，才能克服电离能而越过表面势垒成为发射电子。让电极表面带水是降低表面势垒的一种有效措施。水覆盖金属表面后，将原来的“金属一空气”界面分割成“金属一水”界面和“水一空气”界面，后两种界面的势垒比前一种界面的势垒低很多。这样，金属表面带水后，将原来的高势垒分解为两种低势垒，大大削弱表面势垒对自由电子的阻碍作用，使电子易于发射。另外，水中的多种杂质离子在电场作用下，也易越过表面势垒而成为发射离子。这些都改变了电极放电效果，使之能在低电压下发生电晕放电。其次由于水滴的存在，水的电阻相对较小，水滴与粉尘结合后，使得高比电的粉尘比电阻下降，因此湿式静电除尘的工作状态会更加稳定；另外由于湿式静电除尘器采用水流冲洗，没有振打装置，所以不会产生二次扬尘。

湿式静电除尘的冲洗水系统主要包括：循环水箱、循环水泵、废水箱、废水泵、碱液箱、加碱泵，滤网和原水供应管道等，典型流程如下图所示：湿式电除尘的冲洗水包括循环水和原水补水，从集电极流下的水在灰斗收集进入废水箱内沉淀下来，上层澄清水作为循环水回用，由循环泵打入湿式电除尘里进行喷淋，沉淀在底部的废水作为脱硫工艺水或排放到废水处理厂。循环水中增加加碱设施，以中和冲洗水中溶解烟气中的SO3，避免与水接触的部件产生严重的酸腐蚀。

2.2 影响湿式静电除尘器除尘效率的主要因素

静电除尘器整流变压器二次电压值、循环水量、烟气粉尘浓度三因素对湿式静电除尘效率的效应都为正，即除尘效率随着电压的升高、水量的增大、粉尘浓度的加大而上升。其中电压对除尘效率的影响最为显著，其次是水量，粉尘浓度的影响最小，静电和水雾相结合可显著地提高了除尘效率。

2.3湿式静电除尘器与干式静电除尘器比较优势

利用喷水对集尘极清洗可使放电极和集尘极始终保持清洁，有效消除反电晕现象的发生，提高单位面积的集尘效率，在相同条件下达到更低的排放浓度。因取消了振打，避免了粉尘在振打过程中的二次扬尘，特别适合于出口要求低粉尘浓度的场所（目前除尘器出口最低的粉尘浓度可达到1mg/Nm3以下水平）。在水中加入碱（NaOH）以中和烟气中SO3形成的酸，喷嘴、极板和极线均采用不锈钢材料，可有效防止严重腐蚀的发生；流经喷嘴的循环水流量不随机组负荷变化而变化，水量基本保持不变，循环水的补水量与烟气中含尘量呈线性关系。

3 湿式电除尘器优缺点分析

3.1 湿式静电除尘器主要优点

（1）湿式静电除尘器在日本已有30年以上的应用历史。日本中部电力碧南电厂五台机组，将湿式静电除尘器布置在湿式脱硫系统后，其排放浓度长期稳定在2-5 mg/Nm3，远低于日本国家标准和新国标的要求，表明湿式静电除尘器能高效地除去烟气中的烟尘和石膏雨微液滴。

（2）湿式静电除尘器冲洗水对烟气有洗涤作用，可除去烟气中部分SO3微液滴，虽然三菱和日立公司均无法提供具体除去率，但是冲洗水中必须加入碱液（NaOH）以中和水中酸性，也表明部分SO3液滴被捕获后进入水中。

（3）湿式静电除尘器布置在湿法脱硫后，脱硫后的饱和烟气中携带部分水滴，在通过高压电场时也可捕获并被水冲洗走，这样可降低烟气中总的携带水量，减小石膏雨形成的几率。

（4）湿式静电除尘器可以将进口烟尘浓度从10mg/Nm3降到3 mg/Nm3，这些烟尘主要是PM2.5范围内的微尘。表明濕式静电除尘器可有效地除去PM2.5微尘。

3.2 湿式静电除尘器主要缺点

（1）湿式静电除尘器需要大量的工业水作为冲洗水，虽然采用闭式循环，但是随着水中含尘量的增加，必须不断补入原水，排出废水，废水量与烟气中含尘量呈线性关系。废水一般回用到脱硫系统，但是废水量过大必将增大脱硫系统水平衡的困难，同时增大电厂制水和废水处理设备的投资和运行费用。

（2）湿式静电除尘器布置在脱硫系统后，占地面积不大，对于新建机组对总平面布置的影响不明显，但是对于已投产的老机组可供改造有场地有限，在场地布置上将是一个主要问题。

（3）湿式静电除尘器目前在大型燃煤机组上应用业绩较少，对于国内脱硫系统后粉尘浓度较高的实际情况，其适应性还有待实际应用的检验。

（4）湿式静电除尘器虽然原理和结构并不复杂，但是因阳极板和芒刺线、喷嘴等接触烟气的部件大量采用耐蚀不锈钢材料；而且其技术未大规模投入生产，所以单个产品的技术成本较高，设备投资费用要高于普通静电除尘器（具体费用制造厂未作明确的答复）。同时运行过程中除了除尘器本体消耗的电量外，辅助的循环水泵等还将消耗部分电量，冲洗水中添加的NaOH溶液也将提高运行成本，喷嘴更换和泵的维护也增加了额外费用，因此湿式静电除尘器的总运行成本也将高于干式除尘器。

4 湿式电除尘器运风险因素分析及控制

4.1保证绝缘子室温度

在湿式电除尘器启动前8小时以上投入绝缘子室电加热系统，确保湿式电除尘器启动前或运行中，绝缘子室温度大于60℃以上，绝缘子室温度偏低会产生爬电现象，造成湿式电除尘整流变压器二次电压偏低、二次电流偏大甚至会导致整流变压器二次电流过电流，影响变压器正常供电运行或使用寿命。

4.2 避免湿式电除尘器干态运行

在进行湿式静电除尘器启动操作时，必须先启动循环给水系统再开高压供电系统，运行过程中保证循环水系统运行正常，提供正常压力和流量的循环水，若出现循环水系统失水，立即开启湿式电除尘器冲洗水阀门至电场内部供水，保证湿式电除尘器电场内部喷头在有水的情况下运行，否则烟尘进入湿式电除尘器，导致内部件（主要是阳极板、阴极线）结垢，影响除尘器的收尘效果。

4.3 严禁在锅炉完全投油时启动湿式电除尘器运行

在锅炉剩余25%油枪工作且投粉35%正常稳定运行，最好在油枪完全退出后启动湿式电除尘器运行。未完全燃烧的油或油垢会污染湿式电除尘器阳极板、阴极线，造成除尘器阳极板与阴极线收尘、放电效果甚至在除尘器发生火花放电时残余燃油可能发生着火现象。

4.4 避免湿式电除尘器进口烟气温度超出80℃运行

由于湿式电除尘器处于微酸性湿烟气环境下工作，带水酸性烟气具有腐蚀性，湿式电除尘器壳体内表面鳞片衬里耐温只能达到80℃水平，禁止将高温烟气通过湿式电除尘器内部，否则会损坏防腐衬里，影响湿式电除尘器壳体寿命，因此在锅炉点火期间脱硫吸收塔浆液循环系统投入的情况下，启动湿式电除尘器运行，方可保证进入湿式电除尘器烟温不会超过80℃。

4.5整流变压器运行火花率监视

运行人员监盘时，注意监视检查整流变压器火花率在规定的范围内，火化率偏高时，电场内部闪络放电严重会发生阳极板和阴极线击穿，混搭后造成电场内部短路，湿式电除尘器将无法正常工作，影响烟尘脱除效率，会造成烟气出口含尘量偏高。因此监盘时若发现整流变压器火化率偏高时，应及时调整，使除尘器处于最佳运行状态。

4.6 循环水系统运行监视

湿式电除尘器运行中，应加强对水系统巡检和监视，每小时应查看水系统工作情况：循环水供水压力不得少于0.6MPa，补给水供水压力不得少于0.6MPa，循环水PH值必须≥6。确保湿式电除尘器在湿态烟气下工作，否则导致内部件（主要是阳极板、阴极线）腐蚀或结垢。

4.7 氢氧化钠碱液系统运行控制

在向碱储罐注入碱液前应检查碱储罐系统是否完好，有无泄漏，排气阀是否畅通，液位计是否正常，待碱罐车出碱管与碱储罐注液口对接好后，方可开启碱罐车出碱门，向碱储罐注入碱液时应密切注意液位计的液位显示变化，若发现异常应立即关闭出碱门停止卸碱，当液位显示到规定液位时应及时关闭出碱门，以防碱液过滿外溢。操作人员应按安规要求穿戴好各种防护用具，操作时应特别小心，防止碱烧伤操作人员。30%左右的碱液在10摄氏度以下就开始结晶，碱液箱若在室外布置，要考虑保温或伴热。

5 结论

湿式电除尘器在火电厂应用从技术理论和原理上，均可实现脱硫净烟气中SO3、NH3、微细烟尘（PM2.5）、汞等多种污染物联合脱除功能，目前神华国华寿光发电有限责任公司1、2号机组采用菲达环保公司湿式电除尘器，分别与2016年7月28日、11月28日，168小时试运行期间，在线连续监测大气污染物排放浓度的平均值为：粉尘<1mg/Nm3、二氧化硫<10mg/Nm3、氮氧化物<20mg/Nm3控制并长期运行，均优于现行燃气机组排放标准（烟尘5mg/Nm3、二氧化硫35mg/Nm3、氮氧化物50mg/Nm3），实现了燃煤机组“近零排放”环保新突破，实践证明湿式静电除尘器在火电机组烟尘处理上具有良好的应用效果。但是，湿式静电除尘器在火力发电企业应用经验较少，同时也给运行维护带来一些潜在的风险因素，需在后期实际运行维护过程中应该加强注意对风险因素管控。

参考文献：

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[2] 高建兵，湿式电除尘器的主要影响因素[J].维纶通讯.2009.06（02）：22-25

[3] 张殿印，王纯.除尘工程设计手册.化学工业出版社，2003

（作者单位：神华国华寿光发电有限责任公司）