对湿式电除尘技术及其在燃煤电厂中的应用分析

1 湿式电除尘技术对燃煤电厂的作用、价值

煤炭在我国的一次能源结构当中所占比例最高，远超其他类型的能源，但煤炭的燃烧和使用会带来非常大的大气污染，烟尘排放量非常之大，我国每一座燃煤电厂每年的平均烟尘排放量就达到了300万吨左右。在燃煤产生的烟气中存在非常多的微细颗粒，其粒径通常在50um 以下，其中40%为PM10，而在PM10当中粒径在2.5um 以下的PM2.5所占比例又在40%到70%左右，其所可能带来的危害是非常严重的，如大气能见度降低、光化学烟雾、酸雨等的发生都以PM2.5的大量存在为主要原因，而且人体在吸入了PM2.5之后健康还会受到侵害，发生各种呼吸系统方面的疾病。2006年到2008年间，美国与欧盟先后实现了世界卫生组织发布的《空气质量准则》第三过渡时期目标值，对各行各业的空气污染排放做出了严格规定，如PM2.5日均浓度不能超过35ug/m3，年均浓度不能超过15ug/m3。我国现目前的《环境空气质量标准》要求PM2.5日均浓度不能超75ug/m3，年均浓度不能超过35ug/m3。

美国环保署有研究数据显示，其国内大气当中的PM2.5有相当部分是由于燃烧所产生的，而且燃煤电厂所占的比例最高，为此美国能源日报发文报道指出燃煤电厂是大气细微颗粒物的主要源头。我国是煤炭生产与消费使用大国，在发电生产中燃煤发电所占的比例依然最高，所以由其所产生的大气细微颗粒污染物数量也最大，此问题在近些年越发成为了国家和社会的焦点。在《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223-2011)中，我国将燃煤电厂的粉尘排放标准降低为30mg/m3，部分重点地区的标准更是拟降低至20mg/m3。而近年国家各部委对燃煤电厂下发的《通知》和《计划》中，政策均向超低排放倾斜，超低排放的烟尘标准为5mg/m3，比《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223-2011)中规定的燃煤锅炉重点地区特别排放限值下降75%。

经过对燃煤电厂电除尘器前后细灰组成进行研究发现，除尘器前粉尘大颗粒占大多数，PM10和PM2.5占总灰百分比为39.35%和2.42%，而除尘器后高达92.47%和35.56%，说明普通电除尘器对细灰捕集效率不高，PM2.5去除率较低[1]。近年为解决燃煤大气污染排放问题先后又出现了相关其他技术，通过对所有技术的综合分析发现，“湿法”和“静电”是控制微细颗粒的2大技术特征，而且随着颗粒直径由10um 递减至小于1.0um，各种技术相应的粉尘收集效率曲线陡降，唯一例外的是湿法与静电并用的湿式电除尘技术，该技术的收尘效率受微细颗粒直径影响较小，对粒径0.06um 到10um 范围内的颗粒都具有较高的收集效果。也就是说，在火力发电对我国依然必要的情况下，湿式电除尘技术在燃煤电厂当中的应用是目前最理想的一种大气污染控制方式，应当得到推广与应用实践。

2 湿式电除尘技术的原理与优势

从技术原理上来讲，湿式电除尘是将水雾喷向放电极和电晕区，水雾在电极形成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，喷雾形成的连续水膜将捕获的粉尘冲刷到灰斗中排出。在湿式电除尘器当中，因为存在水雾液滴，这就可以改变电极表面势垒。同干式电除尘技术比较起来，电子的激发在湿式电除尘中就更加的容易。而且在湿式电除尘器当中，在电场的作用之下水中含有的杂质更加容易越过表面势垒变为发射离子。这一系列的因素，最终会对电极放电效果带来影响和改变，即使是在低电压的情况之下也能够发生电晕放电。再者，水的电阻明显更小，因此粉尘与水接触之后可以降低粉尘的电阻率，这样就可具备更高效的除尘效果，而且湿式电除尘器的清洗采用的是流水，不会导致二次扬尘的出现[2]。

湿式电除尘技术的优势主要在于，其除尘效果非常的明显和稳定，可达到超低排放的效果，显著减少煤炭在燃烧过程中产生的大气污染物，达到国家的排放标准要求。同时能够将PM2.5微细粉尘和气溶胶有效的脱除，使得烟囱透明度得到改善，从长远来讲，这可以持续满足国家空气质量控制要求；再者是湿式电除尘还能够将三氧化硫有效脱除，改善烟囱、烟道的腐蚀情况，降低生产中的防腐成本；最后是通过该技术方法的应用能够防止湿法脱硫造成的石膏雨、蓝烟酸雾等现象。当然该技术也存缺点，如其对水量的消耗较大，不过可以对灰水进行相应的处理，对其实现循化利用，如部分的污水可用作湿法脱硫的工艺补水，同时可将原湿法脱硫中用到的工艺补水等量用于湿式电除尘器，如此一来这两种技术之间就可形成总体水平衡；再一个较为明显的缺点是初期成本投资较大，明显高于其他的相关技术方法，不过长期经济效益和生态效益突出。

3 湿式电除尘技术在燃煤电厂中的应用

3.1 湿式电除尘的结构选择

湿式电除尘技术主要包括管式湿式电除尘与板式湿式电除尘。管式湿式电除尘器集尘极主要由多边形的金属管组成，也有圆形的金属管，但是其排列均为多根并列，放电极于极板之间均匀分布。从实际的作用功能上来讲，这种结构的湿式电除尘器只能用于对垂直方向流动的烟气起到除尘作用；板式湿式电除尘器集尘极主要呈平板的形状，这更有利于水膜的形成。于极板之间其电晕线同样是均匀的分布，与前者的另一差异是，在除尘功能上板式湿式电除尘器不仅可以处理垂直方向流动的烟气，同样也能够对水平方向的流动烟气起到除尘作用[3]。在燃煤电厂中，对于湿式电除尘的结构选择应根据实际情况，结合不同结构的特点做出科学的判断。

3.2 湿式电除尘的材料选择

燃煤电厂湿式电除尘器的工作环境通常都是气体温度饱和、或是气体接近温度饱和，这时在气体中氧含量是较高的，容易造成腐蚀，缩短设备的寿命，为防止这样的情况尽量延长设备的使用寿命、降低设备成本，便需更谨慎的进行湿式电除尘材料选择[4]。

如气体中含氧量并不是非常高，通常可选择A36碳钢作为材料，其液体回路还需采用抗微生物方式进行处理，这样就可达到消除硫还原细菌的效果，因为硫还原细菌对于碳钢来说腐蚀性是较强的，可能导致湿式电除尘设备在短期之后便需更换昂贵管件。至于设备的内部部件，壳体可采用碳钢，为了增强其抗腐蚀性能还需在其表面涂一层防腐材料，而且在安装过程中一定要避免任何的部件表面遭到擦挂、破坏，诸如连接部位、孔隙以及焊缝等地方，也需要进行相应的防腐处理。

另外需要注意的是，在湿式电除尘设备的内部构件材料选择中需要均衡成本，往往结构设计相同的湿式电除尘设备，由于材料的选择差异成本可能会相差巨大。实践中应根据实际工作环境情况来合理的选择材料，要在确保其具有理想抗腐蚀、抗裂隙性能的情况下尽量降低成本。在这里，氯化物的浓度是需要主要考虑的一个因素，表1对各种可选材料能够适应的氯化物浓度进行了说明。

表1 各种可选材料能够适应的氯化物浓度

3.3 湿式电除尘的布置形式

当前湿式电除尘的布置形式主要有三种：水平烟气独立布置，称为卧式湿式除尘器，；垂直烟气独立布置，又称立式湿式除尘器；垂直烟气与WFGD整体式布置[5]，内部结构以蜂窝状管式除尘器为主。这三种布置形式各有特点，其中水平烟气独立布置、垂直烟气独立布置都需具备专门的空间，因此空间需求相对较大，一般适用于大型燃煤电厂新建机组，符合大空间布置需求，其整体造价及运行维护费用相对较高。而垂直烟气与WFGD 整体式布置则不需专门的空间，空间需求和占地较小，因此在燃煤电厂改造中应用的较为广泛，且成本与后期的运行费用、维护费用等也相对较低[6]。此外垂直烟气与WFGD 整体式布置的可靠性相对更高，因为在其内部结构中没有可活动的内件，对冲洗后的酸液以及存储进行了系统简化，优化清洗水喷雾冲洗且清洗水能直接作为补给水被WFGD所利用，其优点是较为突出的。

4 结语

就目前、乃至今后相当长的一段时间来讲，燃煤发电都还必须存在，其对社会生活、生产的用电保障依然具有不可替代的作用和地位。不过燃煤发电弊端是非常明显的，空气污染较为严重，烟尘排放量非常大，这不仅会破坏空气环境，同时还会影响到整个自然生态循环，甚至对人类健康、安全带来危害。面对这样的情况，能够采取的办法便是要做好燃煤发电中的空气污染控制工作，降低烟尘排放量，而湿式电除尘在目前是这方面非常理想的一种技术，应对其加强研究、探讨与实践，将其科学、合理的应用到燃煤电厂发电生产中来，从而有效降低燃煤电厂发电过程当中烟尘污染物排放量。