湿式电除尘器在镁法脱硫火力发电机组中的应用

湿式电除尘器在镁法脱硫火力发电机组中的应用

侯玉良

（大唐鲁北发电有限责任公司山东省无棣县251909）

摘要：本文通过介绍湿式电除尘器技术的优势，根据湿式电除尘器性能测试情况，总结湿式电除尘器技术在采用镁法脱硫工艺火力发电机组中的应用，结合国家日趋严格的环保排放要求，列出了湿式电除尘器技术在镁法脱硫火力发电机组中应用的必要性，得出湿式电除尘器技术是镁法脱硫火力发电机组除尘超低排放技术路线选择的结论。

关键词：湿式电除尘器；镁法脱硫；火力发电机组；应用

引言

2014年9月12日，国家发改委、环保部和国家能源局联合下发了《关于印发〈煤电节能减排升级与改造行动计划（2014-2020年）〉的通知》，要求东部地区现役30万千瓦及以上公用燃煤发电机组、10万千瓦及以上自备燃煤发电机组以及其他有条件的燃煤发电机组，改造后大气污染物排放浓度基本达到燃气轮机组排放限值，即＜5mg/Nm3。针对烟尘控制提出：除尘可采用低（低）温静电除尘器、电袋除尘器、布袋除尘器等装置，鼓励加装湿式静电除尘（WESP）装置。

燃煤火力发电机组及工业锅炉烟气中含多种微细颗粒污染物（包括PM2.5粉尘、SO3酸雾及气溶胶等）、重金属（如Hg、As、Se、Pb、Cr等）、有机污染物（如多环芳烃、二恶英等），随着民众对环保排放的日益重视，燃煤电厂烟气复合污染物的排放成为国内乃至国际社会环保治理的焦点，燃煤电厂烟气治理被提上日程。目前，部分发达国家已经对PM2.5细微颗粒物、Hg的排放进行了限制。以PM2.5为例，研究发现其可长时间悬浮于空气中，表面活性和吸附性强，容易吸附烟尘中的多环芳烃、二恶英等有机污染物和各种重金属元素等致癌物质和基因毒性诱变物质，对人类健康的危害极大[1]。基于此，美国、欧洲均对PM2.5粉尘的排放进行了限制。

因此，寻找适合于中国国情的高效除尘设备已经迫在眉睫，根据国外的实际使用情况，湿式电除尘器（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效能，对微细的、黏性的或高比电阻粉尘及烟气中的酸雾、气溶胶、重金属、二恶英等的收集都是理想的。目前大部分燃煤电厂使用湿式烟气脱硫系统，也为WESP的应用创造了有利条件。所以，WESP技术是燃煤电厂既能满足超低排放国家环保要求，又能控制复合污染物的重要选择方案之一。

1湿式电除尘器的原理及优势

湿式电除尘器的主要工作原理与干式电除尘基本相同，湿式电除尘的原理是：含尘气体在通过高压电场时被电离，尘粒荷电在电场力的作用下向收尘极运动并被吸附在收尘极上，当运动到集尘极表面时，随液体膜流下而被除去。因此，WESP运行的三个阶段与干式ESP相同，即放电、收尘和清灰，但与干式电除尘通过振打将极板上的灰振落至灰斗不同的是，湿式电除尘器是通过收尘极冲洗方式使极板上收集的粉尘随水排出，因为没有振打极板产生的二次扬尘，湿式电除尘器可以达到很低的排放浓度[2]。

WESP的优势：

1）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温、高湿的烟气。

2）没有二次扬尘，出口可以达到很低的排放水平。

3）清灰靠液膜冲洗来完成，由于没有振打锤等转动部件，运行可靠性高。

4）由于在电除尘器内的电场气流速度较高及灰斗的倾斜度较小，设备布置可以更紧凑。

5）对于亚微米大小的颗粒，包括SO3酸雾、细微粉尘（PM2.5）和湿烟气中的气溶胶都能有效收集[3]。

当然，WESP也有部分缺点，如脱硫后烟气酸性仍较大，对湿除壳体内与烟气接触部分的防腐要求较高，但随着近几年国内湿除技术的发展，尤其是全玻璃钢湿除的出现，该问题得到了解决。

2WESP在镁法脱硫机组中应用的必要性

目前，国内湿式钙法脱硫占火电脱硫的90%以上，湿式镁法脱硫工艺仍占极少数，目前国内对镁法脱硫火力发电机组超低排放路线研究较少，尤其是除尘超低排放技术路线的研究，尚没有形成统一成熟的意见。

大唐鲁北发电有限责任公司2*330MW机组脱硫工程采用湿式氧化镁法烟气脱硫工艺，采用一炉一塔脱硫装置，两台机组的脱硫装置分别于2009年9月和12月随机组投入使用。镁法脱硫工艺中，液气比低，虽然吸收塔内布置除雾器，但仍有大量液滴随烟气排出吸收塔。超低排放改造前，吸收塔出口液滴含量＜75mg/Nm3，超低排放改造后，吸收塔出口液滴含量＜50mg/Nm3，与钙法脱硫不同的是，镁法脱硫吸收塔排出的烟气携带的液滴中含已溶解的硫酸镁，这部分液滴在蒸干后析出的硫酸镁晶体可视作微细粉尘。目前，国家环保部对超低排放的验收以手工测量（称重法）为准，溶解了硫酸镁的液滴在抽取称重时会被吸附在滤棉上，从而被统计为粉尘。故镁法脱硫火力发电机组尾部烟气中雾滴的去除率直接关系到粉尘的排放水平，如何降低总排口烟气中的液滴含量，将影响粉尘超低排放改造的效果和成败。

目前，除尘超低排放的路线有多种，但除雾滴效果最好的，非湿式电除尘器（WESP）莫属，湿式电除尘器的运行原理决定了其对液滴的捕获能力，尤其是随着电网对火力发电机组灵活性调度的要求，湿式电除尘器不会随机组负荷的降低而降低除尘效果。相反，采用离心力原理捕获液滴的除尘设备，随着机组负荷的降低，烟气流速随之下降，离心力下降，对液滴的去除能力大大降低，除尘效果随之下降，尤其是镁法脱硫机组，总排口烟气中液滴含量的上升将直接导致粉尘的增加，除尘超低排放的效果无法保证。故对于镁法脱硫火力发电机组，湿式电除尘器（WESP）是作为除尘超低排放不二的技术路线选择。

此外，WESP能够有效的去除烟气中含有的PM2.5、SO3酸雾、NH3气溶胶、水雾、重金属粒子（Hg、As、Se、Pb、Cr）等污染物，可以适应今后国家更严格的环保排放要求。

3应用效果

通过对国内超低排放技术路线的深入研究，以及大中型燃煤火力发电机组超低排放改造实例的调研，大唐鲁北发电有限责任公司最终确定了采用湿式电除尘器的除尘超低排放改造路线，在具体的工艺选择上，经过大量调研，选择了玻璃钢空腹板为壳体的施工方案，有效避免了因防腐质量问题导致的腐蚀泄漏。大唐鲁北发电有限责任公司新建的WESP布置于吸收塔后、烟囱入口前，由阳极收尘系统、阴极饱和放电系统、上下气室、喷淋装置和供电、控制系统组成。

阳极收尘系统采用导电玻璃钢六角形蜂窝结构阳极，阳极模块采用一次整体模压成型技术，实现大型设备单元模块化，采用整体模压成形技术克服了单管粘接精度差、管间易分层、整体强度低的缺点。阳极材质为导电玻璃钢CF超导复合材料，是以高分子导电材料为粘合剂、纤维及其制品作为增强材料、高碳纤维为导电功能材料而合成的复合材料。具有金属相似的导电性，耐化学腐蚀、阻燃性能好、耐温高、不变形、使用寿命长等特点。

阴极饱和放电系统由绝缘子室、热风清扫系统、阴极框架和阴极线组成。

上下气室由壳体、气体分布装置和烟气进出口烟箱组成，壳体和烟气进出口烟箱材质为自带保温功能的玻璃钢复合材料，耐腐蚀、零泄漏。

喷淋装置为间断喷淋冲洗方式，水质要求低，采用无堵塞无盲区专用喷嘴，喷淋系统为非金属材质[4]。