湿式电除尘性能特点及应用分析

1背景介绍

当前，我国环境状况总体恶化的趋势尚未得到根本遏制，环境矛盾日益凸显，环保压力持续加大。部分区域和城市大气雾霾现象突出，许多地区主要污染物排放量超过环境容量。近年来，各级政府陆续出台多项政策措施，下大力气治理PM2.5，改善空气质量。燃煤电厂是我国大气污染的主要来源之一，也是国家环境治理的重点。随着国家经济的快速发展，电力需求旺盛，燃煤电厂的装机容量也快速增长，由此带来的是更为严重的环境污染。

《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223—2011)中规定，一般地区燃煤锅炉烟囱烟尘排放限值30mg/m3，重点地区燃煤锅炉烟囱烟尘排放限值20mg/m3，汞及其化合物污染物排放限值0.03mg/m3。

根据新修订的《环境空气质量标准》(GB3095—2012)，将PM2.5纳入强制监测范畴，并明确规定了时间要求，到2015年，在我国所有地级以上城市开展PM2.5监测；2016年，各地都要按照新修订的标准监测和评价环境空气质量状况，并向社会发布结果。

国务院在《重点区域大气污染防治“十二五”规划》的批复意见中明确指出：到2015年，重点区域工业烟粉尘排放量下降10%；可吸入颗粒物(PM10)、细颗粒物(PM2.5)年均浓度分别下降10%、5%。其中，京津冀、长三角、珠三角等13个重点区域将PM2.5细颗粒物纳入考核指标，细颗粒物年均浓度下降6%；上述区域复合型大气污染要得到有效控制，酸雨、灰霾和光化学烟雾污染明显减少。

燃煤电厂相关大气污染排放标准以及国家有关大气污染防治规划的制订和实施,对控制大气污染物排放、保护生态环境和推动工业技术的进步发挥了重要作用。在众多种类的除尘设备中，电除尘器因其具有除尘效率高、适应范围广、运行费用低、可靠性高、使用方便且无二次污染等独特优点而被广泛应用于工业领域的烟气处理。

湿式电除尘器（简称WESP）拥有控制复合污染物的强大功能，它对微细的、粘性的或高比电阻粉尘及烟气中酸雾、汞等的收集都是比较理想的。这一高效复合污染物控制技术的潜能正在被不断挖掘,各种新的湿式电除尘技术及装备在国外相继涌现并得到成功应用，为国内外燃煤电厂提供了一个既能满足极低排放，又能控制复合污染物的可靠技术。

作为一种先进的烟气治理技术，湿式电除尘技术在欧洲、美国、日本等国家已得到广泛应用且效果良好。国内企业自主开发的湿式电除尘技术，已在燃煤电厂取得成功应用。上海长兴岛第二发电厂燃煤锅炉湿法脱硫后改造工程配套湿式电除尘器，出口粉尘排放浓度仅为 6.1mg/m3，引起业界高度关注。我国也有环保企业引进国外的湿式电除尘技术，并有多家电厂签订湿式电除尘器合同，最大配套机组为1000MW。随着湿式电除尘技术在我国的推广应用，其必将满足燃煤电厂超低排放、降低PM2.5的排放。

2. 湿式电除尘器的原理

2.1 湿式电除尘器的工作原理

湿式电除尘器和与干式电除尘器的收尘原理相同，都是靠高压电晕放电使得粉尘荷电，产生大量电子和离子，在电场力的作用下向两极移动的过程中，碰撞到烟气中的粉尘颗粒使其荷电，荷电粉尘在电场力作用下与气流分离向极板或极线运动，荷电粉尘到达极板或极线时由静电力吸附在极板或极线上，从而使烟气净化。但对集尘板上捕集到的粉尘的清除方式WESP与DESP有较大区别，干式电除尘器一般采用机械振打或声波清灰等方式清除电极上的积灰，而湿式电除尘器则采用冲刷液冲洗电极，水流从集尘板顶端流下，在集尘板上形成连续的液膜，将板上捕获的粉尘冲刷到灰斗中随水排出。湿式电除尘技术原理见图1。

图1湿式电除尘原理

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。湿式电除尘器与干式电除尘器的比较见表1。

表1干式与湿式电除尘器比较表

项目干式电除尘湿式电除尘

粉尘收集机理收尘机理库仑力库仑力清灰方法机械振打水冲洗粉尘处理干输灰或水冲灰水冲灰二次扬尘有无

应用条件

烟气温度露点温度以上饱和温度粉尘比电阻重要设计因素不受限制

其他

材质碳钢耐腐蚀材料水处理设备不需要需要

去除污染物

PM2.5粉尘作用有限适用SO3微液滴不适用适用汞及其化合物不适用适用

2.2 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1μm的颗粒来说电场荷电是主要作用，颗粒碰撞沿电力线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0.5μm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。其平均颗粒的直径在0.4μm 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0.01μm 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。EPRI( 美国电力研究院) 曾在2004 年进行了一系列干式电除尘器后安装独立的湿式电除尘器的中试试验，结果如表2所示。