湿式静电除尘技术的发展及应用_张传波

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(1)对于亚微米大小的颗粒,包括微细颗粒物 (PM2.5粉尘)、SO3酸雾、重金属(汞等)都有较好的 收集性能。
(2)收尘性能与粉尘特性无关,对黏性大或高比 电阻粉尘能有效收集,同时也适用于处理高湿的烟气。
(3)流动水膜清灰,避免反电晕现象,抑制二次扬 尘。可靠性较高。
(4)电除尘器内的电场气流速度较高,灰斗倾斜角 减小,设备布置更紧凑。
(3)垂直烟气流与WFGD整体式布置。这种方式将 WESP集成布置于吸收塔顶部(也称顶置WESP),可替 代机械除雾器;占地面积小,减小了内部连接管道、支 撑结构、土建等,且简化了冲洗水收集、存储、工艺系 统,因此成本和运行费用也是最低的,是近年来最常用 的布置形式。更适用于小型机组、处理烟气量少、除尘 效率要求不太高的场合。
美国在湿式电除尘方面研究也较早,与日本不同的 是,美国应用较多的是垂直烟气流独立设计及与WFGD 的整体式设计[10]。美国Bruce Mansfield电厂、AES Deepwater电厂、日本碧南等多家电厂的测试报告表明,WESP 对PM2.5的去除效率均可高于90%,粉尘排放浓度可低于 5mg/Nm3,酸雾的去除率可超过90%,烟气浊度降低到 10%以下。 3.4 国内湿式电除尘器应用概况
从2009年开始,国内逐步开展了针对燃煤电厂应用 WESP的研究和探索,从产品研发、试验装置试生产到 1000MW燃煤机组上的应用仅用了2~3年的时间[11],取 得了多个项目的成功应用。
由于环保排放标准的趋严,湿法脱硫排放已不能适应 排放要求,并且随着雾霾频发,使得WESP技术重新得到关 注。分别以“湿式电除尘器”和“PM2.5”为主题检索中文文 献,其年数量的变化关系如图2,可以看出:随着PM2.5的关 注度提高,对于湿式电除尘器的研究急剧增多。
脱除困难等)暴露出来。为达到粉尘指标的超低排放, 湿式静电除尘(WESP)技术受到青睐。
表1 锅炉及烧结、球团烟尘排放指标(部分)
设施或 污染物项目
生产工序
新建
特别 排放限值
标准
燃煤锅炉 燃气锅炉
30 5(Hale Waihona Puke Baidu0)
20 火电厂大气污染物排放标准 5 (GB 13223-2011)
烧结机头、
球团焙烧
40
对烟气温度 影响及烟气 成分不敏感。
高温烟气虽可 外排,但滤袋 受到影响。
需在饱和温度 下运行。
锅炉点火的 燃料限制
油 类 和 煤 燃 油 类 和 煤 燃 不能使用油类 油 类 和 煤 燃 料,在启动时 料,在启动时 燃料。启动需 料,在启动时 都可以使用。 都可以使用。 用旁路烟道。 都可以使用。
在欧洲,WESP技术的应用领域很广泛。大部分 WESP应用在化工、冶金等行业,用于处理酸雾烟雨及 细颗粒物。欧洲地区燃煤火电机组相对较少,因此大型 火电机组WESP应用业绩不多[8]。
日本的WESP技术起步较早,已经有30多年的应用经 验,工程应用相对成熟,其中以日立与三菱重工公司为 代表。仅三菱重工就有33台/套应用于电厂。1997年三菱 制造的一套WESP装置安装于Werndorf电厂2#锅炉,这是 欧洲电厂第一套安装于WFGD后的WESP装置,该装置至 今运行良好[9]。日本碧南电厂5 台/套WESP投产20年来, 烟尘排放浓度长期保持在2~5mg/m3的水平,并且WESP 本体和内部构件均未发生严重腐蚀。
56 中国环保产业 2016年第6期
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交流平台
锅炉
SCR
烟气温度 ℃
含尘量mg/m3
AH
ESP/ FF/ EF 增压风机
120~160
20~30
WFGD
WESP
烟囱
~50
1~10
图1 燃煤电厂超低排放典型流程图
3.3 国外湿式电除尘器应用概况 WESP的商业应用始于1907年,至今安装有数千台,
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湿式静电除尘技术的发展及应用
张传波
(中冶京诚工程技术有限公司,北京 100176)
摘 要:湿式静电除尘(WESP)广泛应用于冶金、化工等领域,用于处理酸雾烟雨及细颗粒物等。20 世纪80年代美国首先将其引入电厂后,WESP与湿法烟气脱硫(WFGD)联用技术在欧洲、美国、日本等发达 地区和国家得到推广。由于WFGD对细颗粒物、气溶胶、SO3、水雾、Hg等去除效率不高,容易出现烟囱雨、 蓝烟等现象;随着排放标准的趋严,近年来WESP在电厂迅速得到了应用推广,并向烧结市场延伸。
(5)电场空间的水雾对细微粉尘和有害气体有捕集 作用。水雾在一定程度上提高了电场特性,增大粉尘特 别是微细粉尘荷电量,进一步提高除尘效率。 2.2.2 缺点
湿式电除尘器需选用耐腐蚀性强的高等级不锈钢作 为电极材料,烟气流速较低,设备体积庞大、工程造价 偏高等,都是制约该技术推广的重要因素。 2.3 湿式电除尘器的类型 2.3.1 基本型式
清灰刷
脉冲喷吹
水冲洗
平均阻力损失 (Pa)
200~300
200~300 800~1500
200~300
维护及检修
消耗品少、维 护容易。需停 炉检修。
运动部件多, 维护费较高, 需停炉检修。
滤袋需更换、 维护费用高。 但能在线分室 检修。
没有运动部 件,容易保养。 但需耗水。
安全性
对烟气温度影 响及烟气成分 不敏感。
WESP在结构上有管式和板式两种基本型式。相同 的集尘面积设计条件下,管式静电除尘器内的烟气流速 是板式除尘器的2倍,因此在达到相同除尘效率时,管 式除尘器的占地面积要远小于板式除尘器,可装在湿式 脱硫塔的上部,可适用于50MW以下小机组,组成一体 化的脱硫、除尘装置。 2.3.2 按阳极板材料分类
设备
(河北)钢铁工业大气污染 40 物排放标准
(DB 13/2169—2015)
烧结机头、
颗粒物/ 球团焙烧
50
烟尘
设备
(mg/m3) 烧结机头、
球团焙烧
30
设备
钢铁烧结、球团工业大气污 40 染物排放标准
(GB 28662-2012)
山东省钢铁工业污染物排 30
放标准(DB37 990-2013)
为实现超低排放,脱硝首先采用先进的低氮燃烧技 术,然后在原有的SCR脱硝基础上,增加SCR催化剂的 填装层数或催化剂的体积,改造工程多将原有的2+1层 催化剂直接更改为3层全部填装,部分电厂采用3+1层 SCR催化剂,改造后系统的脱硝效率可达到85%~90%。 脱硫新技术主要有双循环技术、单塔双区技术、托盘塔 技术、增加喷淋层等。上述技术都是在常规湿法技术上 的改进和创新[1]。
通过比较可知,在如下情况可选用WESP技术: (1)要求烟尘排放浓度低于特别排放限值或要求更 低排放(如≤5mg/m3),且对SO3浓度、雾滴浓度、PM2.5 浓度有较严要求时; (2)除尘设备改造难度大或费用很高、原除尘设 备不改造也不影响脱硫系统安全运行,且场地允许时; (3)湿法脱硫后烟尘浓度增加,导致排放超标,且 湿法脱硫系统较难改造时。 3.2 燃煤电厂湿法脱硫+湿式电除尘器典型系统布置 (如图1)
WESP可有效收集微细颗粒物(PM2.5、SO3酸雾、气 溶胶)、重金属(Hg、As、Se、Pb、Cr)、有机污染物 (多环芳烃、二 英等)。因此可作为燃煤电厂大气污 染物综合治理的终端设备,布置在WFGD装置后面,除尘 效率达70%~85%,同时解决WFGD带来的“石膏雨”、 蓝烟问题,缓解下游烟道烟囱腐蚀、节约防腐成本[12]。
目前,我国火电行业已基本实现了全部烟气的脱硫 与脱硝[2]。98%的火电机组和90%以上球团均采用湿法 脱硫工艺。300MW以上火力发电厂机组超过90%采用石 灰石-石膏湿法烟气脱硫技术[3]。
由于环保排放标准的趋严(见表1),湿法脱硫存 在的短板(颗粒物/PM2.5去除率不高,存在“烟囱雨”现 象,SO3去除率不足50%,产生酸雾、气溶胶、蓝烟,汞
国内相关机构及科研院所通过自主研发或引进技
CHINA ENVIRONMENTAL PROTECTION INDUSTRY 2016.6
燃煤锅炉
50
燃气锅炉
20
30 锅炉大气污染物排放标准 20 (GB 13271-2014)
燃煤电厂
10(5)
全面实施燃煤电厂超低排放 和节能改造工作方案
2 湿式静电除尘技术(WESP)
2.1 原理 WESP和ESP原理相同,都是通过阴极放电使电场中
的粉尘荷电后收集到阳极的收尘极,不同的是,WESP是
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交流平台
采用喷淋的方式在收尘板上形成连续的流动水膜,将收 尘极板上捕获的粉尘冲刷到灰斗中,避免了传统振打清 灰方式造成的二次扬尘。 2.2 技术特点 2.2.1 优点
关键词:湿式静电除尘(WESP);湿法烟气脱硫(WFGD);超净排放;细颗粒物;石膏雨;SO3 中图分类号:X701 文献标志码:A 文章编号:1006-5377(2016)06-0055-04
1 引言
三部委联合印发的《全面实施燃煤电厂超低排放和 节能改造工作方案》的主要目标是:到2020年,全国所 有具备改造条件的燃煤电厂力争实现超低排放,即在基 准氧含量6%条件下,烟尘、二氧化硫、氮氧化物排放浓 度分别不高于10、35、50mg/m3。多地超低排放的烟尘指 标甚至为5mg/m3。
3.4.1 传统领域 我国在WESP技术研究方面起步较晚,最早主要是
硫酸和冶金工业(钢厂的煤气净化除尘系统)应用了一 些中小型的湿式电除尘器[10]。钢铁企业煤气用湿式电除
PM2.5年发表文章数量(篇) WESP年发表文章数量(篇)
尘标准JB/T 6409-1992及JB/T 6409-2008分别针对管型和 卧式湿式电除尘器进行了描述,处理煤气量分别为5000~ 5万Nm3/h和5000~10万Nm3/h,出口含尘浓度≤10mg/Nm3。 国内企业在冶金领域的WESP工程业绩颇多,用于除尘净 化进入煤气压缩机前的高炉、转炉、焦炉煤气。 3.4.2 电厂
主要应用于硫酸、冶金和垃圾焚烧等行业。1987年首次 应用于燃煤电厂,作为末端净化设备,绝大部分用于燃 油机组的污染控制,少量用于燃煤机组[6]。据不完全统 计,已有100余套不同类型的WESP应用于美国、欧洲及 日本的电厂[7],主要作为大气复合污染物控制系统的最 终精处理技术装备,用于去除WFGD无法收集的酸雾、 控制PM2.5微细颗粒物及解决烟气排放浊度问题。
根据收尘阳极板的不同材质,WESP分为金属收尘 极WESP、柔性收尘极WESP和导电玻璃钢收尘极WESP 3种。其中,金属极板WESP为国外燃煤机组应用的主流 技术[4],在国内市场占主导地位,其技术成熟,基建投 资较低。但该技术水耗、碱耗等运行费用较高。 2.3.3 布置形式
目前投入应用的WESP的工程设计形式为: (1)垂直烟气流独立布置。适用于化工、冶金行业; (2)水平烟气流独立布置。适用于中大型或超大 型机组,处理烟气量大、除尘效率要求高的场合,是目 前国外燃煤电厂主流技术;
(年)
图2 近年PM2.5及WESP中文文章发表数量
我国燃煤电厂湿式除尘技术发展较晚,目前WESP呈 现不同的技术流派(如表3)。
神华国华舟山电厂4#炉350MW机组的WESP于2014年 6月并网成功,出口烟尘浓度为2.55mg/Nm3,SO2为2.8mg/Nm3, NOx为20.5mg/Nm3,实现了“超洁净排放”目标,这也是 国内电厂首台(套)WESP的成功应用项目[13]。
3 湿式静电除尘器的发展与应用 3.1 适用范围
目前,市场上常见的几种除尘器特点见表2。
表2 四类除尘技术特点比较[5]
项目
常规干式 电除尘器
旋转电极式 袋式或电袋 电除尘器 复合除尘器
湿式 电除尘器
除尘性能
受燃料、灰分 的影响,对设 计煤种可以保 证排放达标, 但无法控制复 合污染物。
煤种变化, 粉尘排放都 可达标,能 清除部分 PM2.5、汞。
煤种变化,排 放都可达标, 能清除部分 PM2.5、汞,但 布袋发生破损 的时候,性能 会急剧下降。
不受燃料、灰 分的影响,能 保证出口低浓 度,同时有效 控 制 P M 2.5、 SO3酸雾、气溶 胶、汞、二 英等复合污染 物。
最小排放浓度 (mg/m3)
100
30~80
20~50
<10
清灰方式
振打
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