湿式电除尘技术及其在燃煤电厂中的应用

神华准格尔能源有限责任公司矸石发电公司 奇玉玺

湿式电除尘技术及其在燃煤电厂中的应用

神华准格尔能源有限责任公司矸石发电公司 奇玉玺

伴随着工业化进程的不断加快，工业粉尘的排放量也随之增加，由此产生的颗粒物尤其是微细颗粒物（PM2.5）对环境和人类健康造成严重的危害，而燃煤电厂是微细颗粒物排放的主要来源。湿式电除尘器是大气多污染物控制系统终端机的精细处理设备，能够捕集到烟气中的超细颗粒与液滴，所以在化工和电力领域得到了广泛的应用。本章深入分析湿式电除尘技术，以供参考。

PM2.5控制；燃煤电厂；湿式电除尘器

1 概述

目前，大气污染变得越来越严重，以微细颗粒物（PM2.5）为首的颗粒物已经严重危害着人体的健康和环境的质量。湿式电除尘器可以有效处理大气复合污染物，控制PM2.5、汞、重金属等污染物的排放量，所以研究分析湿式电除尘技术是很有必要的。湿式电除尘器的集尘效果与粉尘的特征性能是无关的，它可以高效地捕集黏性比较大或者是高比阻的粉尘颗粒，而且可以很好地处理高温高湿环境下的烟气。这种除尘器不会产生二次扬尘，而且出口处的粉尘浓度比较低。同时，由于电除尘器内部的电场气流速度相对较高，且灰斗倾斜角度较小，因此设备的排列布置会比较紧凑。此外，它还可以有效地捕集亚微米级的粉尘颗粒。

2 湿式电除尘技术

2.1 湿式电除尘器的工作原理

湿式电除尘器的工作原理主要是利用电厂的空间来传输直流负高压，在空间气体发生电离的基础上，烟气中的液滴与较小的尘粒相结合，形成较易捕集的大颗粒，然后自动移动到收尘板，最后由收尘级表面对粉尘颗粒进行收集。其工作原理图如图1所示。其中，干式静电除尘器主要是通过振动灰尘的方式将收集的粉尘抖落至灰斗内，而湿式电除尘器主要是捕集烟气中液滴颗粒，然后在收尘级表面形成溢流，再通过冲洗的方式将粉尘颗粒冲到水灰斗中。两者之间最大的不同在于烟气，干式电除尘器产生的烟气属于干烟气，它的温度很高，不含液滴。而湿式电除尘器的烟气基本处于湿饱和的状态，其中存在较多的液滴成分。

图1 湿式电除尘器工作原理图

根据不同的技术类型，一部分湿式电除尘器的阳极板会配备喷水系统，把水雾喷射到放电极和电晕区，水雾在放电极和电晕区进行进一步的雾化，在电场力的作用下，水雾和粉尘颗粒互相接触、吸附凝结，最后由于电场力的驱动，粉尘粒子移动至收尘极而被捕集。喷射的水雾在收尘极上形成性能优良的水膜，从而把收集的粉尘冲洗至灰斗中排出。还有一部分湿式电除尘器不配备喷水系统，通过饱和的湿烟气捕集到的水雾溢在收尘极上形成连续不间断的水膜，将粉尘冲刷去除。只有定期冲刷喷水系统，才能确保运行效果。

2.2 湿式电除尘器结构及材料

2.2.1 结构设计

湿式电除尘器可包括管式湿式电除尘器和板式湿式电除尘器两种。管式湿式电除尘器的集尘极是由多根方形或圆形的金属管整齐地排放，而放电极则是均匀分布于各类板极之间，并且管式湿式电除尘器只可以处理垂直方向流动的烟气。而板式湿式电除尘器中的集尘极的形状是平板状的，能够形成良好性能的水膜，并且电晕线均匀地布置在各个极板之间，这类型的湿式电除尘器可以处理水平或者垂直流动的烟气。两者相比，管式湿式电除尘器的优势更加显著，这两种类型的湿式电除尘器之间的主要区别在于:

（1）如果在除尘效率相同的情况下，并且电极长度相同，管式湿式电除尘器与板式湿式除尘器相比，其烟气流速是板式类型的2倍。

（2）如果在除尘效率相同的情况下，管式湿式电除尘器的干燥面积远小于板型湿式除尘器的干燥面积。

管式湿式除尘器不仅可以设计成垂直向上的烟气流，也可以设计成垂直向下的烟气流。如果设计成垂直向上的烟气流，烟气将从底部进入电除尘器并向上移动，冲洗喷嘴可以装在设备的底部并向上喷射，也可以在电场的正上方设置一个向下喷射的喷嘴。如果设计成垂直向下的烟气流，烟气将从上方流进湿式电除尘器中并向下流动。冲洗喷嘴被放置于顶部并向下喷射，方向于烟气流移动方向相同。

2.2.2 材料选择

大部分湿式电除尘器基本都在气体温度饱和的环境下（或者接近气体温度饱和）进行工作，气体中氧气的浓度一般较高，为了延长设备的使用寿命，避免加速腐蚀，制造材料的选取使用是非常关键的。在实际使用中，如果气体中氧气浓度不高，可以选择A36碳钢作为电除尘器的组成材料，而液体回路可以使用抗菌剂进行处理，以消灭硫还原细菌。因为这种细菌能够腐蚀碳钢，造成在极短的时间内要对部件进行更换，从而导致浪费。而对于湿式电除尘器外部壳体和内部构件而言，有以下要求：

（1）外部壳体一般使用带有内衬保护的碳钢材料，为防止壳体被腐蚀，可以在它的内表面涂一层防腐材料。

（2）为了控制采购和制造成本，必须对湿式电除尘器内部构件材料进行慎重的选择。湿式电除尘器的总成本会因为其工作负荷、使用材料和耐腐蚀要求的不同而不同。选择合适的湿式电除尘器内部材料是一个非常复杂的过程，为了避免出现点腐蚀和裂缝腐蚀，需要考虑在工艺气体和冲洗液提中氯化物的浓度。不同氯化物浓度对应采用的材料如图1所示。

表1 不同氯化物浓度对应采用的材料

2.3 湿式电除尘布置形式

当前在国外燃煤电厂中最常用的湿式电除尘器的布置形式有以下3种：（1）水平方向烟气独立布置。（2）垂直方向烟气独立布置。（3）垂直方向烟气与WFGD一体化设计。前两种的布置方式需要与自身匹配的专门空间，第三种布置方式是目前来最常见的布置方式，与此同时，这种布置方式的成本也是最低的，占地面积也比较小。并且垂直方向烟气与WFGD一体化设计的可靠性还比较高，无活动内件，简化了酸液收集与存储系统，使清洗水喷雾冲洗最优化，并且清洗水可以直接当做补给水被WFGD循环利用。

3 湿式电除尘在燃煤电厂的应用

湿式电除尘器于1907年首次应用于硫酸与冶金工业生产，1980年国外大型燃煤电厂也相继开始使用湿式电除尘器净化脱硫烟气，并取得了不错的效果。1986年，美国的AESDeepwater电厂开始研究并使用湿式电除尘技术，该电厂使用石油焦作为主要燃料。从1999年到2005年，AESDeepwater电厂与多家公司合作，共同设计了一种用于升级湿式电除尘器的收尘级与放电模块，实验结果表明：使用6%钼合金材料性能最佳。

2000年，NewBrunswick电力公司优化改进了Dalhousie电厂的WFGD，并安装了湿式电除尘器。2002年，n&b电力公司对CloesonCove电厂（1050MW）生产的WFGD进行了同样的改造。这两个电厂使用的都是垂直方向烟气与WFGD一体化设计方式。

在日本中部地区，碧南电厂的5台机组（3×700MW+2×1000MW）采用湿式电除尘器后，机组的排放浓度稳定在2mg/Nm3到5mg/Nm3之间，符合日本国家标准和新国标的要求。这就表明湿式电除尘器能有效地消除烟气中的粉尘和液滴。目前，专业设计制造适用于电厂的湿式电除尘器的生产厂商包括：美国巴威公司、日本三菱重工、日立公司、日本石川岛公司、加拿大Turbosonic公司、欧洲阿尔斯通和FLS公司。

4 结论

目前，微细颗粒物（PM2.5）是大气环境的最主要的污染物之一。湿式电除尘器可以高效捕集对环境和人体危害巨大的微细颗粒物，因而越来越多的电厂使用湿式电除尘器来控制总颗粒物的排放量，可以预见的是，伴随着对环境保护要求的持续提高，湿式电除尘器的应用也会越来越普遍。

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奇玉玺（1970—），男，蒙古族，内蒙古准格尔旗人，专科，助理工程师，神华准能矸电公司化学脱硫部副经理，研究方向：发电厂除尘。