湿式电除尘在超超临界百万机组超低排放工程上的应用

本文简述了湿式电除尘器的工作原理以及技术特点，并对目前燃煤电厂超低排放路线做了简单分析：以低低温电除尘技术为核心实现超低排放的技术路线和以湿式电除尘器为核心实现超低排放的技术路线；此外重点介绍了湿式电除尘器在国内1000MW超超临界燃煤机组上的应用情况。
随着我国大气污染排放标准及要求的日趋严格，湿式电除尘技术开始应用于燃煤电厂，并得到迅速推广。华润海丰电厂在初期设计排放限值符合国家《火电厂大气污染物排放标准》及
环评要求的情形下，主动追加环保投资，要求机组投产后，污染物排放达到“超低排放”要求。华润海丰电厂1号和2号2×1000MW燃煤机组通过末端加装湿式电除尘器（以下简称WESP），来达到“超低排放”目的。
本文重点介绍了WESP技术在海丰电厂1号和2号2×1000MW燃煤机组上的应用，为该项技术在大型燃煤电厂的进一步优化和推广提供了有益的参考。
1WESP技术简介
1.1WESP对微细粉尘的去除原理
WESP是一种用来处理含湿气体的高压静电除尘设备，在燃煤电厂中通常布置在脱硫设备后，其工作原理和干式电除尘器基本相同，都要经历电离、荷电、收集和清灰四个阶段，烟气通过进口封头后进入电场，在高压电的作用下气体电离粉尘被荷电，荷电后的粉尘在电场力的作用下向集尘极移动，随集尘极表面的水膜去除[1]。WESP工作原理如图1所示。图1:WESP工作原理图
1.2WESP技术特点
WESP具有除尘效率高、克服高比电阻产生的反电晕现象、无运动部件、无二次扬尘、运行稳定、压力损失小、操作简单、能耗低、维护费用低、生产停工期短、可工作于烟气露点温度以下、由于结构紧凑而可与其他烟气治理设备相互结合、设计形式多样化等优点。
同时，其采用液体冲刷集尘极表面来进行清灰，可有效收集微细颗粒物（PM2.5粉尘、SO3酸雾、气溶胶）、重金属（Hg、As、Se、Pb、Cr）、有机污染物（多环芳烃、二噁英）等，综合治理能力强。使用湿式电除尘器后，烟气中的烟尘排放可达10mg/m3和5mg/m3以下。在燃煤电厂湿法脱硫之后使用，还可解决湿法脱硫带来的石膏雨、蓝烟、酸雾问题，缓解下游烟道、烟囱的腐蚀，节约防腐成本。
2超低排放技术路线
针对我国燃煤电厂使用的除尘设备80%左右为电除尘器这一现状，同时借鉴国外发达国家的先进电除尘技术，为实现燃煤电厂的超低排放要求，可采用两条技术路线：一条是以低低温电除尘技术为核心实现超低排放的技术路线，一条是以湿式电除尘器为核心实现超低排放的技术路线，从工程应用情况来看，两条技术路线均是可行的。
2.1以低低温电除尘技术为核心的超低排放技术路线 该技术是通过热回收器（又称烟气冷却器）或烟气换热系统（包括热回收器和再加热器）降低电除尘器入口烟气温度至酸露点以下，一般在90℃左右，使烟气中的大部分SO3在热回收器中冷凝成硫酸雾并黏附在粉尘表面，使粉尘性质发生了很大变化，降低粉尘比电阻，避免反电晕现象；同时，烟气温度的降低使烟气流量减小并有效提高电场运行时的击穿电压，从而大幅提高除尘效率，并去除大部分SO3。
该技术优势有：既可以提高电除尘器对工况变化的适应性、提高电除尘效率，又能够去除烟气中大部分SO3，提高湿法脱硫系统协同除尘效果；同时，在节能效果方面，可利用余热、节省燃料。该技术烟尘排放浓度可低于30mg/m3；节省标准煤耗1.0——3.5g/kWh；压力降不大于650Pa；漏风率≤3%。
该技术缺点有：由于烟气温度降至酸露点以下，SO3在热回收器中冷凝，形成具有腐蚀性的硫酸雾，并吸附在烟尘表面上逃逸至电除尘器中，对电除尘器及下游设备造成腐蚀；粉尘比电阻的降低会削弱捕集到阳极板上的粉尘的静电黏附力，从而导致二次扬尘现象有所加重，影响除尘性能的高效发挥；由于吸附了三氧化硫，导致灰斗中灰的流动性变差，易造成灰斗腐蚀。
2.2以湿式电除尘器为核心的超低排放技术路线 湿式电除尘器作为燃煤电厂污染物控制的精处理技术设备，一般与干式电除尘器和湿法脱硫系统配合使用，也可以与低低温电除尘技术、袋式除尘技术等合并使用，可应用于新建工程和改造工程。对PM2.5粉尘、SO3酸雾、气溶胶等多污染物协同治理，实现燃煤电厂超低排放。
该技术优势有：能提供几倍于干式电除尘器的电晕功率；煤种适应性好，不受粉尘比电阻影响，粉尘排放浓度低，可有效捕集其它烟气治理设备捕集效率较低的污染物（如PM2.5等）以及湿法脱硫系统产生的衍生物等，消除石膏雨；可达到其它除尘设备难以达到的极低的排放指标：
颗粒物排放浓度可≤3mg/m3。同时对SO3、重金属汞等具有脱除作用； 阳极板采用耐腐蚀的不锈钢、高端合金等材料，极板机械强度大、刚性好； 运行电压高、稳定性好，运行电流大，性能更高效、稳定； 运行阻力低于300Pa。
该技术缺点有：产生废水，需要排入脱硫系统或者进行过滤处理。
3工程应用
3.1项目概况
华润海丰电厂位于广东省海丰县小漠镇东南海湾，北面靠山，西南为浅滩，东、南面毗邻南海。工程规划8×1000MW机组，本期利用已有场地和部分填海造地建设2×1000MW超超临界发电机组，是广东省“十二五”规划重点工程。为实现大气污染物超低排放要求，浙江菲达环保科技股份有限公司承担了脱硫吸收塔后新增WESP的建设任务。
3.2总体技术思路
华润海丰电厂1000MW机组中采用的WESP装置布置在湿法脱硫设施尾部。采用的工艺路线如图2所示：锅炉+脱硝装置+干式电除尘器+湿法脱硫装置+湿式电除尘器。烟气先经过脱硝系统去除NOx，然后经干式电除尘器去除粉尘，之后再经过石灰石-石膏湿法脱硫装置去除SO2。脱硫塔出来后温度低、湿度大、腐蚀性强的烟气再经过WESP进行深度处理。图2华润海丰电厂1000MW燃煤机组的工艺路线图
3.3烟气设计参数及性能要求
根据技术协议，本项目的WESP入口烟气参数及性能要求见表1。表1:WESP入口烟气参数及性能要求
3.4技术方案特点
本项目WESP采用金属板式湿式电除尘器技术，由于脱硫塔出口烟气具有高湿度、强腐蚀特性，因此从WESP的结构要求以及材质防腐性能两方面做了综合考虑，经优化设计后，保证该技术方案满足华润海丰电厂脱硫塔出口的实际烟气特性。
3.4.1高效的喷淋系统
本项目采用的是单线连续的喷淋技术，可实现对阳极板、阴极线的同时连续的喷淋，喷嘴经过特殊的设计，雾化效果良好，经合理排布后能确保喷淋无死角且覆盖率达120%以上，充分保证系统运行稳定可靠，有效去除湿烟气中粉尘、PM2.5、SO3气溶胶、重金属汞等复合污染物。
3.4.2特殊的极配型式
阳极板和阴极线通常被认为是整个WESP结构中最重要的部件，此项目中采用金属平板的CN阳极板配DS针刺型的阴极线，同极间距300mm。平板型的CN阳极板经过特殊的加工工艺，能确保板面成膜均匀，DS针刺型的阴极线具有刚性强、放电强度高的特点，这种极配和高压供电相匹配，可以获得最佳电气运行参数，有效保证长期实现超低排放。
3.4.3循环稳定的水系统
通过计算华润海丰电厂实际收集的粉尘量以及消耗的水量之间的关系，建立了一套针对华润海丰电厂1号和2号炉的粉尘与废水平衡系统，使大部分水循环使用，小部分水外排，且通过控制外排水的浓度，使这部分水直接作为脱硫系统的补充水使用，对电厂而言基本实现WESP零水耗。
3.4.4优化的结构材料选择
结构材料的防腐性能直接影响到WESP的使用寿命。华润海丰电厂项目中，主要的内构件如阳极板、阴极线的材质选用的是316L材质，这种材质具有强度高、抗酸腐蚀性能强的特点，能够完全适应WESP内部高湿、强腐蚀性的运行环境；对其他结构件的材质一般选用普通碳钢涂覆玻璃鳞片进行防腐；此外，WESP内部的循环水是经过NaOH加碱中和过的，使循环水的pH一般呈现中性偏碱性的状态，能够对WESP内部的结构件起到有效的抗酸腐蚀的保护作用，延长WESP的使用寿命。
根据WESP入口烟气参数及所要求达到的性能指标，采用菲达公司的选型程序计算并结合实际工程应用经验，最终确定了WESP装置的主要设计参数。WESP主要技术参数见表2。表2:WESP的主要设计参数
3.5投运效果
两台机组分别于2015年3月7日和5月12日通过168小时满负荷试运行。现场图如图3所示。图3华润海丰电厂1号机组现场图
2015年5月，经权威部门测试结果显示，1号机组大气污染物排放浓度最大值分别为：烟尘2.3mg/m3，二氧化硫7mg/m3、氮氧化物48mg/m3，汞及其化合物0.0151mg/m3，烟气黑度＜1级（格林曼黑度）；2015年3月，2号机组大气污染物排放浓度最大值分别为：烟尘1.7mg/m3，二氧化硫6mg/m3、氮氧化物33mg/m3，汞及其化合物0.0047mg/m3，烟气黑度＜1级（格林曼黑度），均符合《火电厂大气污染物排放标准》。作为广东省首台实现超净排放——燃机标准的百万机组，本工程对燃煤机组大气污染物深度治理发挥了良好的示范推广作用。
4结语
WESP基于其技术特点，可实现对PM2.5、SO3、除雾器后烟气中携带的石膏雾滴、重金属汞等污染物的高效脱除，在华润海丰电厂1号和2号机2×1000MW燃煤机组上的成功应用表明，其对颗粒物减排效果明显，大大改善了电厂的周边环境，为大型燃煤电厂采用湿式电除尘器实现超低排放提供了有益的参考。