湿式静电除尘技术在燃煤电厂中的应用

 王娴娜1,2，朱林1,2，王东歌1,2，王康1,2

（1．南京信息工程大学江苏省大气环境与装备技术协同创新中心，江苏南京  210044： 2．国电科学技术研究院，江苏南京210031）

摘  要：结合湿式静电除尘器工程应用实例，探讨了燃煤电厂湿式静电除尘器对细颗粒物的去除效果。湿式静电除尘器能够较好地减少细颗粒物（如PM2.5、PM10等）的排放，但在湿式静电除尘器的出口处，部分细颗粒物仍出现小峰值。为进一步脱除细颗粒物，应用了相变凝聚均流器技术。结果表明，联合使用相变凝聚均流器与湿式静电除尘器技术，对细颗粒的脱除有很大改善，对PM1、PM2.5的脱除效率均达80%以上，整个除尘系统的除尘效率可大于90%,并使火电机组烟尘排放达到“超低排放”要求。

关键词：燃煤电厂；湿式静电除尘器；相变凝聚：细颗粒物：减排

中图分类号：TK09;X77DOI：10.11930/j．issn.1004-9649.2016.06.157.04

0引言

 现有燃煤电厂干式静电除尘器的除尘效率可达99%．但其对于细颗粒物（代表性颗粒物PM2.5）或粒径小于1μm的亚微米级超细颗粒物（代表性颗粒物H2SO4微液滴）的捕获率相对较低．导致这些颗粒物进入大气形成气溶胶。大气中这些颗粒物90%以上表面附着了丰富的微量重金属元素(如Hg)及有机污染物，对人体危害极大。为控制污染物排放．2011年9月国家出台了《火电厂大气污染排放标准》(GB 13223-2011)，要求在一般地区粉尘排放浓度（标准状态，下同）应小于30mg/3，重点地区排放限值小于20 mg/m3。为进一步控制大气污染物排放，2014年9月12日，国家发改委、环保部、能源局联合印发了《煤电节能减排升级与改造行动计划( 2014-2020)》，要求东部地区11个省市新建燃煤发电机组烟尘、二氧化硫、氮氧化物排放浓度（标准状态，下文凡与体积有关数值均已换算至标准状态）分别不高于10、35、50 mg/m3。对于燃煤电厂炯气进行深度净化处理，湿式静电除尘技术是主要技术之一．也是满足国家最新相关环保标准的推荐技术之一。湿式静电除尘器( WESP)作为高效除尘的终端精处理设备，不仅具有控制石膏雨等复合污染物的强大功能，还对微细、黏性或高比电阻粉尘及炯气中酸雾、气溶胶、汞、重金属、二嘿英等的收集具有一定的效果。此外，目前大多燃煤电厂采用湿法烟气脱硫T艺，这也为湿式静电除尘器在电厂的推广应用创造了有利条件。本文结合工程实践，对湿式静电除尘器和相变凝聚均流器技术的应用及相关研究结果予以介绍。

1  湿式静电除尘技术工程应用

 国电民权发电有限公司2x600 MW燃煤机组于2008年投入运行，采用双室四电场干式静电除尘器并采用高频电源，烟气脱硫丁艺采用湿式石灰石一石膏烟气脱硫工艺，无气一气换热器( GGH)。由于流速、温度等原因，炯气在经过湿法烟气脱硫装置后出现较严重的“石膏雨”现象、考虑到干式静电除尘器改造受场地限制，最终决定在湿法烟气脱硫装置后加装湿式静电除尘器。该除尘改造项目于2014年10月初投入热态运行．在400 MW及500 MW负荷条件下，在同一高压(46 kV)下，湿式静电除尘器对不同粒径颗粒物的分级脱除效率如表1和表2所示。由表1和表2可知，加装湿式静电除尘器后，PM,（本文指粒径小于或等于1μm的颗粒物）、PM2.5、PM10的除尘效率在400 MW运行负荷下均比500 MW有不同程度的提高，原因可能是负荷降低，湿式电除尘器的烟气速度也将下降，颗粒物在湿式静电除尘器内停留时间增加，从而除尘效率提高。 

机组负荷400 MW试验工况下湿式静电除尘器入口和出口的粒径分布如图1所示。

 在湿式静电除尘器的入口和出口取样，对所采集的颗粒物进行分析后，得到使用dm/d (1gDp)表示的湿式静电除尘器入口、出口的颗粒物粒径分布曲线。其优点在于表示宽粒径分布的颗粒时，可以比较好地通过图示方法分析、比较1μm以下粒径范围内的颗粒物，其中

 由图1可知，燃煤电厂烟气经过干式静电除尘器及湿法烟气脱硫装置后，其排放以粒径PM，以下的亚微米级颗粒物和PM2.5、PM10为主，虽然排放物的质量浓度不高，但是颗粒物的粒子数量较大．是雾霾等危害性天气的元凶。湿式静电除尘器人口的颗粒物分布在0.05μm及2.5μm处较多．出口处颗粒物分布一曲线较平缓，说明湿式静电除尘器对亚微米及微米级颗粒物有较高的脱除率．尤其对亚微米粒子脱除效果较好。需要指出的是．湿式静电除尘器出口处细颗粒物仍会出现小峰值，可见湿式静电除尘器设备对该粒径范围的颗粒物的脱除效果有限，此现象可能与电除尘器荷电机理相关联。

2湿式相变凝聚均流器技术及其工程应用

2.1  湿式相变凝聚均流器技术原理

 所谓湿式相变凝聚均流器技术，是利用饱和烟气自身携带的水蒸气，在降温过程中发生相变，水蒸气在微细颗粒物表面凝结，并同时产生热泳和扩散泳作用，促使细颗粒迁移运动并相互碰撞接触．不断长大，最后通过毛细管表面予以收集。该方法可以有效脱除燃煤污染物中的细颗粒物，同时可以冷凝出大量烟气中的水，并除去大部分SO3，解决湿法烟气脱硫装置出口烟道SO3腐蚀的难题。在凝聚脱除颗粒物的同时，凝聚器内均匀布置的大量毛细管可以对气流再分布，使烟气分布更均匀。对于在湿法烟气脱硫装置后加装湿式静电除尘器的工艺，在湿式静电除尘器前端特别适合加装相变凝聚均流器。由于脱硫吸收塔出口烟气中水蒸气均为饱和或接近饱和，通过外部冷源可方便控制烟气中水蒸气相变，实现高效凝聚、微细颗粒物脱除以及均流的目的。

2.2  相变凝聚均流器主要技术指标

 国电常州发电有限公司2x600 MW机组于2006年投运，相变凝聚均流器技术已成功在该机组得到工程应用。整个相变凝聚均流装置由相变凝聚器本体、冷却水循环系统、控制系统、PLC系统等几部分组成，其中相变凝聚均流器主要技术指标如表3所示。

2.3试验结果与分析

 机组运行负荷在390～600 MW条件下，当地大气压为1.026x105 Pa．对相变凝聚均流器进、出口抽取烟气样、然后冷凝，进行水样收集，再将其进行激光粒度分析，得到的相变凝聚均流器进、出口粉尘颗粒度分布如图2所示。

 由图2a）可见，湿式相变凝聚均流器人口即脱硫后颗粒物粒度分布峰值在0.25μm和2.5μm附近，且细颗粒的体积分数远大于大颗粒物。由图2 b）可见，经过湿式相变凝聚均流器后，湿式相变凝聚均流器出口处颗粒物峰值在1.2μm和13μm处，且后者的体积分数远大于前者，说明在湿式相变凝聚均流器中存在显著的细颗粒凝并过程．其可促进设备及整个湿式除尘器系统对微细颗粒物的脱除。

 图2反应了湿式相变凝聚均流器设备内部沿烟气流动方向上微细颗粒物的凝聚规律。设备人口颗粒物平均粒径D=1.34μm，出口颗粒物平均粒径D=4.25μm，得到此时的凝聚指数η为3.17。η值越大，表示凝聚性能越好，当η≥3时，表示凝聚器凝聚性能优异。从结果可以看出，湿式相变凝聚均流器对亚微米级颗粒物的凝聚效果良好。

2.4  颗粒物分级脱除效率

 分级脱除效率可用来量化表征湿式静电除尘器对不同颗粒物的脱除效果，机组运行负荷600MW、电压60 kV 工况下．PM1、PM2.5、TSP（总悬浮颗粒物）的脱除效率如表4所示。

 由表4可见．机组满负荷且湿式静电除尘器电压设定60 kV时．烟气进口颗粒物质量浓度为13.59 mg/m3，排放值为1.044 mg/m3，相变凝聚均流器与湿式静电除尘器联用．对颗粒的适应性上相对于传统的除尘设备有了很大的改善，对PM1、PM2.5的脱除效率均为80%以上，对整个除尘系统的除尘效率大于90%。

3讨论

 湿式静电除尘技术在燃煤电厂应用已有25年左右的历史。从国内运行状况来看，湿式静电除尘器布置在湿法烟气脱硫装置之后．可有效除去细颗粒物（如PM2.5、PM10等），本研究表明其对细颗粒物PM1和PM2.5的去除率在70%～80%；机组负荷会影响除尘效率，负荷降低，细颗粒物脱除率提高．

 随着国家对环境污染控制的要求日趋严格．限制颗粒物，尤其是PM2.5的排放是当前一项重要的工作。工程应用中湿式静电除尘器对亚微米级颗粒物有较高的脱除效率，但在湿式静电除尘器的出口细颗粒物仍会出现小峰值．可见湿式静电除尘器对该粒径范围的细颗粒物的脱除效果有限．此现象可能与湿式静电除尘器荷电机理相关。

 相变凝聚均流器技术可以加强对细颗粒物的凝聚，从而可优化细颗粒物的脱除效率。湿式相变凝聚均流器+湿式静电除尘器技术在围电常州发电有限公司进行的成功应用表明：相变凝聚均流器+湿式静电除尘器的除尘系统对PM1、PM2.5的脱除效率均为80%以上．对整个除尘系统的除尘效率大于90%，大大降低了细颗粒物的排放水平。

4结语

 本文研究结果表明，燃煤电厂仅采用湿式静电除尘器难以使超细颗粒物排放降至更低水平。国电常州发电有限公司的实践结果证明，可以通过采用相变凝聚均流器与湿式静电除尘器联用方式．进一步脱除细颗粒物，从而满足火电机组“超低排放”要求。