湿式除尘器在火力发电厂的应用研究

湿式除尘器在火力发电厂的应用研究

闫俊涛

(国电电力发展股份有限公司大同第二发电厂037043)

摘要：随着能源行业的发展，越来越追求环保与可持续发展，因此对于火电厂的排放指标必须进行严格把控，作为已经普遍应用于火电行业的湿式除尘器，是指标达成的一项重要技术设备。文中对湿式除尘器的应用以及原理进行阐述，并对其在造型和应用规范等进行了研究，以国电电力发展股份有限公司大同第二发电厂（简称国电电力二厂）的湿式除尘设备使用情况为例，为烟气除尘系统的设计提供参考。

关键词：湿式除尘器；污染源；极板；排水系统

一、研究背景

经济的快速发展也随之带来了一些不良的影响，包括环境的水源的污染、大气的污染以及对人类的健康影响。因此国家为了解决污染问题明确的提出了对环境保护的要求，以及对污染物排放的标准，如各种烟、粉尘、三氧化硫、氮氧化合物等都有了明确的排放指标，从而保持在经济的可持续发展。各企业为了达成指标，也通过了多方努力，其中以湿式静电除尘器的应用最为广泛，该设备是解决酸雾问题和PM2.5微尘颗粒问题的最佳设备。这些企业中又以火电厂的应用最为积极，其对环境的影响也较为严重，本文将通过对国电电力二厂在湿式除尘设备上的应用分析，并对国内外湿式除尘器的应用现状进行研究，在对金属极板式、管束式静电除尘器在安全和应用上得出有经验，以便在同类企业中进行推广。

二、湿式除尘国内外应用现状

湿式除尘器自乔治发明以来，已经有100多年历史，从一开始的治金和硫酸行业，到现在的大型火力电场，发展稳健。该技术被备受高粉尘行业的青睐，从雾滴荷电技术的推广到静电原理的应用，都能颗粒物捕抓作用带来了极大的提升。1975年日本三菱公司开始首次启用湿式电除尘应用到了锅炉烟气的处理工序中，效果一炮打响，从而开创了湿式电除尘的时代。

2.1国外湿式电除尘器研究状况

湿式除尘最早开始于日本，对于欧美等国家也已经有了40年的应用历史，由于工业发展的先进性，这些国家针对其本国的火力电场的污染情况进行控制，所以在湿式除尘设备的研发方面要进步很多。从统计数据可得，现阶段有100多套湿式电除尘设备被应用在欧美等几个发达国家，数量上并不多原因有两个方面，一方面是对于火力发电的限制，其它能源的应用较广泛，另一方面是该技术设备前期的投入较高导致应用范围受限。目前这几类国家对于颗粒污染方面的环境保护主要是通过SCR+ESP+WESP等方式进行的，通过湿式除尘设备可以有效的控制甚至消除脱硫系统无法消除的颗粒污染物比如PM2.5，酸雾以及重金属污染物等带来的污染物质。

2.2国内湿式电除尘器研究状况

因为受限于工业发展环境，我国对于湿式电除尘设备的研究要晚很多，不过大有后来者居上的态势。80年代的周文俊等人开始了最早的水雾荷电子技术的除尘设备研发工作，而最早的一台湿式电除尘设备是于1998年由鞍钢集团引进并安装在转炉煤气的回收工段，次年位于山东沂州的水泥集团也安装了首台LSD型设备。而我国首台国产的卧式湿式电除尘设备则是应用在了宝钢集团，从测量结果上看，其水准已经达到了当时的较高水平，实际测量的经达除尘设备过滤的排放深度仅为31.3mg/Nm3，超过了最你标准40%，而2013年由福建龙净自主研发的可以应用在火力电场的除尘设备其效果也是达到了新规要求。

目前我国在湿式电除尘设备的应用程度上已经超过了欧美以及日本的总和，截止2018年已经投入使用或者在建的设备已经达到了180多套，这样的投入和应用充分说明我国在针对治理颗粒污染以及硫化物方面的决心，如表2-所示。

表2-1我国湿式电作除尘设备投入公司情况

2.2研究的方法及意义

对于显水暖工电除尘的几设备应用，本文将从其设备的原理和布置方式以及排水系统来比对研究，通过对各类湿式电除尘技术的特点分析，并对其使用前景进行总结，从而给各大火电发电石厂对湿式设备的选择提供依据。

湿式除尘技术设备主要可以解决脱硫系统所排烟气的二次污染问题，该过程会通过石膏浆液在烟囱中产生石膏雨现象，石膏雨存在非常大的腐蚀性，从而给烟囱造成极大的损伤，同时也给环境造成无法挽回的损害。同时湿式除尘技术也可以有效的解决因为脱硝系统过程中产生的烟气污染问题，脱硝系统是通过选择性催化还有脱硝的方式来完成的，在此过程中会使SO2转化为SO3，该成分因为粒径小，很容易干扰除尘设备的效果，同时排放到空气中会造成严重的蓝烟，在造成光化学反应后严重污染环境。

以上污染都可以通过选择合适的湿式除尘设备进行有效的控制，因此本文期望通过对湿式除尘设备的研究，在针对火力能源行业以及相关污染的企业提供一些更好的保护设备以及环境的选择。

三、研究相关技术

3.1湿式除尘的原理

湿式除尘设备是通过高压产生的静电效应的方式，对脱硫及脱硝后产生的湿烟气中的粉粒、硫化物以及PM2.5粒子等有害物质进行强吸附处理的方式来控制其对环境和设备的污染。该技术设备通过直流高压的作用，在极板的作用下将气体分子进行电离，而后产生电子和正负离子，通过这些粒子与粉粒或者雾滴粒发生电荷反应，从而带走这些粒子，并通过排水系统进行集中处理。其效果明显且通过液体方式搜集污染物，从而更好的控制有害物质飘散的二次污染问题。

3.2湿式电除尘器极板选型

湿式电除尘器的极板是其核心处理装置，从技术上主要是分为三种类型，金属极板、柔性阳极立式以及非金属管束式。

3.2.1金属极板式介绍

金属极板式是一般采用SUS316L规格的不锈钢，通过配置的喷漆水系统对其表面进行连续喷淋的方式产生水膜来进行覆盖和清灰作用。其一般采用卧式结构，通过水平进出风的方式保持持续的覆盖效果。

3.2柔性阳极立式

柔性阳极立式是采用非金属柔性织物材料进行阳极处理的方式，通过将2205或者2507等不锈钢材料布置成四方形筒状的结构方式来作为阳极，而阴极材料则是用铅铮合金通过悬挂布置在其中心来完成的。其特点是必须采用垂直进出风的结构来实现电离除尘的效果。

3.3非金属管束式立式

非金属管束式是一种即可以布置在塔顶也可以布置在塔下的独立箱内的技术，它是管状的阳极结构，一般采用蜂窝式结构或者圆形结构。其阳极材料一般采用玻璃钢或者抗阻燃聚丙烯等材料，而阴极材料则是采用奥氏体不锈钢等材料来完成，该过程是通过间断式的冲洗来完成清洗，因此该技术只能采用垂直进出网的方式来完成布置。

3.3湿式除尘器排水系统

为了解决湿除喷淋过程中产生的废水对原脱硫系统的影响，因此先进的洁净技术是通过在上游设置置换热器的方式来完成的。而柔式极反和导电玻璃钢因为材料对冲洗水量不高而影响较小以外，钢式极板受冲洗水量的影响较大，因此需要有效的解决冲洗后的排水问题。目前可以通过直排式、自循交叉间隙处理和自循环连续喷淋三种方式来进行处理，自研技术排水系统方案对比如表3-1所示。

表3-1自研技术排水系统方案对比表

四、湿式除尘器的应用研究

4.1国力电力除尘设备应用现状

在静电除尘设备上国力电力是采用了较为常见的湿式静电除尘器，极板的布置方式为水平卧式，进出风口方式也为水平式布置。该设备是典型的两定静电除尘处理方式，为了确保除尘效果，而采用了两室两电场的处理的方式来完成，同样使用了高压直流电源的供电方式来提供能源。该设备为典型的金属极板技术，其阳极和阴极材质为SUS316L规格的不锈钢，通过配置直排式的排水系统，因采用了间隙式喷水系方式，因此其每24小时的需补水量为384吨。

从效果上来看其在烟尘浓度达到25mg/Nm3的时候，该套系统设备的除尘效率为82%以上，出口浓度可以保持在5mg/Nm3的水平，当设备在500MW状态下运行时，其出口浓度可以控制在小于3mg/Nm3的水平，可见其效果还是非常不错的。不过因为采用了清洗水的直排式，所以在耗水量方面还是有些偏大，此外因为两室除尘的配置导致其在二次电流和二次电压不稳的问题，都需要进行改善。

针对目前设备的使用情况，需要在确保除尘指标达标的情况下，有效的控制耗电量以及排水量的问题，不能一味的追求指标而忽视除尘效率，从而导致能源浪费和效率低下影响整体除尘系统的稳定性。

4.2国力电力湿除设备布置方法

湿除布置方式可分为卧式和立式两种。而国力电力则是采用了卧式通风的布置来完成除尘作用的，该种布置一方面是因为受金属极板的水平布置有关，此外还因为其效果可以在喷淋时对金属极板进行充分的清洗，并在电离过程中对电离子进行有效的分流，从而起到更好的效果。国力电力的除尘设备的布置是采用了塔外布置的方式完成，因为采用了高功耗的除尘设备，因为排烟量大，设备空间要求高，因此无法采用塔顶等来进行布置。

卧式置是指烟气流向为水平，多用于板式结构；立式布置是指烟气流向为垂直，多用于管式结构。立式布置又分为脱硫塔上布置和脱硫塔外布置两种，塔外布置根据烟气与喷淋水的流向关系，又分为顺流式和逆流式两种。目前国内主流湿除厂家基本是引进的日本三菱和日立的技术，日本多采用卧式布置。美国的湿除技术起步也比较早，多采用垂直烟气流的设计[3]。如图3所示。通常300MW及以下新建机组多采用塔顶布置，通过与脱硫塔共用基础，可节省湿除独立支撑的土建结构，充分利用空间；300MW以上的机组，因烟气量大，塔上布置有一定的局限性，为保证整体性能，通常采用塔外布置。对于脱硫塔不拆除的改造机组，因原来脱硫塔基础通常不含余量，只能采用塔外布置。

4.3改进建议

对于因为在喷淋过程中将废水直接排入导致对原硫化系统的影响，因此可以在前段工序中增加置换热装置的方式可以有效改善以原硫化系统平衡的影响。对于直排式排水系统的水耗量大的问题，可以通过两室功能平衡的计算来找到最佳处理平衡点，通过表4-1可以发列，对于除尘效率的值在设备投入和运维费用的对比可以发现，通过有效的设备组合即可以达到除尘效果，也可以将投入和运维费用降到相对较低的水平。当我企业应该根据自己企业排烟量的情况进行综合考虑，不能为了减少费用而导致环境污染的问题发生。

表4-1湿式除尘设备系统的投入有运维费用清单

对于二次电流不稳的情况，可以在通过非金属管束方案的设备进行针对性改善，通过研究方案可以针对不同的污染物进行处理，从而达到最佳效果的同时，将能耗降到最低。

五、总结

目前火力发电行业对湿电除尘的设备选用已相对比较谨慎，都会通过在满足排放要求的前提下，通过对原除尘系统的充分挖潜来提高除尘效率的方式来进行改善，这是一种非常好的现象，即可以提升对该技术的不断研究，还可以不断的减少能耗的输出，从而节约能源。我们通过结合工程实际，对湿除技术路线的选择上也会更加的科学。希望通过本文的介绍研究，可以对现行企业在电除尘设备的选择上提供帮助。

参考文献:

[1]贾旭.火力发电厂湿式静电除尘器选型研究[J].内蒙古科技与经济,2017.

[2]唐志鹏.湿式电除尘器技术研究[D].华北电力大学,2016.

[3]石韬,刘广林.火力发电厂湿式除尘器应用中若干问题的探讨[J].应用能源技术,2017.

[4]赵凯.湿式静电除尘器在2×350MW燃煤供热机组烟气除尘改造中的应用[J].资源节约与环保,2015,(3).