燃煤电厂湿式电除尘技术

燃煤电厂湿式电除尘技术
颗粒物特别是细颗粒物（PM2.5）对环境及人类健康危害巨大，而燃煤电厂是细颗粒物的主要排放源。

湿式电除尘器作为烟气污染物的终端精处理装备，具有捕集烟气中细颗粒物和雾滴的功能，在电力行业得到了推广应用。

文章总结了湿式电除尘技术原理、设计及性能影响因素和技术研究现状，以及湿式电除尘器在燃煤电厂的应用情况。

标签：燃煤电厂；湿式电除尘；PM2.5控制；酸雾控制
引言
根据统计，在中国各行业中，燃煤电厂排放的工业烟尘所占比例是最高的[1]。

国家逐年降低火电厂污染物排放限值，最新颁布的《火电厂大气污染物排放标准》中燃煤电厂烟尘排放限值降低至30mg/m3，而对于重点地区，其燃煤电厂烟尘排放限值降低至20mg/m3。

当燃煤电厂燃煤灰份大、比电阻高或锅炉排烟温度较高时，干式电除尘器往往达不到新标准的要求。

经过对燃煤电厂电除尘器前后细灰组成进行研究，发现除尘器前粉尘大颗粒占大多数，PM10和PM2.5占总灰百分比为39.35%和2.42%，而除尘器后高达92.47%和35.56%，说明普通电除尘器对细灰捕集效率不高，PM2.5除尘效率较低[2]。

近年来针对微细颗粒的排放控制发展了许多新技术，其对微细粉尘的收集效率如图1所示，从图中可以看到，随着颗粒直径由10μm递减至小于1μm，各种技术相应的粉尘收集效率曲线陡降，唯一例外的是湿法与静电并用的湿式电除尘技术，该技术的收尘效率受微细颗粒直径影响较小，对粒径0.06～10μm范围内的颗粒都具有较高的收集效果。

根据国内外应用情况，在湿法脱硫装置后安装湿式电除尘器，不仅能有效控制烟气中的微细颗粒的排放，而且可以脱除湿法脱硫后烟气中携带的石膏液滴，以及经过SCR后生成的SO3气溶胶颗粒，从而消除烟囱“石膏雨”和烟气的“蓝烟”等现象。

1 湿式电除尘技术工作原理及其脱除性能
1.1 工作原理
湿式电除尘脱除粉尘分为荷电、集尘、清灰三个步骤。

将水雾喷向放电极和电晕区，水雾在电极形成的电晕场内荷电后分裂进一步雾化，电场力、荷电水雾的碰撞拦截、吸附凝并，共同对粉尘粒子起捕集作用，最终粉尘粒子在电场力的驱动下到达集尘极而被捕集，喷雾形成的连续水膜将捕获的粉尘冲刷到灰斗中排出。

1.2 湿式电除尘对微细粉尘和SO3雾滴的脱除
湿式电除尘中，放电极电子较易溢出，水雾被进一步细化，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动的数十倍，这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[4]。

烟气中的SO3在205℃以下时，主要以H2SO4的微液滴形式存在[5]，其平均直径在0.4μm以下，因此干式静电除尘器和FGD对SO3去除较低。

湿式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。

湿式电除尘器独特的工作环境决定了它能够高效地脱除亚微米级别的粉尘、雾滴，除尘效率最高可达到99.9%以上[6]。

2 湿式电除尘器设计
2.1 结构设计
湿式电除尘器在结构上主要分为两种基本型式：管式和板式。

管式湿式电除尘器的集尘极为多根并列的圆形或多边形金属管，放电极均布于极板之间，管状湿式电除尘器只能用于处理垂直流动的烟气。

板式湿式电除尘器的集尘极呈平板状，可获得良好的水膜形成特性，极板间均布电晕线，板式湿式电除尘器可用于处理水平或垂直流动的烟气。

这两种湿式电除尘器的不同点主要在于[7]：
（l）对于给定的除尘效率，电极长度相同的前提下，管式湿式电除尘器所允许的烟气流速是板式湿式电除尘器的两倍。

（2）对于给定的除尘效率，管式湿式电除尘器的局部干燥区比板式湿式电除尘器要小。

2.2 材料选择
壳体通常采用带有衬层保护的碳钢，为防止腐蚀，其内表面需涂有防腐材料。

安装时还需严格控制壳体内表面破损，防止产生腐蚀，如焊缝、孔隙、构件连接处及盖板等。

为了避免发生点腐蚀和裂隙腐蚀，内部构件材料必须考虑工艺气体和冲洗液体中氧和氯化物的浓度。

对于耐腐蚀性和材料选取的关系，表1显示了各种材料的选择及其能够正常工作的氯化物浓度范围。

2.3 湿式电除尘布置形式
目前在国外电厂常采用的湿式电除尘器布置形式有以下三种：水平烟气独立布置；垂直烟气独立布置；垂直烟气与WFGD整体式设计。

前两种布置方式需要专门的空间，第三种布置方式是近些年来最常用的，同时成本和运行费用也是最低的，占地面积也很小。

3 湿式电除尘在燃煤电厂的应用
湿式电除尘器最早在1907年开始应用于硫酸和冶金工业生产中，上世纪八十年代后国外大容量燃煤电厂也逐渐采用湿式电除尘器净化脱硫后的烟气，取得了良好的效果。

美国的AES Deepwater电厂于1986年采用湿式电除尘技术，该电厂以石油焦作为主要燃料，其湿式电除尘器由3个电场、12套平行向上的烟气流系统模件组成，经测试对硫酸雾的脱除效率高于90%[9]。

2000年和2002年N&B电力公司分别对Dalhousie电厂和Cloeson Cove电厂（1050MW）的WFGD 进行改造并安装了湿式电除尘器，采用的都是WFGD与湿式电除尘器整体布置方式。

日本中部电力碧南电厂五台机组（3×700MW+2×1000MW）使用湿式电除尘器后，其排放浓度长期稳定在2～5mg/Nm3，表明湿式电除尘器能高效地除去烟气中的烟尘和石膏微液滴。

国内在燃煤电厂领域的应用仍处于起步阶段。

4 结束语
湿式电除尘器作为烟气终端精处理设备能高效收集对人体危害特别大的PM 2.5、PM10等颗粒物。

但是，由于需要选用耐腐蚀性强的高等级不锈钢作为电极材料以及烟气流速较低造成设备体积庞大，导致现有的湿式电除尘器工程造价偏高，成为制约该技术推广的重要因素。

如果能够在电极材质和烟气流速方面得到改进，将会大大促进该技术在国内的应用进程。

参考文献
[1]代旭东，徐晓亮，缪明烽.电厂PM2.5排放现状与控制技术[J].能源环境保护，2011，25（6）：1-4.
[2]范海燕，刘建忠，周俊虎，曹欣玉，岑可法.煤燃烧过程中超细灰粒排放和污染特征[C].中国工程热物理学会会议论文，2002.
[3]Green DW，Perry R H. Perry’s chemical engineer’s handbook[M]. New York：McGraw-Hill Co. Inc. 2008：22-55.
[4]陈招妹，王剑波，姚宇平，尹得仕.湿式电除尘器在燃煤电厂WFGD后的应用分析.第十五届中国科协年会第9分会场：火电厂烟气净化与节能技术研讨会论文集.2013.
[5]薛建明，纵宁生.湿法电除尘器的特性及其发展方向[J].电力环境保护，1997，13（3）：40-44.
[6]王智，贾莹光，祁宁.燃煤电站锅炉及SCR脱硝中SO3的生成及危害[J].东北电力技术，2005，26（9）：1-3.
[7]陈招妹，赵琴霞，杨艳霞，宣伟桥，周超炯.湿式电除尘技术及其在电厂
的应用前景[C].第14届中国电除尘学术会议论文集，2011.
[8]Ken Parker. WESPs and Fine Particle Collection. 8th International Conference on Electrostatic Precipitation. 2001
[9]Triseori R，Kumar TS，Lau Y，et al. Performance evaluation of wet electrostatic Precipitator at AES DeePwater[C]. Air & Waste Management Assoeiation100Annual Conference，2007.。