湿式静电除尘技术在燃煤电厂烟气深度净化中的应用
来源：潍坊天洁环保科技公司 阅读：8733 更新时间：2018-03-20 10:27近几年来，我国华北和中东部地区持续出现大范围、长时间的严重雾霾天气，对人们的生产生活和身体健康产生了严重的影响。我国“多煤、少油、缺气”的资源特性决定了其能源消费在中长期仍将以煤炭为主，燃煤发电仍将是主要发电方式；促进煤炭集中、清洁、高效利用以代替粗放使用也是防止大气污染、保护大气环境的主要和重要途径。
湿式静电除尘器（WetElectroStaticPrecipitator，简称WESP）作为大气污染物控制的终端深度处理系统，对PM2.5和S03有很高的脱除效率，同时脱除汞的性能测试试验也取得了很好的效果；在我国的化工、冶金行业及美国、日本、欧洲等国家的燃煤电厂得到了较为广泛的应用，能够有效地减少超细颗粒物、S03和汞等污染物的排放量，效果良好；因此，在我国燃煤电厂研究和推广应用湿式静电除尘技术非常必要。
1目前国内燃煤电厂普遍采用的烟气处理技术及处理效果
目前国内燃煤电厂烟气处理流程普遍采用低氮燃烧+NOx选择性催化还原+三电场及以上干式静电除尘+石灰石−石膏湿法脱硫(SCR+ESP+WFGD)的方式；本文仅对WESP脱除作用明显的粉尘、SO3和汞的处理效果进行分析，其它的烟气污染物NOx、SO2等不作深入讨论。
1.1粉尘的脱除
三电场及以上ESP对较大的飞灰颗粒（d>10μm）的脱除效率很高，可达99%以上；但受飞灰比电阻及振打二次扬飞等因素影响，对PM10的脱除效率已相对较低,随着颗粒物粒径的减小，ESP对颗粒物的脱除效率下降，其中对0.1～lμm粒径颗粒物的脱除效率甚至不足90%；增加电场、对电除尘器进行优化及改进电源等措施并不能有效提高PM10的除尘效率。
WFGD系统对于3～5μm以上的细颗粒脱除效率可达70％～80％以上，但对PM2.5微粒难以有效捕集，脱除效率大多低于30％～40％，脱除作用非常有限。另外，由于GGH存在诸多问题，目前国内大部分WFGD系统不设置GGH，系统运行时部分浆液滴会被净烟气携带出来，出现“石膏雨”现；荷兰Meij等分析安装有石灰石-石膏法脱硫装置的烟气再热系统出口颗粒物组成发现，出口颗粒中飞灰仅占40％，石膏组份占10％，其余50％为脱硫浆液滴蒸发形成的固态微粒。
由于ESP和WFGD系统对PM2.5的脱除效率不高，加上WFGD出口净烟气携带脱硫浆液滴的影响，通过ESP和WFGD的处理后，烟气中粉尘排放浓度难于长时间稳定在10mg/m下，要达到燃气轮机的排放标准5mg/m3以下更是难于实现。
1.2SO3的脱除
在ESP中，部分SO3水合成H2S04而凝结在灰尘的表面，随飞灰从烟气中除去，脱除效率约为20％；WFGD系统对SO3的脱除率约为50％，综合ESP和WFGD对SO3总的脱除效率为60%，脱除效率较低。SO3以硫酸气溶胶的形态通过烟囱排放后不但增加了烟囱排放的烟羽浊度、破环了电厂景观,而且对环境造成污染、对公众的健康造成威胁。
1.3汞的脱除
煤在炉膛内高温燃烧时，煤中大部分汞以蒸气状态析出，以气态单质汞Hg0、氧化态汞Hg2+和颗粒态汞Hgp的形态存在于烟气中，统计数据表明，我国燃煤电厂烟气中Hg0和Hg2+份额占主要部分；烟气通过SCR后，约40%的Hg0被氧化成Hg2+，但在WFGD中部分Hg2+又被还原为Hg0。ESP对汞的脱除主要利用飞灰的吸附性，因此对Hgp的脱除效率很高，接近100%；Hg2+有很好的水溶性，因此WFGD对Hg2+脱除效率较高，可达80%-90%；ESP和WFGD对Hg0的脱除效率均不高。对多个使用SCR+ESP+WFGD组合处理烟气的电厂测试的平均脱汞率约为71.48%，排放的烟气中主要以Hg0为主。
2湿式电除尘在燃煤电厂烟气深度处理中的应用分析
2.1湿式静电除尘器原理及其特性
2.1.1原理
与一般干式静电除尘原理相同，湿式静电除尘包含电晕放电和粉尘荷电、荷电粉尘颗粒的捕集以及沉积的粉尘从集尘极上清除三个过程。在湿式静电除尘器顶部装有高压喷嘴，将水雾化后喷入电场中，通过电晕放电使雾滴荷电。含尘烟气进入电除尘器后，在高压直流电压的作用下，会使粉尘带上电荷；雾滴与粉尘颗粒碰撞会凝聚成粒径更大的颗粒，在电场力的作用下向集尘极运动。集尘极上设有喷嘴，水雾喷到集尘极板上形成连续均匀的水膜，集尘极板上捕集的粉尘颗粒随水膜流进灰斗而被除去。因此与ESP振打清灰不同，WESP利用的是液体冲洗集尘极表面来进行清灰，同时粉尘形成泥浆而排出去。
WESP从结构上可分为管式和板式两种基本型式。其中管式WESP只有垂直方向烟气流(上升流或下降流)，而板式WESP既可以采用水平烟气流也能采用垂直烟气流；总体而言，管式WESP比板式WESP的效率更高且由于外形简单而占地面积更少。
2.1.2特性优势：
（1）WESP一般在饱和湿烟气条件下工作，适用于处理高温、高湿的烟气；WESP较ESP可以采用更高的烟气流速及更小的灰斗倾斜角，因此设备布置可以更紧凑，体积也更小；
（2）没有振打装置等转动部件，不存在传动装置容易出故障的问题，也不存在二次扬飞问题，出口粉尘可以达到很低浓度；
（3）由于粉尘与水相互交融形成的雾滴具有良好的导电性，因此，能够收集ESP不能收集的黏性、高比电阻粉尘；
(4)能提供几倍于ESP的电晕功率，具有较高的除尘除雾效率，尤其对于亚微米大小的颗粒包括微细粉尘、金属颗粒（如汞）和湿烟气中的SO3酸雾、液滴等具有很强的捕集能力；
（5）压损低，系统阻力一般<400Pa。
因此，WESP适合与湿法烟气脱硫系统结合，用于捕集脱硫净化后的湿烟气中的微细粉尘、酸雾、液滴及金属颗粒如汞等。
不足：
（1）由于WESP内有腐蚀性液体介质存在且温度在露点以下，因此WESP各主要部件选材时必须考虑介质的腐蚀性，均需有一定的耐腐蚀性能或采取相应的防腐措施，尤其是阴、阳电极；
（2）当采用金属极板WESP时需要设置废水循环利用处理设备。
2.2湿式电除尘对粉尘、酸雾、液滴和汞的脱除作用
如前所述，WESP对亚微米颗粒的微细粉尘、金属颗粒（含汞）脱除效率较高；烟气中的SO3在205℃以下时，主要以H2SO4的微液滴形式存在，其平均颗粒的直径在0.4μm以下，属于亚微米颗粒范畴，因此也有较高的脱除效率。
2.3湿式电除尘在燃煤电厂的设计应用
2.3.1湿式电除尘器的布置方式
目前WESP在国内燃煤电厂中应用业绩较少，在欧美和日本燃煤电厂应用较多的WESP主要有3种布置方式：垂直烟气流独立设计、水平烟气流独立设计、垂直烟气流与湿法脱硫整体式设计，垂直布置方式占地面积小，投资成本和运行费用最低；与湿法脱硫整体式布置的WESP系统省掉了独立设计的WESP系统的冲洗和酸液处理系统相关的管道、阀门、箱罐、控制、仪表等设备，大大的简化了运行方式、减少了维护工作量。
2.3.2湿式电除尘器构件材料的选择
WESP壳体通常采用普通钢制作，并在其表面涂有薄层防腐材料防止腐蚀。WESP内介质具有强腐蚀性，其阴、阳极材料的选择非常关键。阴极线一般选用耐腐蚀性强的铅锑合金、钛合金和超级双相不锈钢制成。阳极板最早用铅做材料，但几乎每次停机时都需要对WESP进行彻底的保养和维修；后来设计选择用玻璃纤维加强的塑料(FRP)来包覆铅和由其包裹的内件，这种设计提高了WESP的使用寿命。
2.3.3湿式电除尘器的技术路线及其主要性能差异
根据阳极板选用材料的不同，WESP分成三种技术路线：金属极板式、纤维薄膜式和导电玻璃钢式，三种技术路线各有优劣，在国内都属于前沿技术，业绩都不多，投运时间也都很短。
3结论
在燃煤电厂WFGD系统之后加装WESP是一项相对成熟的技术；与ESP不同，WESP的性能不受粉尘比电阻和煤灰性质的影响，内部没有运动部件，没有振打清灰引起的二次扬尘，因此，性能稳定、高效，运行可靠；对ESP和WFGD脱除效率不高的单质汞、微细粉尘和SO3等有很高的脱除效率，粉尘排放浓度可达到5mg/Nm3以下；是燃煤电厂烟气深度净化处理和环保最终把关的最佳设备；WESP可以脱除WFGD出口烟气中大部分浆液滴，有望解决WFGD系统出现的“石膏雨”问题，同时增加烟气的透明度，从而改善电厂观感；WESP的投资费用和运行成本相对较高，但因其可对烟气中多种污染物进行协同脱除，随着我国日益严格的烟气污染物排放要求，今后WESP必将在我国燃煤电厂得到越来越广泛的应用。
