湿式电除尘器在燃煤电厂WFGD后的应用分析.doc

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1、湿式电除尘器在燃煤电厂WFGD后的应用分析本文分析了湿式电除尘器的去除机理，介绍了湿式电除尘器在燃煤电厂锅炉烟气处理中（湿法脱硫后）的应用情况，并对湿式电除尘器的技术经济性进行分析。通过分析认为大型燃煤电厂脱硫系统后安装湿式电除尘器在技术上是可行的，能更加有效地除去烟气中的粉尘微粒、SO3气溶胶，很好地消除脱硫系统所携带的石膏雨问题，但会增加初始投资和运行费用。随着我国经济的持续快速发展，各种大气污染物的排放急剧增加。近年来关于雾霾天气和PM2.5对人体健康危害的报道时常见诸报端，引发了公众的高度关注。燃煤电站作为我国大气污染的主要来源之一，也是国家环境治理的重点。我国以煤为主的能源结构在相当

2、长的时期内不会改变，当燃煤电厂中煤中灰份大、比电阻高或锅炉排烟温度较高时，粉尘排放水平往往会达不到新标准的要求，而且现已投运机组脱硫后吸收塔后烟气中携带石膏液滴较大，若后续没有控制的措施，在不设GGH时容易出现“石膏雨”现象。当电厂中安装有SCR装置时，由于SCR中催化剂的氧化效应，SO2转化成SO3的转换比增加。在烟气脱硫系统中可以有效地去除SO2，但是由SO2转换成的SO3是以气溶胶形式存在的，在烟气脱硫系统中难以清除。当它从烟囱中排出时，飘浮于天空中，形成淡蓝色的烟羽，成为可见的污染。从烟囱浊度及PM2.5排放的角度来说，SO3酸雾排放也是存在的一个问题。同时无论电厂是否安装GGH，由于

3、大量SO3的存在，进入烟囱的湿烟气均处于酸露点以下，其冷凝也加剧了烟囱腐蚀。为了解决这些问题，根据国外的实际应用情况结合国内燃煤电厂烟气节尾气实际处理系统，在湿法烟气脱硫装置的下游安装湿式电除尘器（以下简称WESP），可作为高效除尘的终端精处理设备，它具有控制复合污染物的强大功能，对PM2.5微细粉尘、黏性的或高比电阻粉尘及烟气中酸雾、气溶胶、汞、重金属、二恶英等的收集都是理想的。1、湿式电除尘器的去除机理1.1、湿式电除尘器的工作原理湿式电除尘器的工作原理是：金属放电线在直流高电压的作用下，将其周围气体电离，使粉尘或雾滴粒子表面荷电，荷电粒子在电场力的作用下向收尘极运动，并沉积在收尘极上，水

4、流从集尘板顶端流下，在集尘板上形成一层均匀稳定的水膜，将板上捕获的粉尘冲刷到灰斗中随水排出。原理图如下。图1WESP工作原理示意图因此，WESP运行的三个阶段与干式ESP相同：荷电、收集和清灰。只是湿式静电除尘脱除的对象有粉尘和雾滴，但是由于雾滴与粉尘的物理特性存在差别，其工作原理也有所差异。从原理上来讲，首先由于水滴的存在对电极放电产生了影响，要形成发射离子，金属电极中的自由电子必须获得足够的能量，才能克服电离能而越过表面势垒成为发射电子。让电极表面带水是降低表面势垒的一种有效措施。水覆盖金属表面后，将原来的“金属空气”界面分割成“金属水”界面和“水空气”界面，后两种界面的势垒比前一种界面的

5、势垒低很多。这样，金属表面带水后，将原来的高势垒分解为两种低势垒，大大削弱表面势垒对自由电子的阻碍作用，使电子易于发射。另外，水中的多种杂质离子在电场作用下，也易越过表面势垒而成为发射离子。这些都改变了电极放电效果，使之能在低电压下发生电晕放电。其次由于水滴的存在，水的电阻相对较小，水滴与粉尘结合后，使得高比电阻的粉尘比电阻下降，因此湿式静电除尘的工作状态会更加稳定；另外由于湿式静电除尘器采用水流冲洗，没有振打装置，所以不会产生二次扬尘。1.2、湿式静电除尘器对PM2.5和SO3的去除机理在电除尘器中对粉尘颗粒有两种类型的荷电过程，对于直径大于1m的颗粒来说电场荷电是主要作用，颗粒碰撞沿电力线

6、运动的负离子而带电，这时电压的强弱是影响这个过程的最主要因素。对直径小于0.5m的颗粒来说扩散荷电是主要作用，亚微米粒子在随机运动时与负离子碰撞而带电，注入的电流密度是影响扩散放电最重要的因素。湿式静电除尘中，因放电极被水浸润后，电子较易溢出，同时水雾被放电极尖端的强大电火花进一步击碎细化，使电场中存在大量带电雾滴，大大增加亚微米粒子碰撞带电的机率，而带电粒子在电场中运动的速度是布朗运行的数十倍，这样就大幅度提高了亚微米粒子向集尘极运行的速度，可以在较高的烟气流速下，捕获更多的微粒。国外的研究表明，在高于露点温度以上时，烟气中的SO3在205（400F）以下时，主要以H2SO4的微液滴形式存在

7、。其平均颗粒的直径在0.4m以下，属于亚微米颗粒范畴。这也是干式静电除尘器和FGD对SO3去除率较低的主要原因。湿式静电除尘器对亚微米颗粒的高捕获率，可对SO3的微液滴起相同作用。因此，湿式静电除尘能够高效地去除亚微米粒子、雾滴，小至0.01m的微尘，除尘效率根据运行的电场数不同甚至可达到99.9%以上。2、湿式电除尘在燃煤电厂湿法脱硫后的应用情况2.1日本湿式电除尘器应用情况日本的湿式电除尘技术已在其国内大型燃煤电厂有30多年的使用业绩。三菱重工是最早开发的。三菱重工目前共有33台套WESP用于处理电厂湿法脱硫后烟气，其中燃煤锅炉典型工程案例为碧南电厂3700MW机组湿式电除尘器。碧南电厂1

8、3号机组为超临界700MW机组，45号机组为超临界1000MW机组，设计煤种为灰份10%左右的高发热量无烟煤；烟气排放处理方式为：13号机组采用锅炉出口+SCR+干式静电除尘器+烟气换热器+FGD+湿式静电除尘器+烟气换热器的方式，45号机组采用锅炉出口+SCR+烟气换热器+2电场固定电极和1电场转动电极的干式电除尘器+FGD+湿式静电除尘器+烟气换热器的方式；其中烟气换热器主要用高温烟气加热脱硫后的低温烟气提高排烟温度，使烟囱出口处烟气温度达到90左右，因烟气内含尘量极低且排烟温度高无水蒸汽凝结，烟囱排放的烟气基本透明。碧南电厂5台机组均在湿式脱硫系统后设置湿式静电除尘器，投产后运行情况良好

9、，排放烟气中粉尘浓度长期保持在25mg/Nm3水平，在煤质较好情况最低达到1mg/Nm3，运行15年来，经介绍壳体和内件未发生严重的腐蚀问题。碧南电厂污染物排放情况如表1所示。表1碧南电厂污染物排放情况2.2、美国湿式电除尘器应用情况在美国，湿式除尘器在电厂应用的标志是美国Joy公司于1975年在宾西法尼亚电力照明公司燃烧无烟煤的Sudbury电站上安装的一套中试装置。该WESP系统一直良好运行了20多年，直到其服役期满。这些烟气中的硫酸最终成为亚微米级的酸雾，但它们可以被WESP可靠地捕获。2000年，对NB电力公司旗下的315MW容量的Dalhousie电厂中原B&W供货的WFGD系统进行

10、了WESP改造。该WESP系统被设计安装在WFGD吸收塔上部的有限空间里，用来收集垂直上升气流中的硫酸雾。这种布置方式为整体式WESP。尽管有限的空间极大地限制了WESP的尺寸，但是这个单电场的WESP系统自投运以来一直很可靠。AESDeepwater电厂是美国最早在电站上安装使用WESP的电厂。该电厂WESP自1986年电厂开始投运时便进入商业运行，安装WESP旨在满足当地可滤性颗粒物及硫酸酸雾综合排放的控制要求。该电厂采用“干式ESP+WFGD+WESP”三级尾气净化系统。其中WESP由3个电场、12套平行向上的烟气流系统模件组成。该WESP自投运以来一直运行很成功，经测试对硫酸雾的脱除效

11、率高于90%，在达到颗粒物排放要求的同时，烟囱浊度一般能达到低于10%。北方国家电力公司Shirco电站在其两套750MW机组上安装有美国第一个全尺寸WESP以降低浊度。在该电厂每台机组上的FGD系统后都安装有11个管式、垂直上升烟气流WESP模件。这些22套WESP模件使其浊度降低到低于10%。2.3欧洲湿式电除尘器应用情况在欧盟，也有许多电厂采用WESP来控制微细颗粒物及酸雾烟羽。如1997年由三菱公司制造的一套WESP安装于Werndorf电厂#2锅炉，这是欧洲锅炉工厂第一套安装于FGD后的WESP，该WESP到目前为止一直在成功地运行着。3湿式电除尘器应用于湿法脱硫后的技术经济性分析在

12、脱硫塔后布置湿式静电除尘器作为污染物排放的最后控制手段，可满足20mg/Nm3甚至更严格的火电厂大气污染物排放标准。现在广为采用的燃煤电厂高效除尘设备如电除尘器、电袋复合除尘器等只能解决脱硫塔前的粉尘浓度问题，对SO3气溶胶及脱硫塔排放的石膏浆液滴无能为力。湿式电除尘器可以有效地控制这些污染物的排放，这是其它除尘设备不能比拟的。3.1布置分析湿式静电除尘器一般布置在烟气脱硫系统后，故炉后需要增加布置场地，对于新建机组一般影响不明显，对于已投产的老机组由于可供改造的场地有限，在布置上将是一个主要问题。新增加的水处理系统一般布置在湿式静电除尘器的正下方，基本不会增加占地面积。3.2系统分析湿式静电

13、除尘器需要一定量的工业水作为冲洗水，因此需要设置专门的水处理系统。湿式静电除尘的水处理系统主要包括：循环水箱、循环水泵、废水箱、污水泵、碱液箱、碱液泵，以及污水处理装置，相应的管道等。此外，烟气系统的阻力增加约为300400Pa。3.3成本分析湿式静电除尘器接触烟气的部件大量采用耐蚀不锈钢材料，且其技术未大规模投入应用，所以单个产品的技术成本较高。同时运行过程中除了除尘器本体消耗的电量外，辅助的循环水泵等还将消耗部分电量，冲洗水中添加的NaOH溶液也将提高运行成本，喷嘴更换和泵的维护也增加了额外费用，因此湿式静电除尘器的总运行成本也将高于干式除尘器。3.4社会效益分析安装了湿式电除尘器后，将大

14、大改善电厂周围的环境条件，为当地居民及企业创造一个良好的生活及工作环境。初步测算，相比其它能满足排放标准的方案，一套1000MW机组安装湿式电除尘器后每年可减排烟尘约260t，SO3约310t，减少50%以上的汞及其化合物的排放量；同时还可以长期高效稳定地除去烟气中的PM2.5、SO3等污染物微小颗粒，很好地消除脱硫系统所携带的石膏雨问题，满足国家新排放标准要求。4结论湿式电除尘器技术已经证明成熟且其成功使用的历史近100年，在燃煤电厂也有30多年的应用历史。从日本及欧美电厂运行情况来看，湿式静电除尘器可以长期高效稳定地除去烟气中PM2.5、SO3酸雾等微细颗粒物。将湿式静电除尘器与干式电除尘相结合，布置在脱硫系统之后，能更加有效地除去烟气中的粉尘微粒、SO3气溶胶，很好地消除脱硫系统所携带的石膏雨问题，满足国家新的污染物排放标准。虽然湿式静电除尘器的投资费用和运行成本相对较高，但因其可高效地除去烟气中的多种污染物，为满足我国日益严格的污染物减排要求，提供了一种先进的、成熟可靠的技术。可以预计，今后在我国的燃煤电厂湿式电除尘器必将得到越来越多的推广应用。6