燃煤電廠濕式電除塵技術

摘 要：顆粒物特別是細顆粒物（PM2.5）對環境及人類健康危害巨大，而燃煤電廠是細顆粒物的主要排放源。濕式電除塵器作為煙氣污染物的終端精處理裝備，具有捕集煙氣中細顆粒物和霧滴的功能，在電力行業得到了推廣應用。文章總結了濕式電除塵技術原理、設計及性能影響因素和技術研究現狀，以及濕式電除塵器在燃煤電廠的應用情況。

關鍵詞：燃煤電廠；濕式電除塵；PM2.5控制；酸霧控制

引言

根據統計，在中國各行業中，燃煤電廠排放的工業煙塵所占比例是最高的[1]。國家逐年降低火電廠污染物排放限值，最新頒布的《火電廠大氣污染物排放標準》中燃煤電廠煙塵排放限值降低至30mg/m3，而對于重點地區，其燃煤電廠煙塵排放限值降低至20mg/m3。當燃煤電廠燃煤灰份大、比電阻高或鍋爐排煙溫度較高時，干式電除塵器往往達不到新標準的要求。經過對燃煤電廠電除塵器前后細灰組成進行研究，發現除塵器前粉塵大顆粒占大多數，PM10和PM2.5占總灰百分比為39.35%和2.42%，而除塵器后高達92.47%和35.56%，說明普通電除塵器對細灰捕集效率不高，PM2.5除塵效率較低[2]。

近年來針對微細顆粒的排放控制發展了許多新技術，其對微細粉塵的收集效率如圖1所示，從圖中可以看到，隨著顆粒直徑由10μm遞減至小于1μm，各種技術相應的粉塵收集效率曲線陡降，唯一例外的是濕法與靜電并用的濕式電除塵技術，該技術的收塵效率受微細顆粒直徑影響較小，對粒徑0.06～10μm范圍內的顆粒都具有較高的收集效果。

根據國內外應用情況，在濕法脫硫裝置后安裝濕式電除塵器，不僅能有效控制煙氣中的微細顆粒的排放，而且可以脫除濕法脫硫后煙氣中攜帶的石膏液滴，以及經過SCR后生成的SO3氣溶膠顆粒，從而消除煙囪“石膏雨”和煙氣的“藍煙”等現象。

1 濕式電除塵技術工作原理及其脫除性能

1.1 工作原理

濕式電除塵脫除粉塵分為荷電、集塵、清灰三個步驟。將水霧噴向放電極和電暈區，水霧在電極形成的電暈場內荷電后分裂進一步霧化，電場力、荷電水霧的碰撞攔截、吸附凝并，共同對粉塵粒子起捕集作用，最終粉塵粒子在電場力的驅動下到達集塵極而被捕集，噴霧形成的連續水膜將捕獲的粉塵沖刷到灰斗中排出。

1.2 濕式電除塵對微細粉塵和SO3霧滴的脫除

濕式電除塵中，放電極電子較易溢出，水霧被進一步細化，使電場中存在大量帶電霧滴，大大增加亞微米粒子碰撞帶電的機率，而帶電粒子在電場中運動的速度是布朗運動的數十倍，這大幅度提高了亞微米粒子向集塵極運行的速度，可以在較高的煙氣流速下，捕獲更多的微粒[4]。煙氣中的SO3在205℃以下時，主要以H2SO4的微液滴形式存在[5]，其平均直徑在0.4μm以下，因此干式靜電除塵器和FGD對SO3去除較低。濕式電除塵器對亞微米顆粒的高捕獲率，可對SO3的微液滴起相同作用。濕式電除塵器獨特的工作環境決定了它能夠高效地脫除亞微米級別的粉塵、霧滴，除塵效率最高可達到99.9%以上[6]。

2 濕式電除塵器設計

2.1 結構設計

濕式電除塵器在結構上主要分為兩種基本型式：管式和板式。管式濕式電除塵器的集塵極為多根并列的圓形或多邊形金屬管，放電極均布于極板之間，管狀濕式電除塵器只能用于處理垂直流動的煙氣。板式濕式電除塵器的集塵極呈平板狀，可獲得良好的水膜形成特性，極板間均布電暈線，板式濕式電除塵器可用于處理水平或垂直流動的煙氣。

這兩種濕式電除塵器的不同點主要在于[7]：

（l）對于給定的除塵效率，電極長度相同的前提下，管式濕式電除塵器所允許的煙氣流速是板式濕式電除塵器的兩倍。

（2）對于給定的除塵效率，管式濕式電除塵器的局部干燥區比板式濕式電除塵器要小。

2.2 材料選擇

殼體通常采用帶有襯層保護的碳鋼，為防止腐蝕，其內表面需涂有防腐材料。安裝時還需嚴格控制殼體內表面破損，防止產生腐蝕，如焊縫、孔隙、構件連接處及蓋板等。

為了避免發生點腐蝕和裂隙腐蝕，內部構件材料必須考慮工藝氣體和沖洗液體中氧和氯化物的濃度。對于耐腐蝕性和材料選取的關系，表1顯示了各種材料的選擇及其能夠正常工作的氯化物濃度范圍。

2.3 濕式電除塵布置形式

目前在國外電廠常采用的濕式電除塵器布置形式有以下三種：水平煙氣獨立布置；垂直煙氣獨立布置；垂直煙氣與WFGD整體式設計。前兩種布置方式需要專門的空間，第三種布置方式是近些年來最常用的，同時成本和運行費用也是最低的，占地面積也很小。

3 濕式電除塵在燃煤電廠的應用

濕式電除塵器最早在1907年開始應用于硫酸和冶金工業生產中，上世紀八十年代后國外大容量燃煤電廠也逐漸采用濕式電除塵器凈化脫硫后的煙氣，取得了良好的效果。美國的AES Deepwater電廠于1986年采用濕式電除塵技術，該電廠以石油焦作為主要燃料，其濕式電除塵器由3個電場、12套平行向上的煙氣流系統模件組成，經測試對硫酸霧的脫除效率高于90%[9]。2000年和2002年NB電力公司分別對Dalhousie電廠和Cloeson Cove電廠（1050MW）的WFGD進行改造并安裝了濕式電除塵器，采用的都是WFGD與濕式電除塵器整體布置方式。日本中部電力碧南電廠五臺機組（3×700MW+2×1000MW）使用濕式電除塵器后，其排放濃度長期穩定在2～5mg/Nm3，表明濕式電除塵器能高效地除去煙氣中的煙塵和石膏微液滴。國內在燃煤電廠領域的應用仍處于起步階段。

4 結束語

濕式電除塵器作為煙氣終端精處理設備能高效收集對人體危害特別大的PM 2.5、PM10等顆粒物。但是，由于需要選用耐腐蝕性強的高等級不銹鋼作為電極材料以及煙氣流速較低造成設備體積龐大，導致現有的濕式電除塵器工程造價偏高，成為制約該技術推廣的重要因素。如果能夠在電極材質和煙氣流速方面得到改進，將會大大促進該技術在國內的應用進程。

參考文獻

[1]代旭東，徐曉亮，繆明烽.電廠PM2.5排放現狀與控制技術[J].能源環境保護，2011，25（6）：1-4.

[2]范海燕，劉建忠，周俊虎，曹欣玉，岑可法.煤燃燒過程中超細灰粒排放和污染特征[C].中國工程熱物理學會會議論文，2002.

[3]Green DW， Perry R H. Perry's chemical engineer's handbook[M]. New York： McGraw-Hill Co. Inc. 2008： 22-55.

[4]陳招妹，王劍波，姚宇平，尹得仕.濕式電除塵器在燃煤電廠WFGD后的應用分析.第十五屆中國科協年會第9分會場：火電廠煙氣凈化與節能技術研討會論文集.2013.

[5]薛建明，縱寧生.濕法電除塵器的特性及其發展方向[J].電力環境保護，1997，13（3）：40-44.

[6]王智，賈瑩光，祁寧.燃煤電站鍋爐及SCR脫硝中SO3的生成及危害[J].東北電力技術，2005，26（9）：1-3.

[7]陳招妹，趙琴霞，楊艷霞，宣偉橋，周超炯.濕式電除塵技術及其在電廠的應用前景[C].第14屆中國電除塵學術會議論文集，2011.

[8]Ken Parker. WESPs and Fine Particle Collection. 8th International Conference on Electrostatic Precipitation. 2001

[9]Triseori R， Kumar TS， Lau Y， et al. Performance evaluation of wet electrostatic Precipitator at AES DeePwater[C]. Air Waste Management Assoeiation100Annual Conference，2007.