新建超超臨界空冷燃煤機組濕式電除塵器選型分析

洪如松

(中國大唐集團科學技術研究院，北京　102206)

新建超超臨界空冷燃煤機組濕式電除塵器選型分析

洪如松

(中國大唐集團科學技術研究院，北京102206)

摘要：濕式電除塵器(WESP)是一種對多污染物深度控制的環保設備，通過對金屬極板、柔性極板和玻璃鋼極板這3種WESP的綜合對比分析，認為金屬極板濕式電除塵器在技術風險和可靠性上占有優勢，可以長期保證低排放，并實現多污染物的協同控制，特別是對SO3的高效脫除，能夠有效緩解防腐，降低煙囪防腐費用。

關鍵詞：WESP；綜合對比分析；多污染物；協同控制

隨著國家環保要求逐步向發達國家標準接近或超越，特別是在重點地區，對燃煤發電廠煙氣排放控制更加嚴格，常常有電廠剛建成就需要進行環保改造。2014年9月12日，國家發改委、環保部和國家能源局三部委聯合發布的《煤電節能減排升級與改造行動計劃(2014—2020年)》中指出：加強新建機組準入控制。東部地區(遼寧、北京、天津、河北、山東、上海、江蘇、浙江、福建、廣東、海南等11省市)新建燃煤發電機組大氣污染物排放濃度基本達到燃機標準限值，即要求在基準氧含量6%條件下，粉塵、SO2、NOx排放濃度分別不高于10、35、50mg/m3，中部地區(黑龍江、吉林、山西、安徽、湖北、湖南、河南、江西等8省)新建機組原則上接近或達到燃機標準限值，鼓勵西部地區新建機組接近或達到燃機標準限值。同時，支持同步開展大氣污染物聯合協同脫除，減少SO3、汞、砷等污染物排放[1]。

為使燃煤電廠大氣污染物煙塵排放濃度達到排放標準，在濕法煙氣脫硫裝置的下游安裝濕式電除塵器(WESP)，可作為高效除塵的終端精處理設備。它具有控制復合污染物的強大功能，對PM2.5微細粉塵、黏性的或高比電阻粉塵及煙氣中酸霧、氣溶膠、汞、重金屬、二惡英等的收集都是理想的[2]，WESP已成為燃煤電廠煙氣綜合治理體系最后一道防線。據不完全統計，截至2015年4月，我國投運、在建和簽訂合同的燃煤電廠WESP已超過200臺，總裝機容量約120 000MW，超過美、日等國家燃煤電廠應用WESP的總和[3]。一般來講，配置WFGD+WESP系統的燃煤電廠顆粒物排放可降低80%以上，WESP還可降低85%以上的SO3排放。這些方法結合起來可將新建電廠的濕煙囪排放的可見煙氣混濁度降到10%以下[4]。

1WESP工作原理

WESP是一種新的除塵設備，其主要工作原理為，在放電極在直流高電壓的作用下，將其周圍氣體分子電離為電子和正離子，電子與粉塵或霧滴粒子發生碰撞使其表面荷電，荷電粒子在電場力的作用下向集塵極運動，水流從集塵板頂端流下形成一層均勻穩定的水膜，將其帶走。同時噴到極板通道中的水霧既能捕獲微細煙塵又能降其電阻率，利于微塵向極板移動。因此，WESP與干式電除塵器的除塵原理基本相同，都要經歷電離、荷電、收集和清灰4個階段[5]。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，濕式電除塵器則是將水噴至集塵極上形成連續的水膜，流動水將捕獲的粉塵沖刷到灰斗中隨水排出[6]。WESP最早于1907年開始應用于制酸、冶金等工業生產中，在1982年后國外大容量燃煤電廠也開始采用WESP以除去脫硫后煙氣中粉塵等污染物[6]。近年來，濕式靜電除塵器在冶金工業等行業中，可有效控制煙氣中酸霧、顆粒污染物排放，得到廣泛應用。

2WESP國內制造商及國內外應用情況

2.1WESP國內制造商

目前濕式電除塵器極板主要有3種型式：金屬極板、柔性極板和玻璃鋼極板。濕式電除塵技術在國內處于起步階段，但代表了一個重要的技術方向。目前國內濕式電除塵出現了幾個不同的技術流派，主要有以福建龍凈為代表的沖洗式金屬極板的濕式電除塵技術，以山東山大能源環境有限公司為代表的柔性陽極濕式電除塵技術，以及以雙盾環境科技有限公司為代表的玻璃鋼濕式電除塵技術。此外還有浙江菲達環保引進的日本三菱濕式電除塵技術、浙江南源引進的日本日立濕式電除塵技術和南京通用引進的日本科特雷爾濕式電除塵技術，也是采用沖洗式金屬極板，技術路線與龍凈環保大致相同。

2.2WESP國外應用情況

日本三菱公司于1991至1993年對碧南電廠的1、2、3號機組(3×700MW，技術路線：低NOx燃燒器+SCR煙氣脫硫工藝+電除塵器+濕法煙氣脫硫工藝+WESP)建成WESP，碧南電廠4、5號2臺1 000MW機組WESP(采用低NOx燃燒器+SCR煙氣脫硫工藝+低低溫電除塵器(含移動極板)+濕法煙氣脫硫工藝+WESP+水媒體凈煙氣加熱器技術路線)分別于2009年、2010年投運，機組設計WESP進口煙塵質量濃度≤5mg/m3，出口煙塵質量濃度≤2mg/m3，除塵效率60%。

燃用硫分為4.2 %的美國spurlock電廠1、2號機組WESP(采用低NOx燃燒器+SCR煙氣脫硫工藝+電除塵器+濕法煙氣脫硫工藝+WESP技術路線)分別于2008年和2009年投運。燃用硫分為2.6 %ElmRoad電廠1、2號機組WESP(采用低NOx燃燒器+SCR煙氣脫硫工藝+電除塵器+濕法煙氣脫硫工藝+WESP技術路線)分別于2009年和2010年投運。美國燃煤電廠WESP的應用主要針對燃中、高硫煤電廠。

2.3WESP國內投運情況

不同型式WESP國內投運情況如表1所示。

表1　不同型式WESP國內投運情況[6]

3綜合對比分析

3.1工程概括

本工程位于京津翼地區，規劃建設4×660MW燃煤機組，本期建設2×660MW超超臨界直接空冷凝汽抽汽機組，配2臺超超臨界一次再熱煤粉爐。鍋爐采用超超臨界參數變壓直流爐、一次中間再熱、平衡通風、緊身封閉、固態排渣、全鋼構架、全懸吊結構Π型鍋爐，推薦28MPa/600℃/620℃的主機參數。

本工程設計煤種為崔家寨煤礦煙煤(含硫量0.8%)，校核煤種為水西煤礦煙煤(含硫量0.75%)。脫硫系統采用石灰石—石膏濕法脫硫工藝。本工程雖燃用低硫煤，但屬于新建電廠，將粉塵、SO2、NOx、PM2.5、SO3及汞等控制共同考慮，提出先進的環保技術路線，按煙氣流程，鍋爐尾部設備配置如下：一級省煤器—選擇性催化還原(SCR)煙氣脫硝裝置—二級省煤器—空氣預熱器—低溫省煤器—雙室五電場靜電除塵器—引風機—脫硫塔(濕法脫硫)—WESP—煙囪。

3.2技術對比

不同極板型式的WESP技術綜合對比如表2所示。

表2　不同極板型式的WESP技術綜合對比[6]

4結語

金屬極板WESP、柔性陽極WESP和玻璃鋼陽極WESP在國內都屬于前沿技術，產品分屬幾家廠商，產品投運時間都很短。通過技術對比可以看出3種技術路線各有優劣。

金屬極板WESP由于極板穩定，并且有水膜覆蓋沖洗系統，因此在電場穩定性、清灰性能上具有優勢，噴水清灰同時具有脫除SO3、SO2、NH3、汞等重金屬污染物的能力。在防腐性能上，金屬極板在有中性水膜覆蓋的條件下防腐性能較好；柔性陽極的陽極框架和張緊裝置雖然采用了2205或2507等防腐蝕鋼材，但是由于長期暴露在混合強酸的環境中，存在一定的腐蝕風險；玻璃鋼極板WESP主要用于化工及冶金行業(比電阻較低)，火電廠煙氣的比電阻要高很多，除塵效率能達到多少有待驗證。綜合比較，初步認為金屬極板性能略優于柔性陽極及玻璃鋼極板。從技術潮流來看，金屬極板WESP為國際主流技術，已在多個國家得到應用，國內主流采用金屬極板WESP，而柔性陽極WESP經過多年的發展，仍然只有極少數應用案例，因此認為技術方向的風險大于金屬極板，國內投運項目已出現極板燒毀現象。

柔性陽極WESP和玻璃鋼陽極WESP的優勢在于其沒有循環水系統的電耗和加藥中和環節，因此年運行費用稍低，但對脫硫系統將產生影響，打破了脫硫系統酸堿平衡，需要增加脫硫CaO用量，也要增加費用，總體運行費用相差不大。同時不具備脫除SO3、SO2、NH3、汞等重金屬污染物的能力。

綜合分析對比，認為金屬極板WESP在技術風險和可靠性上占有優勢，可以長期保證低排放，并實現多種污染物的協同治理，特別是對SO3高效脫除，能夠有效緩解防腐，降低煙囪防腐費用。因此可以作為較佳的技術推薦方案。結合本工程現有設備情況，如果煙塵排放要求達到5mg/Nm3，除塵效率需在80%以上，建議選擇金屬極板WESP。 如果煙塵排放要求達到10mg/Nm3，除塵效率需在60%以上，建議首選金屬極板WESP，也可考慮選用柔性陽極或玻璃鋼陽極WESP。但從設備的性能、安全可靠性、維護管理等因素綜合考慮，應選擇金屬極板濕式電除塵器。

參考文獻：

[1]酈建國，酈祝海，李衛東，等. 燃煤電廠煙氣協同治理技術路線研究[J].中國環保產業，2015(5)：52-56.

LIJian-guo,LIZhu-hai,LIWei-dong,etal.Researchonfluegasco-benefitcontroltechnicalrouteincoal-firedpowerplants[J]．ChinaEnvironmentalProtectionIndustry，2015(5)：52-56．

[2]陳招妹，王劍波，姚宇平，等. 濕式電除塵器在燃煤電廠WFGD后的應用分析[C]. 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.貴陽：中國科學技術協會，2013：1-5.

[3]趙琴霞，陳招妹，周超炯，等. 濕式電除塵技術及其在電廠的應用前景探討[J].電力環境保護，2012(4)：24-26.

ZHAOQin-xia,CHENZhao-mei,ZHOUChao-jiong,etal.DiscussiononwetESPtechnologyanditsapplicationprospectincoal-firedpowerplants[J].ElectricPowerEnvironmentalProtection, 2012,28(4):24-26．

[4]陳招妹，高志豐，呂明玉.WESP在燃煤電廠“超潔凈排放”工程中的應用[J].電站系統工程，2014(6)：18-20.

CHENZhao-mei,GAOZhi-feng,LVMing-yu.ApplicationofWESPincoal-firedpowerplantsfor′ultracleanemission′ [J]．PowerSystemEngineering，2014(6)：18-20．

[5]劉鶴忠，陶秋根. 濕式電除塵器在工程中的應用[J].勘測設計，2012(3)：43-47.

LIUHe-zhong,TAOTiu-gen.Explorationapplicationofwetelectricdustcatchertoengineering[J].ElectricPowerSurvey&Design, 2012(3):43-47.

[6]張華東，周宇翔，龍輝. 濕式電除塵器在燃煤電廠的應用條件分析[J].中國電力，2015(8)：13-16.

ZHANGHua-dong,ZHOUYu-xiang,LONGHui.Studyonapplicationconditionsofwetelectrostaticprecipitatorsincoal-firedpowerplants[J]．ElectricPower, 2015(8)：13-16．

(本文編輯：趙艷粉)

WESP Selection for Air-Cooled Ultra-Supercritical Thermal Power Unit

HONG Ru-song

(ScienceandTechnologicalResearchInstitute，ChinaDatangCorporation,Beijing102206)

Abstract:Wet electrostatic precipitator (WESP) is a kind of environmental protection equipment for in-depth control of multi pollutant. This paper makes a comprehensive comparative analysis of three kinds of WESP: metal plate, flexible plate and fiber glass plate. It is shown that Metal plate WESP, with advantages in the technical risk and reliability，can ensure the low emission, multi-pollutant co-benefit control，especially efficient SO2 removal，and effectively relieve the corrosion and reduce the anti-corrosion cost of the chimney.

Key words:WESP；comprehensive comparative analysis；multi-pollutant；co-benefit control

DOI：10.11973/dlyny201601020

作者簡介：洪如松(1982)，男，碩士，工程師，從事電力勘測設計和技術經濟工作。

中圖分類號：X773

文獻標志碼：A

文章編號：2095-1256(2016)01-0089-04

收稿日期：2015-10-13