濕式靜電除塵技術在燃煤電廠煙氣深度凈化中的應用
來源：濰坊天潔環(huán)？萍脊 閱讀：8745 更新時間：2018-03-20 10:27近幾年來，我國華北和中東部地區(qū)持續(xù)出現(xiàn)大范圍、長時間的嚴重霧霾天氣，對人們的生產(chǎn)生活和身體健康產(chǎn)生了嚴重的影響。我國“多煤、少油、缺氣”的資源特性決定了其能源消費在中長期仍將以煤炭為主，燃煤發(fā)電仍將是主要發(fā)電方式；促進煤炭集中、清潔、高效利用以代替粗放使用也是防止大氣污染、保護大氣環(huán)境的主要和重要途徑。
濕式靜電除塵器（WetElectroStaticPrecipitator，簡稱WESP）作為大氣污染物控制的終端深度處理系統(tǒng)，對PM2.5和S03有很高的脫除效率，同時脫除汞的性能測試試驗也取得了很好的效果；在我國的化工、冶金行業(yè)及美國、日本、歐洲等國家的燃煤電廠得到了較為廣泛的應用，能夠有效地減少超細顆粒物、S03和汞等污染物的排放量，效果良好；因此，在我國燃煤電廠研究和推廣應用濕式靜電除塵技術非常必要。
1目前國內(nèi)燃煤電廠普遍采用的煙氣處理技術及處理效果
目前國內(nèi)燃煤電廠煙氣處理流程普遍采用低氮燃燒+NOx選擇性催化還原+三電場及以上干式靜電除塵+石灰石−石膏濕法脫硫(SCR+ESP+WFGD)的方式；本文僅對WESP脫除作用明顯的粉塵、SO3和汞的處理效果進行分析，其它的煙氣污染物NOx、SO2等不作深入討論。
1.1粉塵的脫除
三電場及以上ESP對較大的飛灰顆粒（d>10μm）的脫除效率很高，可達99%以上；但受飛灰比電阻及振打二次揚飛等因素影響，對PM10的脫除效率已相對較低,隨著顆粒物粒徑的減小，ESP對顆粒物的脫除效率下降，其中對0.1～lμm粒徑顆粒物的脫除效率甚至不足90%；增加電場、對電除塵器進行優(yōu)化及改進電源等措施并不能有效提高PM10的除塵效率。
WFGD系統(tǒng)對于3～5μm以上的細顆粒脫除效率可達70％～80％以上，但對PM2.5微粒難以有效捕集，脫除效率大多低于30％～40％，脫除作用非常有限。另外，由于GGH存在諸多問題，目前國內(nèi)大部分WFGD系統(tǒng)不設置GGH，系統(tǒng)運行時部分漿液滴會被凈煙氣攜帶出來，出現(xiàn)“石膏雨”現(xiàn)；荷蘭Meij等分析安裝有石灰石-石膏法脫硫裝置的煙氣再熱系統(tǒng)出口顆粒物組成發(fā)現(xiàn)，出口顆粒中飛灰僅占40％，石膏組份占10％，其余50％為脫硫漿液滴蒸發(fā)形成的固態(tài)微粒。
由于ESP和WFGD系統(tǒng)對PM2.5的脫除效率不高，加上WFGD出口凈煙氣攜帶脫硫漿液滴的影響，通過ESP和WFGD的處理后，煙氣中粉塵排放濃度難于長時間穩(wěn)定在10mg/m下，要達到燃氣輪機的排放標準5mg/m3以下更是難于實現(xiàn)。
1.2SO3的脫除
在ESP中，部分SO3水合成H2S04而凝結在灰塵的表面，隨飛灰從煙氣中除去，脫除效率約為20％；WFGD系統(tǒng)對SO3的脫除率約為50％，綜合ESP和WFGD對SO3總的脫除效率為60%，脫除效率較低。SO3以硫酸氣溶膠的形態(tài)通過煙囪排放后不但增加了煙囪排放的煙羽濁度、破環(huán)了電廠景觀,而且對環(huán)境造成污染、對公眾的健康造成威脅。
1.3汞的脫除
煤在爐膛內(nèi)高溫燃燒時，煤中大部分汞以蒸氣狀態(tài)析出，以氣態(tài)單質汞Hg0、氧化態(tài)汞Hg2+和顆粒態(tài)汞Hgp的形態(tài)存在于煙氣中，統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，我國燃煤電廠煙氣中Hg0和Hg2+份額占主要部分；煙氣通過SCR后，約40%的Hg0被氧化成Hg2+，但在WFGD中部分Hg2+又被還原為Hg0。ESP對汞的脫除主要利用飛灰的吸附性，因此對Hgp的脫除效率很高，接近100%；Hg2+有很好的水溶性，因此WFGD對Hg2+脫除效率較高，可達80%-90%；ESP和WFGD對Hg0的脫除效率均不高。對多個使用SCR+ESP+WFGD組合處理煙氣的電廠測試的平均脫汞率約為71.48%，排放的煙氣中主要以Hg0為主。
2濕式電除塵在燃煤電廠煙氣深度處理中的應用分析
2.1濕式靜電除塵器原理及其特性
2.1.1原理
與一般干式靜電除塵原理相同，濕式靜電除塵包含電暈放電和粉塵荷電、荷電粉塵顆粒的捕集以及沉積的粉塵從集塵極上清除三個過程。在濕式靜電除塵器頂部裝有高壓噴嘴，將水霧化后噴入電場中，通過電暈放電使霧滴荷電。含塵煙氣進入電除塵器后，在高壓直流電壓的作用下，會使粉塵帶上電荷；霧滴與粉塵顆粒碰撞會凝聚成粒徑更大的顆粒，在電場力的作用下向集塵極運動。集塵極上設有噴嘴，水霧噴到集塵極板上形成連續(xù)均勻的水膜，集塵極板上捕集的粉塵顆粒隨水膜流進灰斗而被除去。因此與ESP振打清灰不同，WESP利用的是液體沖洗集塵極表面來進行清灰，同時粉塵形成泥漿而排出去。
WESP從結構上可分為管式和板式兩種基本型式。其中管式WESP只有垂直方向煙氣流(上升流或下降流)，而板式WESP既可以采用水平煙氣流也能采用垂直煙氣流；總體而言，管式WESP比板式WESP的效率更高且由于外形簡單而占地面積更少。
2.1.2特性優(yōu)勢：
（1）WESP一般在飽和濕煙氣條件下工作，適用于處理高溫、高濕的煙氣；WESP較ESP可以采用更高的煙氣流速及更小的灰斗傾斜角，因此設備布置可以更緊湊，體積也更。
（2）沒有振打裝置等轉動部件，不存在傳動裝置容易出故障的問題，也不存在二次揚飛問題，出口粉塵可以達到很低濃度；
（3）由于粉塵與水相互交融形成的霧滴具有良好的導電性，因此，能夠收集ESP不能收集的黏性、高比電阻粉塵；
(4)能提供幾倍于ESP的電暈功率，具有較高的除塵除霧效率，尤其對于亞微米大小的顆粒包括微細粉塵、金屬顆粒（如汞）和濕煙氣中的SO3酸霧、液滴等具有很強的捕集能力；
（5）壓損低，系統(tǒng)阻力一般<400Pa。
因此，WESP適合與濕法煙氣脫硫系統(tǒng)結合，用于捕集脫硫凈化后的濕煙氣中的微細粉塵、酸霧、液滴及金屬顆粒如汞等。
不足：
（1）由于WESP內(nèi)有腐蝕性液體介質存在且溫度在露點以下，因此WESP各主要部件選材時必須考慮介質的腐蝕性，均需有一定的耐腐蝕性能或采取相應的防腐措施，尤其是陰、陽電極；
（2）當采用金屬極板WESP時需要設置廢水循環(huán)利用處理設備。
2.2濕式電除塵對粉塵、酸霧、液滴和汞的脫除作用
如前所述，WESP對亞微米顆粒的微細粉塵、金屬顆粒（含汞）脫除效率較高；煙氣中的SO3在205℃以下時，主要以H2SO4的微液滴形式存在，其平均顆粒的直徑在0.4μm以下，屬于亞微米顆粒范疇，因此也有較高的脫除效率。
2.3濕式電除塵在燃煤電廠的設計應用
2.3.1濕式電除塵器的布置方式
目前WESP在國內(nèi)燃煤電廠中應用業(yè)績較少，在歐美和日本燃煤電廠應用較多的WESP主要有3種布置方式：垂直煙氣流獨立設計、水平煙氣流獨立設計、垂直煙氣流與濕法脫硫整體式設計，垂直布置方式占地面積小，投資成本和運行費用最低；與濕法脫硫整體式布置的WESP系統(tǒng)省掉了獨立設計的WESP系統(tǒng)的沖洗和酸液處理系統(tǒng)相關的管道、閥門、箱罐、控制、儀表等設備，大大的簡化了運行方式、減少了維護工作量。
2.3.2濕式電除塵器構件材料的選擇
WESP殼體通常采用普通鋼制作，并在其表面涂有薄層防腐材料防止腐蝕。WESP內(nèi)介質具有強腐蝕性，其陰、陽極材料的選擇非常關鍵。陰極線一般選用耐腐蝕性強的鉛銻合金、鈦合金和超級雙相不銹鋼制成。陽極板最早用鉛做材料，但幾乎每次停機時都需要對WESP進行徹底的保養(yǎng)和維修；后來設計選擇用玻璃纖維加強的塑料(FRP)來包覆鉛和由其包裹的內(nèi)件，這種設計提高了WESP的使用壽命。
2.3.3濕式電除塵器的技術路線及其主要性能差異
根據(jù)陽極板選用材料的不同，WESP分成三種技術路線：金屬極板式、纖維薄膜式和導電玻璃鋼式，三種技術路線各有優(yōu)劣，在國內(nèi)都屬于前沿技術，業(yè)績都不多，投運時間也都很短。
3結論
在燃煤電廠WFGD系統(tǒng)之后加裝WESP是一項相對成熟的技術；與ESP不同，WESP的性能不受粉塵比電阻和煤灰性質的影響，內(nèi)部沒有運動部件，沒有振打清灰引起的二次揚塵，因此，性能穩(wěn)定、高效，運行可靠；對ESP和WFGD脫除效率不高的單質汞、微細粉塵和SO3等有很高的脫除效率，粉塵排放濃度可達到5mg/Nm3以下；是燃煤電廠煙氣深度凈化處理和環(huán)保最終把關的最佳設備；WESP可以脫除WFGD出口煙氣中大部分漿液滴，有望解決WFGD系統(tǒng)出現(xiàn)的“石膏雨”問題，同時增加煙氣的透明度，從而改善電廠觀感；WESP的投資費用和運行成本相對較高，但因其可對煙氣中多種污染物進行協(xié)同脫除，隨著我國日益嚴格的煙氣污染物排放要求，今后WESP必將在我國燃煤電廠得到越來越廣泛的應用。
