WESP濕式電除塵技術與電廠PM2.5排放治理

王磊磊

【摘 要】目前工業粉塵等污染物排放量日益增多，產生的顆粒物特別是PM2.5對環境及人類健康危害巨大，而微細顆粒最主要的排放源就是燃煤電廠。WESP電除塵技術是大氣污染物終端處理系統，有著采集煙氣中細顆粒與霧滴的能力，所以在電力與化工領域獲得了廣泛的應用。本文主要介紹了WESP濕式電除塵技術的原理、材料的選取以及布置形式，最后舉例說明了濕式電除塵器在在火電行業應用。

【關鍵詞】濕式電除塵 PM2.5 發電廠

中國是以煤為主的能源消耗大國，燃煤鍋爐主要有工業鍋爐和電站鍋爐，大型燃煤電站顆粒物的排放控制技術和設備仍以電除塵為主。《火電廠大氣污染物排放標準（GB 13223—2011）》自2014年7月1日起執行，現有火力發電燃煤鍋爐煙囪出口煙塵排放限值全國為30 mg/m3，重點地區特別排放限值為20 mg/m3。然而目前大部分燃煤電廠粉塵排放均超過排放限值，開展電除塵改造、降低顆粒物排放，是電力行業和除塵行業面臨的重大技術和經濟課題。

1 PM2.5排放治理的意義

PM2.5指的是大氣成分中直徑不大于2.5？m的微小顆粒物，還稱為可入肺的顆粒物。其直徑大小不到人發絲細度的1/20。在有關空氣質量的報道中可吸入顆粒與總懸浮顆粒是人們十分熟悉的兩類污染物。可吸入顆粒又稱作PM10，其直徑不大于10？m，可進入人體呼吸系統；總懸浮顆粒也稱作PM100，其直徑不大于100？m。雖說PM2.5只是大氣中含量較少的組成成分，但是其對于空氣質量與能見度有著重要影響。

研究證明，PM10和PM2.5兩種顆粒相比較，PM2.5的有機提取物毒性要比PM10大，可使哺乳動物的細胞出現惡性的轉化，使細胞DNA發生斷裂、損傷染色體、抑制細胞間的通訊，可以說，顆粒物會損害人體呼吸系統的功能，造成炎癥和哮喘等疾病，會增加心臟病患病率和死亡率，并具有潛在的致癌性。因而對人體健康和大氣環境質量的影響更大。PM2.5是導致環境污染、能見度下降、城市陰霾天的“罪魁禍首”，同時也是大氣污染物中損害人體健康的“元兇”，所以對PM2.5的治理迫在眉睫。我國一次能源以煤炭為主，大量煤炭燃燒已對生態環境造成嚴重危害，并影響到資源與環境的可持續發展。除控制SO2和NOx的排放外，PM2.5懸浮顆粒物的排放亦不容忽視。

2 濕式電除塵原理

濕式電除塵器（以下簡稱WESP）也是電除塵器的一種，WESP對粉塵的捕集原理與ESP相似，均是依靠高壓放電使粉塵產生電荷，形成大量的電子和離子，通過電場力作用向兩極移動的過程中，碰撞到煙氣中的粉塵顆粒使其荷電，經荷電的粉塵由于電場力的作用與氣流分離向極板或極線運動，荷電粉塵到達極板或極線時由靜電力吸附在極板或極線上，從而使煙氣凈化。但在清灰方式上有所不同， WESP結構與ESP結構不同之處在于WESP取消傳統振打清灰方式，而用一套噴淋系統取代振打系統，直接將水霧噴向電極和電暈區，水霧在芒刺電極形成的強大的電暈場內荷電后分裂進一步霧化，在這里，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；與干式電除塵器通過振打將極板上的灰振落至灰斗不同的是：濕式電除塵器則是通過水噴淋系統在陽極板上形成連續而均勻的水膜進行清灰，無振打裝置，流動水膜將捕獲的粉塵沖刷到灰斗中隨水排出。由于取消振打，避免了二次揚塵的出現，同時電場中有大量飽和水汽，可以大幅降低粉塵比電阻，提高運行電壓，因而能實現接近零排放，以達到WESP更高的收塵效率、脫除SO3、PM2.5等污染物的目的。

3 濕式電除塵技術特點

濕式電除塵器具有除塵效率高、壓力損失小、操做簡單、能耗小、無運動部件、無二次揚塵、維護費用低、生產停工期短、可在煙氣露點溫度以下工作、由于結構緊湊而可與其它煙氣治理設備相互結合、設計形式多樣化等特點。其與干法電除塵相比，具有以下優點：（1）除塵的效率高達99%，與此同時，可消除煙霧，實現無塵無煙霧的效果；（2）不需要振打，自動形成水膜并自動進行清灰，解決了靜電除塵中二次揚塵的問題；（3）尤其適用溫度多變、長期高溫的除塵情況，克服了布袋除塵沒有辦法克服的高溫難題，填補了技術上的空白；（4）去除PM2.5的效率高達95%，其排放粉塵的濃度小于5mg/Nm3。

濕式電除塵器作為控制燃煤煙氣PM2.5非常有效的設備，在發達國家的電力等工程領域得到了廣泛應用，僅日本三菱重工就已有32臺套應用于電廠。美國BruceMansfield電廠、MirantDickerson電廠等多家電廠測試報告表明，濕式電除塵器對PM2.5的去除效率均高于95%，粉塵排放濃度低于5mg/Nm3。。隨著各國對環保要求的提高，美國、日本和德國等發達國家對微細粉塵、SO3酸霧等污染物治理力度的加大，濕式電除塵器的研制和應用也成為除塵行業的發展方向。

4 濕式電除塵材料選擇

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，注意各種材料的選擇有著其能夠正常工作的氯化物濃度范圍。

不同氯化物濃度對應采用的材料

氯化物濃度c/10-6

材料選擇

c<14000

316系列不銹鋼

14000≤c<24000

317系列不銹鋼

24000≤c<30000

雙相不銹鋼

c≥30000

高鎳合金

5 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。

6 火電行業濕式電除塵應用實例

某電廠的300MW發電機尾部的煙氣通過石灰石-石膏濕法脫硫進行處理，系統配置為一爐一塔，脫硫裝置未設GGH。WESP電除塵系統使用前除塵的效率在98.69%左右；出口的煙塵濃度達140mg/Nm3左右，超出了環保排放標準要求。使用WESP電除塵系統后，達到以下效果：（1）煙囪入口總固體顆粒排放質量濃度平均值為18.5mg/m3（標態、干基），低于重點地 區大氣污染物特別排放限值20mg/m3（標態、干基）的要求；（2）機組煙囪入口液滴排放質量濃度平均值為13.46mg/m3（標態、干基），符合設計 指標—液滴排放質量濃度≤20mg/m3（標態、干基）的要求；（3）煙囪出口煙氣帶水和“石膏雨”問題得到很大改善，在裝置的出口粒級在PM2.5以上的細顆粒可脫除干凈，PM10排放濃度≤9mg/m3、PM2.5排放濃度≤2mg/m3；（4）脫酸的效果明顯，煙囪冷凝酸性液體降低為70%，冷凝液中H+離子濃度降低約60%，煙囪腐蝕壓力大大減緩；（5）設備正常運行時，平均電耗130kW，水耗率為零。

7 結語

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。

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