濕式靜電除塵器在污染物減排治理中的應(yīng)用

張澤玉，吳大偉，吳祥奎，鐘作倫，蘇錦燕，張澤勇

（深圳市格瑞斯達(dá)科技有限公司，廣東 深圳 518052）

濕式靜電除塵器在污染物減排治理中的應(yīng)用

張澤玉，吳大偉，吳祥奎，鐘作倫，蘇錦燕，張澤勇

（深圳市格瑞斯達(dá)科技有限公司，廣東 深圳 518052）

濕式靜電除塵器；污染物；高效設(shè)備；發(fā)展前景

1　WESP的工作原理

WESP是一種用于處理含濕氣體的高壓靜電除塵設(shè)備，其工作原理是將霧化水噴向放電極和電暈區(qū)，由于霧化水的比電阻相對(duì)較小，其在電暈區(qū)與粉塵結(jié)合后，可使高比電阻粉塵的比電阻下降。霧化水在電極形成的電暈場(chǎng)內(nèi)荷電后分裂進(jìn)一步霧化，電場(chǎng)力、荷電水霧的碰撞攔截、吸附凝并，共同對(duì)粉塵粒子起到捕集作用，最終使粉塵粒子在電場(chǎng)力的驅(qū)動(dòng)下到達(dá)集塵極而被捕集，噴霧形成的連續(xù)水膜將捕獲的粉塵沖刷至灰斗中排出（見(jiàn)圖1）。

圖1　WESP工作原理示意圖

從WESP的工作原理可以看出，WESP與ESP（干式靜電除塵器）的除塵原理基本相同，都要經(jīng)歷荷電、收集和清灰三個(gè)階段，都是靠高壓電暈放電使得粉塵荷電，荷電后的粉塵在電場(chǎng)力的作用下到達(dá)到集塵板（管）。兩者的主要區(qū)別在于：ESP主要處理含水率很低的干性氣體，WESP可用于處理含水率較高乃至飽和的濕氣體；ESP一般采用機(jī)械振打或聲波方式清除電極上的積灰，容易引起二次揚(yáng)塵而降低除塵效率，WESP采用液體沖洗集塵極表面，使粉塵隨著沖刷液而清除，能夠達(dá)到更低的粉塵排放濃度。如日本中部電力公司碧南發(fā)電廠的煙塵排放濃度在2～5mg/Nm3之間，新磯子電廠煙氣處理采用干式電除塵器、活性炭脫硫及濕法電除塵器，煙塵排放濃度低于1mg/Nm3［4］。

2　結(jié)構(gòu)型式

WESP按照結(jié)構(gòu)方式主要分為水平臥式（見(jiàn)圖2）和豎直立式兩種基本型式，豎直立式又分為獨(dú)立布置以及與FGD整體式布置（見(jiàn)圖3）。水平臥式和豎直獨(dú)立布置的WESP需要專(zhuān)門(mén)空間，與FGD整體式布置的WESP由于設(shè)置在脫硫塔頂部，不需要專(zhuān)門(mén)空間，占地面積小，投資成本和運(yùn)行成本較低。加拿大New Brunswick電力公司的Dalhousie和Coleson Cove電廠（315MW機(jī)組）較早采用這種整體布置形式對(duì)脫硫塔進(jìn)行改造，以降低初期投資和運(yùn)行費(fèi)用；近些年與FGD整體式布置的WESP在國(guó)內(nèi)應(yīng)用也較廣泛，如國(guó)電都勻福泉電廠、甘肅玉門(mén)油田分公司等。

圖2　水平臥式

圖3　豎直立式

水平臥式WESP的收（集）塵極呈平板狀，具有可獲得良好的水膜形成特性，極板間均勻布置電暈線(xiàn)，可處理水平或垂直流動(dòng)的煙氣；豎直立式WESP的收（集）塵極為多根并列的圓形或多邊形導(dǎo)電管束，放電極均布于極板之間，只能用于處理垂直流動(dòng)的煙氣。一般來(lái)講，同等通氣截面積情況下，豎直立式WESP的效率為水平臥式板式的2倍。兩種結(jié)構(gòu)型式WESP的對(duì)比結(jié)果見(jiàn)表1。

表1　兩種結(jié)構(gòu)型式WESP的對(duì)比分析

3　系統(tǒng)組成

WESP一般布置在濕法脫硫系統(tǒng)后、煙囪前，其煙氣處理工藝流程如圖4所示。

圖4　污染物治理超低排放工藝流程圖

WESP主要由結(jié)構(gòu)本體、陰極系統(tǒng)、陽(yáng)極系統(tǒng)、霧化沖洗系統(tǒng)、水處理系統(tǒng)、電控系統(tǒng)等組成（如圖5所示）。WESP本體與干式ESP基本相同，包括：進(jìn)口喇叭、出口喇叭、殼體、放電極及框架、集電極絕緣子、霧化噴嘴和管道等。

3.1陰極系統(tǒng)

圖5　WESP結(jié)構(gòu)示意圖

陰極系統(tǒng)由陰極承載梁、陰極線(xiàn)、重錘和下部陰極框架組成，陰極線(xiàn)上端掛接于陰極承載梁上，下端將陰極線(xiàn)與重錘組合在一起。陰極線(xiàn)的選取原則是：堅(jiān)固耐用、起暈電壓低、放電強(qiáng)烈、電暈電流密度大、剛性好、耐酸抗氯離子腐蝕性強(qiáng)（如鉛銻合金材料）。通常采用鋸齒線(xiàn)作為放電極，以滿(mǎn)足微細(xì)粉塵荷電的要求。不同型式陰極線(xiàn)的選取參數(shù)見(jiàn)表2。

表2　不同型式陰極線(xiàn)的選取參數(shù)

3.2陽(yáng)極系統(tǒng)

陽(yáng)極系統(tǒng)采用特制的陽(yáng)極板（管）結(jié)構(gòu)，以滿(mǎn)足霧化噴淋、洗滌的運(yùn)行要求。對(duì)于豎直立式WESP，目前的陽(yáng)極系統(tǒng)大多采用模塊化蜂窩布置的正六角形導(dǎo)電阻燃玻璃鋼管束作為收塵極。由內(nèi)切圓為Φ350mm/360mm、壁厚3mm，長(zhǎng)度6000mm的CFRP正六角型蜂窩管組成蜂窩狀電極，懸掛在管束支撐梁上（見(jiàn)圖6）。

圖6　正六角型蜂窩管布置示意圖

3.3霧化沖洗系統(tǒng)

霧化沖洗系統(tǒng)一般安裝在WESP上部，利用雙流體霧化噴槍實(shí)現(xiàn)循環(huán)水的霧化，霧化后的水滴隨煙氣進(jìn)入WESP工作區(qū)，在電場(chǎng)作用下趨向集塵極，并在集塵極上形成水膜，在重力作用下攜帶液滴顆粒物順流進(jìn)入集水箱或脫硫塔內(nèi)。霧滴對(duì)WESP除塵效率的提高有重要影響：

（1）霧滴可以保持放電極清潔，使電暈一直旺盛；霧滴擊打在集塵極上連續(xù)形成薄而均勻的水膜，可阻止低比電阻粉塵的“二次飛揚(yáng)”、調(diào)質(zhì)高比電阻粉塵防止發(fā)生“反電暈”現(xiàn)象、防止黏滯性強(qiáng)的粉塵黏掛電極，并適合于收集易燃、易爆的粉塵。

（2）霧滴直接噴向放電極和電暈區(qū)，放電極還可兼起霧化器的作用，采用同一電源可實(shí)現(xiàn)電暈放電、水的霧化、水霧和粉塵粒子荷電，實(shí)現(xiàn)靜電和水霧的有機(jī)結(jié)合。

（3）霧滴直接噴向放電極，荷電量高，這種高荷質(zhì)比霧化水在電場(chǎng)中的碰撞攔截、吸附凝并作用可大大提高除塵效率。

（4）將霧滴噴向放電極和電暈區(qū)，使水霧進(jìn)一步霧化，靜電與霧化噴淋裝置無(wú)直接接觸，不存在絕緣問(wèn)題。

（5）芒刺電極能產(chǎn)生很強(qiáng)的靜電場(chǎng)，同時(shí)具有很好的電暈放電能力，靜電和霧滴協(xié)同作用，具有很高的除塵效率。

（6）霧滴在集塵極上形成水流流下，使集塵極（管）始終保持清潔，省去了振打裝置，同時(shí)避免了干式除塵由于振打清灰?guī)?lái)的二次污染問(wèn)題。

3.4水處理系統(tǒng)

水處理系統(tǒng)包括循環(huán)水箱、循環(huán)水泵、排水箱、排水泵、堿儲(chǔ)罐、堿計(jì)量泵、工業(yè)水箱、工業(yè)水泵和相應(yīng)管道等。噴淋除塵后的收集液先收集入排水箱，加入NaOH溶液進(jìn)行pH調(diào)整后，外排至脫硫系統(tǒng)作為補(bǔ)充水，其他水量通過(guò)排水箱溢流到循環(huán)水箱；循環(huán)水箱中的循環(huán)水通過(guò)補(bǔ)加工業(yè)水和堿液來(lái)調(diào)配其pH值在8～10，作為濕式靜電除塵器的循環(huán)水，回流給霧化噴嘴使用。外排損耗的水量由工業(yè)水另行補(bǔ)充（如圖7）。

3.5電控系統(tǒng)

WESP的電控系統(tǒng)由低壓控制系統(tǒng)和高壓控制系統(tǒng)兩部分組成，用電負(fù)荷主要有WESP本體、絕緣箱加熱裝置、水泵等。低壓控制系統(tǒng)用于絕緣箱加熱器的配電

圖7　水處理系統(tǒng)工藝流程圖

控制，配備了PLC控制系統(tǒng)，用于實(shí)現(xiàn)絕緣箱加熱器的自動(dòng)化，使絕緣箱溫度始終保持在100℃～120℃；高壓控制系統(tǒng)主要是高壓控制柜和高壓發(fā)生器，為電暈電極裝置提供電源以形成電暈場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)煙氣的深度凈化。

4　WESP應(yīng)用的關(guān)鍵問(wèn)題

WESP在國(guó)外燃煤電廠已有30多年的應(yīng)用史，目前約有50余套WESP裝置應(yīng)用于美國(guó)、歐洲及日本的電廠。我國(guó)環(huán)保企業(yè)從2009年開(kāi)始投入濕式電除塵器的研究和開(kāi)發(fā)，從試驗(yàn)、中試到工業(yè)應(yīng)用，目前已取得了多個(gè)項(xiàng)目的成功應(yīng)用，并得到很好的使用效果。燃煤電廠煙氣污染控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)通常為“SCR（脫硝系統(tǒng)）+ ESP（干式靜電除塵器）+ WFGD（濕法脫硫）+ WESP”，WESP作為大氣復(fù)合污染物控制系統(tǒng)的深度處理技術(shù)，主要用于脫除WFGD系統(tǒng)無(wú)法捕獲的酸霧（0.1～0.5μm）、控制PM2.5細(xì)顆粒物的排放、解決煙氣排放渾濁度以及石膏雨等問(wèn)題。WESP推廣應(yīng)用的關(guān)鍵問(wèn)題如下：

（1）對(duì)煙氣參數(shù)的要求［5］。進(jìn)入WESP電場(chǎng)的煙氣溫度需降低到飽和溫度以下，否則會(huì)蒸發(fā)掉大量的沖洗液，使粉塵顆粒變干燥；粉塵濃度不宜過(guò)高，避免形成不易沖洗的泥漿；由于WESP工作在低溫（低于硫酸露點(diǎn)溫度）潮濕的工作環(huán)境，SOx濃度不易過(guò)高，否則易造成部件的低溫腐蝕。

（2）必須形成均勻連續(xù)的液膜。若沖洗水不能均勻連續(xù)分布在集塵極（管）表面，在極板（管）上易形成“干污點(diǎn)”，積聚粉塵，導(dǎo)致電流被抑制，形成大規(guī)模的電暈閉鎖，降低除塵效率。

（3）對(duì)幾何尺寸有嚴(yán)格要求。WESP集塵極和放電極的幾何形狀必須合適，否則會(huì)出現(xiàn)空間充電效應(yīng)或電暈抑制現(xiàn)象。

（4）FGD系統(tǒng)水平衡難度大。對(duì)于與FGD整體式布置的WESP裝置來(lái)說(shuō)，由于WESP沖洗水采用閉式循環(huán)，隨著水中含塵量的增加，需不斷補(bǔ)充原水、排出廢水，廢水排出量與煙氣中含塵量幾乎呈線(xiàn)性關(guān)系，增大了FGD系統(tǒng)水平衡的難度。

（5）需占用爐后空間。若WESP布置在FGD后，循環(huán)水箱和水泵等廢水處理設(shè)備可布置在電除塵器下部，需要占用爐后位置，增大了爐后設(shè)備的布置難度，對(duì)于已投產(chǎn)的老機(jī)組來(lái)說(shuō)，場(chǎng)地布置將是一個(gè)主要難題。

（6）運(yùn)行成本較控制。對(duì)于水平臥式WESP，由于陽(yáng)極板、芒刺線(xiàn)等接觸煙氣的部件大量采用耐腐蝕不銹鋼材料，投資成本較高。同時(shí)，運(yùn)行中除WESP本體消耗電量外，循環(huán)水泵等還將產(chǎn)生部分電耗；對(duì)噴淋沖洗水適當(dāng)進(jìn)行pH值控制對(duì)維持設(shè)備正常運(yùn)行非常重要，沖洗水中添加的NaOH溶液也將提高一部分運(yùn)行成本；設(shè)備維護(hù)等也增加了額外費(fèi)用。因此，水平臥式WESP的運(yùn)行成本會(huì)高于ESP［6］。

5　結(jié)論

（1）WESP具有除塵效率高、操作簡(jiǎn)單、壓損小、能耗小、無(wú)運(yùn)動(dòng)部件、無(wú)二次揚(yáng)塵、維護(hù)費(fèi)用低、生產(chǎn)停工期短、可工作于煙氣露點(diǎn)溫度以下、結(jié)構(gòu)緊湊、可與其它煙氣治理設(shè)備相互結(jié)合、設(shè)計(jì)形式多樣化等優(yōu)點(diǎn)。

（2）WESP可實(shí)現(xiàn)微細(xì)顆粒物（PM2.5粉塵、酸霧、氣溶膠）、重金屬（Hg、As、Se、Pb、Cr）、有機(jī)污

（3）WESP收塵性能與粉塵特性無(wú)關(guān)，適用于含濕煙氣的處理，有著其他除塵技術(shù)無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)，尤其適用于電廠、鋼廠濕法脫硫之后含塵煙氣的處理，必然在工業(yè)污染物脫除領(lǐng)域發(fā)揮巨大的作用。

［1］ Bologa A，Paur HR.Novel wet electrostatic precipitator for collection of fine aerosol［J］.JOURNAL OF ELETROSTRATICS，2009，67（2-3）：150-153.

［2］ Lin，G.，Tsai，C.，Chen，S.，et al.An Efficient Single-Stage Wet Electrostatic Precipitator for Fine And Nanosized Particle Control［J］.Aerosol. Sci. Technol，2010，44，38-45.

［3］ 楊林軍.燃燒源細(xì)顆粒物污染控制技術(shù)［M］. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2011.

［4］ 趙鵬，陳勇，蹇浪.濕式靜電除塵器再火電廠中的應(yīng)用探討［J］.能源與環(huán)境，2013 （6）：95-96，99.

［5］ 時(shí)超林，潘衛(wèi)國(guó)，郭瑞堂，等.火電廠濕式靜電除塵器的發(fā)展現(xiàn)狀綜述［J］.電力與能源，2013，34（5）：493-496.

［6］ Bayless D J，Alam M K，Radcliff R，et al. Membrane-based wet electrostatic precipitation［J］.Fuel Processing Technology，2004，85：781-798.

Application of Wet Electrostatic Precipitator in Treatment of Pollutants’Emission Reduction

ZHANG Ze-yu， WU Da-wei， WU Xiang-kui， ZHONG Zuo-lun， SU Jin-yan， ZHANG Ze-yong

TK223.27；X701.2

A

1006-5377（2016）09-0039-04