WBE型濕式電除塵器在火電廠的運用

童長炘，張 瑾，戴海金

（福建龍凈環保股份有限公司，福建 龍巖 364000）

WBE型濕式電除塵器在火電廠的運用

童長炘，張 瑾，戴海金

（福建龍凈環保股份有限公司，福建 龍巖 364000）

介紹了WBE型濕式電除塵器在電廠350MW機組提效改造工程中的應用。采用在脫硫塔與煙囪間新增濕式電除塵器，克服場地受限、煙氣流速快、氣流分布不均、性能要求高、改造工期短等難點。改造后的濕式電除塵器出口煙塵排放控制在2.05mg/Nm3，為火電廠超潔凈排放做出了貢獻。

濕式電除塵器；高位布置；陰陽極配型式；三相高效電源；灰水循環系統

1 引言

國家“十二五”環保新標準《火電廠大氣污染物排放標準》（GB13223-2011），規定了從2014年7月1日起，現有火電鍋爐執行SO2排放限值為200mg/Nm3，粉塵排放限值為30mg/Nm3的排放標準。同時，標準還對氮氧化物和汞及其化合物排放提出了要求，要求氮氧化物排放低于100mg/Nm3，汞及其化合物排放限值為0.03mg/Nm3。隨著國家對大氣污染治理的深入推進，地方政府對大氣污染治理的主動性大大增加。尤其許多電力企業，也在不斷進行技術攻關，不僅做到了達標排放，還主動將污染物排放水平做到了“近零排放”。

神華國華三河發電有限責任公司，地處京畿要地，廠址西距通州區17km、北京市區37.5km，東距三河市17km。鑒于特殊的地理位置及未來國家環保日益嚴格的發展形勢，該廠計劃對一期、二期工程進行加裝濕式電除塵器提效改造，從而實現對電廠粉塵等污染物的終端綜合處理，達到“近零排放”的目的。

2 工程概況

該企業一期工程安裝2臺日本三菱重工350MW凝汽式汽輪發電機組，1#、2#機組分別于 1999年12月、2000年4月投產電廠一期煙氣脫硫改造工程，采用一爐一塔，設置煙氣旁路煙道，并設有GGH，每臺機組單獨設置1臺增壓風機。每臺FGD的煙氣處理能力為相應鍋爐BMCR工況時的100%煙氣量。一期煙氣脫硫改造與二期煙氣脫硫同步建設，公用系統設在一期煙氣脫硫區域。2#機組目前采用雙室五電場靜電除塵器，根據性能試驗，2#機組電除塵出口煙塵濃度為68.5mg/Nm3。2012年6月，電科院測試2#機組脫硫系統的出口粉塵排放濃度為27～29mg/Nm3；其1#機組采用柔性電極技術的濕式電除塵器，2014年7月通過了168小時運行驗收，1#機組排放的粉塵、二氧化硫、氮氧化物分別為5.0mg/m3、9.0mg/m3和35.0mg/m3，達到并優于燃氣發電機組大氣污染物排放限值，實現了“近零排放”目標。這對于采用WBE型剛性板式濕式電除塵器的2#機組來說，是一個必須要超越的目標。為此，在借鑒國外相關技術的基礎上，結合上杭瑞翔、上海長興島、山東淄博等電廠濕式電除塵器實際運行經驗和測試數據，經過多方面論證，最終制定了具有獨特的電場極配、氣流分布、高壓供電系統和低壓控制系統、高效節能間斷噴淋控制技術等機電一體化技術保障措施的綜合方案。

3 方案概述

該項目采用兩電場，水平進、出風的結構設計方案。根據循環泵房、循環泵房周圍空地及預留煙道的位置，選定濕式電除塵器的斷面為210m2，除塵器內部煙氣流速為2.3m/s，保障煙氣在電場中達到3s以上足夠長的處理時間，更有利于保證濕式電除塵器的整體效率。改造后需達到的目標見表1。

表1 煙塵達標排放治理設計基礎參數

濕式電除塵器的出口參數：出口煙塵（含石膏）＜3mg/Nm3；煙塵去除率（含石膏）＞80%；供貨界限內阻力≤500Pa。

針對該項目時間緊、工程難度大的情況，改造方案確定為：對脫硫后煙道進行改造，將脫硫塔出口煙道調轉180°后，水平接入高位布置的2#爐濕式電除塵器進口喇叭，濕式除塵器鋼支架橫跨2#循環泵房（其中2根鋼支架由泵房內部穿房頂而出），濕式除塵器水平出口喇叭經方圓變徑呈一定角度略向下接入凈煙道。以雙圓分管型式匯入廠區內玻璃鋼煙道，供貨范圍：前至吸收塔出口膨脹節（含膨脹節），后至濕式電除塵器出口煙箱膨脹節（含膨脹節）法蘭面范圍內所涉及的機務、電氣、熱控、土建等各個專業的供貨。具體布置三維效果如圖1。

圖1 濕式電除塵器三維圖

4 工程項目特點

該項目采用了簡潔的高位布置，緊湊型結構，利用CFD計算機數值模擬流場優化，保證進入濕式除塵器內的流場均勻，減少渦流對除塵效果的影響，并保證供貨界限內的系統阻力滿足協議要求。通過采用先進的三相電源，小分區供電方式，配合剛性專用陽極板配套免焊接專利陰極線的極配型式，產生良好的電氣特性，進而取得滿意的收塵效果。濕式電除塵器內部可靠的防腐措施，保證了濕式電除塵器的安全運行，高效合理的灰水循環機制，降低了運行成本。

4.1 簡潔的高位布置方式

根據2#爐的實際場地條件，采用高位水平進出布置方案，煙氣從脫硫塔到玻璃鋼煙道的距離最短，減少了彎頭數量，能夠將系統阻力降到最低。

4.2 緊湊型結構布置

2#爐從濕法脫硫的吸收塔到凈煙道之間的場地狹窄，泵房擋道，而且泵房周邊管道密布、支架林立。濕式電除塵器由于用水清灰，為保證清灰效果，極板的高度不能過高，而濕式電除塵器要達到一定的性能，就要有足夠的規格，占地面積比較大，因此，再要布置濕式電除塵器，顯得異常困難。項目采用了特有的頂部吊掛結構，在有限的空間內，盡量多地布置收塵極板，保證實際比積塵能夠滿足使用要求，排放達標。

4.3 CFD計算機數值模擬流場優化

為達到設備界限內阻力及流場的設計要求，采用CFD計算機數值模擬方法對該項目的煙道及濕式電除塵器內流場進行模擬分析，并對流場進行優化，最終確定的優化方案的實際設備阻力小于400Pa，遠小于協議要求的500Pa并保證了氣流均布性達到均方根σ≤0.2。

根據濕式電除塵器圖紙，建立數值模擬幾何模型，模型與原型比例為1︰1（如圖2所示）。模擬范圍從吸收塔到煙囪前煙道，包括進出口煙道、進出口喇叭、濕式電除塵器殼體、煙囪前煙道等。

圖2 三河電廠濕式電除塵器幾何模型圖

對不同布置下的系統阻力進行模擬分析，系統中的全壓監測位置如圖3所示。系統初始方案的布置為進口喇叭型煙箱內設置兩層孔板，從小口到大口，開孔率分別為50%和40%；出口喇叭內設置雙層除霧器，運行阻力為雙層170Pa。系統阻力模擬結果顯示，此種方案可達到界限內阻力小于500Pa的設計要求。阻力模擬結果如表2所示。

其中界限內阻力為從全壓1到全壓4之間的阻力，其中，全壓1～2之間為進口喇叭前方圓節的阻力（即表中進口煙道）；全壓2～3之間為濕式電除塵器本體阻力；全壓3～4之間為出口煙道阻力；全壓4到模型出口之間為三通阻力。

5.為便于文中插圖的編輯處理及排版，由數據利用軟件繪出的柱圖或曲線圖，要以原圖的形式插入（雙擊能夠進入做圖軟件），不要以圖片形式插入，同時用表格形式給出±s的作圖數據。圖表和參考文獻一律用英文表示，中文期刊（書籍）的中文名稱放在括號中。要求圖表自明。

根據CFD計算機氣流模擬試驗結果，該項目高位水平布置結構，供貨界限內系統阻力小于500Pa，滿足了協議的要求。

圖3 系統壓力測試位置示意圖

表2 高位布置系統各部分阻力統計表

4.4 剛性極板與專利陰極線產生良好電氣特性

該項目采用剛性專用陽極板配套免焊接專利陰極線（見圖4），能產生良好的電氣特性，整體陰極線免焊接繃緊在陰極框架上，避免了焊接損傷和應力腐蝕造成的陰極斷線，系統更加穩定可靠。每塊剛性不銹鋼陽極板搭配四根陰極線，極配合理，電場分布均勻，結合特有的噴淋機制，可形成均勻的水膜，清灰效果好、除塵性能高。

4.5 供電先進，運行穩定

圖4 WBE型濕式電除塵器極配示意

濕式電除塵器的關鍵技術之一是在潮濕環境、連續噴淋的條件下，高壓能夠穩定運行。實現這一目標的措施，主要是通過控制軟件的優化，提高細微火花檢測水平，優化火花控制功能，從而實現臨界火花控制，提高濕式電除塵器的運行電壓。另外該項目采用三相電源及小分區供電方式，能夠在連續噴淋的潮濕環境下穩定運行，進而保證高效穩定的除塵效果。

三相高壓電源的原理設計決定了其具備更高的功率因素（≥0.90）和更高的轉換效率（≥90%）。三相供電平衡，其電壓、電流、磁通的大小相等，相位依次相差120°；可控硅全導時三相電源的峰值電壓與平均電壓接近（＜5%），近似高頻電源純直流供電時的輸出電壓，平均電壓提高了25%。因此，相對于傳統的單相高壓電源，能有效提高二次平均電壓和有效二次電流，提高除塵效率。

4.6 高效合理的灰水循環系統

該項目配套的灰水循環處理系統包括：堿儲罐、卸堿箱、循環過濾水箱、補給水箱、加堿泵、循環水泵、補給水泵、過濾泵、灰水分離器及相關儀控、管件等，采用其水平衡圖如圖5所示。

圖5 水平衡圖

該項目采用前排極板連續噴淋，最后一排極板間歇噴淋方式?？傆盟?4.16t/h，其中75.6t/h循環使用，補水量=排水量=耗水量=8.56t/h，沖洗量3.52t/h，水膜量80.64/h。

濕式電除塵器給水系統的主要功能是將工業來水送往除塵器頂部，對濕式電除塵器的內部件進行噴淋，使陽極板上形成均勻水膜，同時對陰極線等內部構件進行定時沖洗，確保濕式電除塵器正常穩定運行，給水系統的用水需循環使用，僅允許少量污水排放。該2#爐350MW機組配套1臺濕式電除塵器，每臺電除塵器配備1套獨立的給水系統。每套給水系統由3個支系統組成：補給水系統、中和加藥系統、循環水系統。基本流程如為：

4.7 設備反腐處理

濕式除塵器內部材料的選擇應充分考慮防腐要求，極板、極線、管道、框架、陰極吊梁材料均采用SUS316L，殼體墻壁板采用不小于5mm的碳鋼，安裝好后，內壁及內部件采用表面襯玻璃鱗片防腐，焊縫處襯玻璃纖維短切氈加強防腐。

4.8 大跨度支撐結構

該項目為現役機組提效改造工程，工藝布置受周邊建（構）筑物及地下管線設施條件限制。根據設計要求與場地條件，濕式電除塵器工藝布置在2#爐機組脫硫循環泵房上方。有2根鋼支架立柱需從2#爐機組循環泵房內部生根，穿房頂而起，泵房內部的這2根鋼支架立柱跨度超過20m，受制于泵房內部設備布置，在泵房內高達10米段不能設置橫梁及斜撐，而且該電廠地處京津冀中心，廠址區地震動峰值加速度值為0.20g，相應的地震基本烈度為8度，因此采用大跨度的梁柱支撐結構。通過鋼結構計算軟件合理設計立柱截面，采用變截面的立柱型式，在保證安全的前提下，降低了設備鋼耗。

5 改造效果

改造后經過專業測試機構的測試，在100%負荷條件下，PM2.5～PM10、PM1～PM2.5、≤PM1、≤PM2.5、≤PM10的細顆粒物脫除效率分別為80.541%、79.874%、75.536%、77.314%、78.174%。各項技術參數指標均符合設計要求，煙塵排放濃度大大優于國家新排放標準要求，達到燃氣機組“近零排放”水平。結果見表3。

表3 測試結果表

6 結語

濕式電除塵器與干式電除塵相結合，布置在濕法脫硫系統之后，能有效除去煙氣中的粉塵微粒，滿足國家新的污染物排放標準，達到“近零排放”，為京津冀核心區域內火力發電機組節能減排提供了一種先進、成熟可靠的技術，可高效除去煙氣中的多種污染物，滿足我國日益嚴格的污染物減排要求。 ■

Application of Wet ESP of WBE Type in Power Plant

TONG Chang-xin, ZHANG Jin, DAI Hai-jing

X701

：A

：1006-5377（2016）04-0028-04

國家“863”計劃（2013AA065004）。