燃煤電站用高氣速電除霧器的研制

修海明

（福建龍凈環保股份有限公司 福建龍巖 364000）

1 前言

隨著我國經濟的持續快速發展，各工業集體逐漸龐大，各種大氣污染物的排放急劇增加，環境污染和生態破壞日趨嚴重。近年來PM2.5和霧霾天氣引發了公眾的高度關注。伴隨人們對大氣污染物認識的不斷加深，及國家節能減排政策的出臺，新頒布的《火電廠大氣污染物排放標準》（GB13223-2011）已于2012年1月1日起正式實施。這就對除塵設備的性能和可靠性提出了更嚴格的要求。近日，國家三部委又發出(2014)2093號文件，要求燃煤電站煙氣污染物排放達到燃氣輪機組水平（即NOX：≤50mg/Nm3、SO2：≤35mg/Nm3、煙塵：≤10mg/Nm3），部分地方政府及發電企業甚至主動要求煙塵排放≤5mg/Nm3，這就使得僅有傳統的干式除塵器幾乎難以滿足排放要求。

我國的能源結構仍然以煤為主，并在相當長的時期內不會改變，這就決定了燃煤機組仍是我國電力行業的主要發電裝置，因此作為我國大氣污染主要來源之一的燃煤電站成為國家環境治理的重中之重。燃煤電廠目前普遍應用的污染物控制技術干式除塵器對于SO3、氣溶膠、微細顆粒物、重金屬等的排放控制能力有限，而且目前已經投運機組脫硫吸收塔后煙氣中攜帶有大量的石膏液滴，易出現“石膏雨”現象。濕式電除霧器擁有捕集煙氣中霧滴和微小塵粒的功能，尤其是對微細、粘性、高比電阻粉塵和氣溶膠及細小的金屬顆粒、二惡英等有顯著的捕集效果，在國內的化工、冶金、建材等行業有著多年成功應用的業績，據報道在國外的燃煤電廠中也有近30年的應用歷史，但機組煙氣量較小，設計的氣速較低。而我國隨著“上大壓小”政策出臺，燃煤機組朝大型化不斷發展，煙氣量越來越大，傳統的低氣速濕式電除霧無法處理大煙氣量，因此開發適用于燃煤電廠的高氣速靜電除霧器迫在眉睫[1]。

2 濕式電除霧器的工作原理

濕式電除霧器是高效的煙氣凈化設備，能捕集煙氣中微米及亞微米級微粒，確保霧滴、粉塵達標排放。其工作原理與干式靜電除塵器類似，只是將沉淀極（陽極）板改為玻璃鋼管束結構，每個玻璃鋼管中心對應一根陰極電暈線。工作過程大致分為四個階段：a）氣體被電離；b）霧滴及粉塵荷電；c）荷電粉塵向相反電極移動；d）收塵極上的霧滴粉塵被噴淋水清除。工作時，通過靜電控制裝置和高壓整流裝置，將交流電變成直流電送至電除霧器的電暈極線，從而在電暈線（陰極）和玻璃鋼管（陽極）之間形成強大的不均勻電場，使得空氣分子被電離，瞬間產生大量的電子和正、負離子，這些電子及離子在電場力的作用下作定向運動，構成捕集粉塵及霧滴的媒介。當含霧滴和粉塵的煙氣進入電場后，由于離子的碰撞和擴散，霧滴和粉塵荷電在電場力的作用下，作定向運動，抵達電荷相反的電極上，此時荷電粒子釋放出自己所帶的電荷，大部分霧滴和粉塵在重力作用下流到除霧器下部的集液槽中，小部分霧滴和粉塵殘留在收塵極表面。當積累到一定程度時，開啟系統中的噴淋裝置對電極進行噴水清灰，殘余粉塵順流而下到集液槽，這樣就達到了捕集霧滴及細微粉塵的目的。

與傳統干式靜電除塵器相比，靜電除霧器中由于有水的存在，水中的多種雜質離子在電場作用下容易形成發射離子，這樣就增強了電極的放電效果；再者，水的電阻較小，水滴與粉塵結合后，使得高比電阻粉塵的比電阻下降，濕式電除霧器的工作狀態會更加穩定，能夠收集靜電除塵器不能收集的黏性、高比電阻的粉塵；最后，濕式電除霧器中采用水流噴淋沖洗，無需設置振打機構，所以不存在二次揚塵的問題。

3 高氣速電除霧器的研制

我國從上世紀六十年代就開始電除霧器的研究，在化工、冶金領域已經有多年的使用經驗，但其處理的煙氣量相對較少，氣速一般在1m/s左右。而燃煤電廠煙氣量大、煙氣工況復雜、富含多種雜質及微量重金屬的特點，使得傳統的電除霧器不適用于燃煤電廠，因此研制適合燃煤電廠的高氣速、高效的電除霧器是目前最需要解決的問題。

高氣速電除霧器主要在原電除霧器的基礎上，根據燃煤煙氣的特點，對部分結構及材質進行改進。以某公司研制的350MW機組電除霧器為例，其基本結構包括殼體、電暈線、玻璃鋼制沉淀極、陰極懸吊裝置、絕緣箱和陰極框架等，總體結構圖如圖1。

圖1 高氣速電除霧器結構圖

由圖1可知：每個玻璃鋼沉淀極（陽極）中心都設置有一根電暈線（陰極），上方固定在上部陰極框架上，下方用重錘拉緊，每個重錘被限制在下部陰極防擺框架內，這種結構在燃煤電廠大煙氣量、高氣速的條件下限制了電暈線的擺動，從而保證了除霧器的穩定、高效運行。高氣速電除霧器需要保證的主要技術性能參數見表1。

表1 高氣速電除霧器主要性能參數

為了保證除霧器的性能，其核心部件如導電玻璃鋼管、電暈線等的材質及結構設計是關鍵，導電玻璃鋼管必須有良好的導電性、耐蝕性和阻燃性，電暈線具備優異的放電性能等。因此，高氣速電除霧器主要從以下幾個方面開展研究：

3.1 陽極導電玻璃鋼管的研制

靜電電除霧器沉淀極的形狀一般為管狀，按沉淀極材質分，除霧器經歷了三個發展階段，分別是：鉛靜電除霧器、塑料靜電除霧器和玻璃鋼靜電除霧器。

20世紀80年代之前，鉛靜電除霧器憑借其優異的導電性和耐腐蝕性得到了廣泛的應用。但經過多個工程實踐的檢驗，發現鉛靜電除霧器也有其缺點，鉛的價格昂貴且易發生鉛中毒，鉛的質地較軟，在電場內為了避免閃絡損壞鉛管，需把電壓降低到無火花操作的程度，使得除霧效率提高困難。

20世紀80年代開始，隨著塑料制品的興起，在業內興起了一股用硬聚氯乙烯（PVC）管替代鉛管作為沉淀極的潮流。塑料的優點在于其價格比鉛要低得多，且閃絡一般不會破壞塑料表面，因此能在較高電壓下運行，從而得到更高的除霧效率。隨著時間的推移，塑料制靜電除霧器的局限性也日漸凸顯，塑料易老化、使用壽命短，且塑料本身是不能導電的，僅靠管內壁形成的液膜來導電，而塑料表面的疏水性使得水很難在其表面形成連續的液膜，因此很難維持穩定的伏-安特性，電壓時高時低使得除霧器運行不穩定。

圖2 導電玻璃鋼陽極管結構圖

20世紀90年代初，鑒于鉛靜電除霧器和塑料靜電除霧器存在的不足，在汲取國外設計制造經驗的基礎上，國內開始研制自己的導電玻璃鋼電除霧器，并在制酸系統中得到了應用。導電玻璃鋼管一般做成正六邊形，也稱蜂窩形，內切圓直徑在250mm~400mm，長度一般為4m~6m，如圖2所示，其具有結構緊湊、充分利用內/外表面、節約材料以及占地面積小的優點[2]。

導電玻璃鋼管一般分成三層結構，從內腔到外表面依次為：阻燃導電的樹脂層，中堿玻璃纖維布層，纏繞紗樹脂層。這種結構的玻璃鋼具有導電性強、阻燃性好、強度高等優點，性能參數詳見表2。

表2 導電玻璃鋼物理性能

3.2 陰極電暈線的研制

燃煤電廠的煙氣量巨大，這就決定了應用于燃煤電廠的電除霧器的設計煙氣流速較大。從理論上講，當氣速為1m/s~1.2m/s時，電暈極線的比電流在0.15mA/m~0.2mA/m就基本能滿足使用要求，當氣速加快，煙氣在電場中的停留時間變短時，要保證同樣的除霧效率就必須加大電暈極線的比電流。比電流與電暈極線的形式有很大的關系，因此，電場氣速提高時可以通過更改電暈極線的形式來滿足要求。

業內普遍選用的電暈極線大都為盲刺形電暈極線，眾多實驗數據證明：盲刺線的比電流要比最初使用的六角鉛導線的比電流大很多，其放電能力強，具有優異的抗粘附和抗電暈閉塞能力，允許采用更高的氣速，因此大大減小了電除霧器的占地面積。

3.3 陰極框架的研制

另一個影響煙氣流速的因素則是電暈極線的固定方式，傳統電除霧器的陰極線上端固定在陰極上部框架的小梁上，下端僅靠重錘張緊固定，當氣速較大時，極線容易晃動，從而引起運行電壓電流不穩定。為了避免高氣速對電暈線的影響，在電暈極線下部設置一個防擺框架（如圖3），下部防擺框架架設在陰極下部大梁上，下部大梁再通過連接桿與上部陰極框架實現剛性連接，從而上、下陰極框架連成一個整體，再將整體框架固定在電除霧器側部絕緣箱內，通過頂部絕緣箱與側部絕緣箱的配合固定，使得整個陰極框架被牢牢固定在殼體內。運行時，每根陰極線通過下部重錘被限定在防擺框架的方格內，這樣就可以確保電暈線在較高的氣速下保持穩定，保證電流和電壓在合理的范圍內，除霧器運行起來穩定可靠，除霧效率也能得到保證。

圖3 防擺框架結構圖

4 結語

隨著人們生活水平不斷提高，對美好生活環境的渴望也越來越強，國家對煙塵的排放標準越來越嚴，甚至提出了超低排放要求（503510）。干式除塵器對微細粉塵的脫除能力有限，隨著WFGD運行時間的延長，部分酸性霧滴會被煙氣攜帶而出，造成尾部煙道及煙囪的腐蝕，很多燃煤電廠已經面臨排放超標的壓力。傳統的除塵工藝路線已不能滿足新時代的要求，因此研制適合燃煤電廠大氣量、高氣速的電除霧器，對滿足現行排放標準具有重大意義。本文所述技術已經在東莞市泰昌紙業130t/h+65t/h循環流化床鍋爐煙氣治理系統中得到了成功應用，實現煙塵排放＜2.8mg/Nm3，運行效果良好，為燃煤電廠大煙氣量處理使用電除霧器提供了工程示范，促進了燃煤煙塵治理技術進步。

[1]林祖涵.靜電除霧技術在燃煤電廠的應用 [J].華電技術，2011，33（1）：65-68.

[2]張元慶.高效電除霧器的研制和應用[J].硫酸工業，2006（1）：14-17.