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四種濕電除塵的對比分析

1、引言

進入新世紀,隨著我國經濟的高速發展,火電裝機容量仍在不斷增長。按中電聯《電力行業節能環保信息》推算,2015年,我國新增火電裝機容量約0.51億kW。根據電力規劃設計總院預測,到2020年,全國火電裝機容量將達到12.2億kW,新增裝機容量約為3億kW。火電廠的快速發展導致了大氣環境的污染并引發了公共環境及健康危機,雖然國家采取一系列政策,大力推動煤炭清潔高效利用與發展清潔能源,但由于我國燃煤發電的基數較大,火電廠仍將是大氣污染物的主要排放源之一,而降低排放強度的主要措施就是制定和實施更加嚴格的排放標準。同時濕式電除塵器作為燃煤電廠污染物控制的精處理技術設備,其處理對象為含大量游離水的飽和濕煙氣,主要去除粉塵(含石膏)、SO3、霧滴和有害氣體,并可有效控制PM2.5的排放,本文介紹4種濕式電除塵器技術,并從性能、可靠性及除塵效果等方面進行比較。

2、濕式電除塵器簡介

濕式電除塵器(簡稱WESP),與干式電除塵器的除塵原理基本相同,先依靠高壓電暈放電使得粉塵荷電,荷電后的粉塵在電場力的作用下到達集塵板(或集塵管),再采用沖洗方式,使粉塵隨著沖刷液的流動而清除。在目前的濕除技術中,主要差別在于陽極板材質的選取及清灰技術。根據陽極材質的不同,主要分為不銹鋼濕式電除塵器、導電玻璃鋼電極濕式電除塵器、柔性電極濕式電除塵器;根據清灰技術(即水膜的形成原理)不同,分為水膜自清灰技術和水膜沖洗清灰技術,前者為間斷噴淋,靠煙氣中的水汽在陽極表面自凝結實現在線清灰,后者為通過噴淋水在陽極表面形成水膜清灰。

3、濕式電除塵器性能對比

3.1 金屬電極濕式電除塵器

20世紀90年代,為應對地方環保法規提出的對煙塵排放控制的要求,日本三菱公司研發并建成濕式電除塵器,用于燃煤電廠的煙塵治理。2006年,美國專門針對PM2.5提出控制要求,在燃煤電廠安裝濕式電除塵器。目前我國通過引進技術并優化設計,已掌握其核心技術。

(1)金屬電極濕式電除塵器的技術特點如下:

1)大多采用臥式布置,氣流沿水平方向進出,煙氣流速較低(流速在2.5m/s左右),能有效控制氣流帶出粉塵,提高PM2.5細微顆粒及氣溶膠脫除效率。

2)陰陽極均平行于氣流方向布置,金屬極板采用懸掛方式,極板通過懸掛梁固定于殼體中,電暈電極采用框架式結構,通過吊桿吊掛在殼體中。這種安裝方式由于陰陽極不易變形,極間距有保證,故電場穩定性好,運行電壓高。

3)耐高溫,脫硫系統出現故障時,可以在較高的煙氣溫度下運行。

(2)金屬電極濕式電除塵器存在的問題如下:

1)陽極板一般高度在8~10m左右,要形成均勻的水膜對陽極板的設計、制造、安裝及維護有嚴格的要求,更換時難度較大。

2)極板材質多采用316L,需要通過水膜保護以防腐蝕,一旦水膜保護出現失效,造成極板腐蝕嚴重,甚至喪失除塵效率。

3)清灰方式采用在線單線連續噴淋工藝,需要設置專門的水處理系統,噴淋水經NaOH水溶液中和后循環使用,這種清灰方式對于水耗、電耗、堿的消耗較大,對噴嘴性能要求更高。

根據各企業發布的環境監測報告顯示,金屬電極濕式電除塵器粉塵去除率(粉塵+石膏):≥70%;SO3去除率:≥70%;霧滴含量:低于20mg/m3。目前,浙江嘉興三期2×1000MW機組、大唐黃島電廠670MW機組、神華國華舟山電廠350MW機組等都采用了金屬極板濕式電除塵器。

3.2 導電玻璃鋼濕式電除塵器

導電玻璃鋼濕式電除塵技術來源于化工行業的濕式電除霧器,在化工、煤氣凈化等領域已經有幾十年的應用歷史,技術成熟。

導電玻璃鋼(Fiber Reinforced Plastics,FRP)是一種以樹脂為基體,碳纖維、玻璃纖維等為增強材料,通過成型工藝制成的高導復合材料。使用導電玻璃鋼作為收塵極可以采用管式或蜂窩狀形式(立式布置),也可采用板式形式(臥式布置),目前,以蜂窩狀結構居多。

(1)導電玻璃鋼濕式電除塵器的技術特點如下:

1)導電玻璃鋼具有重量輕、比強度高、耐腐蝕等特性。

2)收塵極組件采用工廠成型,實現整體模塊化,有利于保證安裝精度。

3)除塵器運行時,收集下來的液滴在沉淀極表面形成液膜,由于玻璃鋼具有很強的疏水性,能有效阻隔粉塵和石膏對沉淀極壁的粘接,靠重力自流至下部集液槽。

4)為防止少量煙塵的沉積,在沉淀極管上部設置一層間斷噴淋裝置,將濕式電除塵器分為多個電場,當需要進行間斷沖洗時,控制系統自動停掉其中一個電場或將電場降壓運行,沖洗結束后開啟該電場。由于耗水量較小,集液槽中的收集液可返回脫硫塔內循環使用。

(2)導電玻璃鋼濕式電除塵器存在的問題如下:

1)煙氣流速在2.5m/s左右時,PM2.5細微顆粒及氣溶膠脫除率高,提高煙氣流速后,影響除塵性能。

2)一般FRP不能在高溫下長期使用,煙氣溫度較高時對陽極板壽命有影響,嚴重時可能燒灼。FRP的使用壽命在10~15年左右,與產品的質量及制作產品所用的樹脂等原材料性能有關。

3)如果出現部分導電玻璃鋼損壞,需要整個模塊更換,將大大增加維護費用和難度。

根據各企業發布的環境監測報告顯示,導電玻璃鋼濕式電除塵器粉塵去除率(粉塵+石膏):≥70%;SO3去除率:≥70%;霧滴含量:低于25mg/m3。 目前,黃臺8號、9號2×300MW機組、上海石洞口300MW機組、蒙西300MW機組、白楊河兩臺300MW機組等都采用了導電玻璃鋼濕式電除 塵器。

3.3 柔性電極濕式電除塵器

20世紀90年代末,美國俄亥俄州立大學提出了柔性電極濕式電除塵技術的概念,2003年美國Croll-Reynolds、First Energy、Southern Environmental公司和俄亥俄州立大學共同研究制作出第一臺實驗裝置。

濕式除塵器存在的問題,集中體現在集塵極材料和表面水膜分布不均勻引發的系列問題上,基于上述原因,我國最早由山東大學和國電環保院共同研發,開始了柔性絕緣疏水纖維織物用于濕式除塵器的研究工作,并于2012年在益陽300MW燃煤機組中完成首次工業化應用。

通過相關資料顯示,耐腐蝕性優良的柔性絕緣疏水纖維織物通過潤濕使其導電,可以形成水膜,并靠重力自流向下與煙氣分離,柔性織物材料作為收塵極布置成方形孔道(立式布置),煙氣沿孔道 流過。

(1)柔性濕式電除塵器的技術特點如下:

1)柔性陽極具有重量輕、防腐性能好的特點。

2)柔性絕緣疏水纖維本身的結構特性,有利于表面形成均勻水膜,利用從煙氣中收集的酸液帶出灰,實現自清灰,沖洗水量小。

3)陽極部件可組裝拆卸,有利于后期的維護和更換。

(2)柔性濕式電除塵器存在的問題如下:

1)柔性陽極不耐高溫,煙氣溫度較高時,對陽極壽命有影響,嚴重時可能燒蝕,使用壽命6年左右。

2)柔性纖維織物的伸縮率較大,陽極布的張緊程度和浸水后發生的伸縮都會影響實際的極間距,進而影響到電場的穩定性、電壓的正常運行。

3)煙氣流速較高,產生氣流帶出,PM2.5細微顆粒及氣溶膠脫除率低。

性能結果表明:粉塵去除率(含石膏):≥70%;SO3去除率:≥70%;霧滴含量:低于20mg/m3。目前,國電益陽發電有限公司300MW機組,國電滎陽煤電一體化有限公司一期600MW機組采用了柔性電極濕式靜電除塵技術。

3.4 徑流濕式電除塵器

徑流濕式電除塵器是北京華能達公司自主研發的具有自主知識產權的除塵技術。與上述濕式靜電除塵器結構不同,該結構布置是將收塵陽極板垂直于氣流方向,使電場力與引風力的方向在同一水平線上,粉塵顆粒在引風力與電場力的共同作用下,在新型陽極板上完成捕集。裝置主要由殼體、分布板、陽極裝置、陰極裝置、噴淋系統、熱風系統和供電電源等組成。

(1)徑流濕式電除塵器的技術特點如下:

1)與煙氣接觸部位全部采用2205雙相不銹鋼材質,具有強度高、耐高溫、耐腐蝕(尤其對氯離子和硫化物的應力腐蝕)等特性,使用壽命能夠達到30年。

2)新型陽極板的通孔率達到 98%以上,其幾乎全通透的結構大大降低了徑流式濕式除塵器的運行阻力,并且和普通的陽極板相比,相同體積下新型陽極板具有最大的集塵面積,相當于普通陽極板的20 倍。

3)陽極系統采用旋轉電極設計,在旋轉電極下部設立獨立的清洗室,由高壓噴嘴在旋轉電極內部向外沖洗網板,清洗網板后的污水通過排水泵和排污管道送入脫硫塔補水。在工程運行中,利用壓差監測,實現在線噴淋,無水循環系統,故耗水、耗電量小。

(2)徑流濕式電除塵器存在的問題如下:

1)由于接觸煙氣的部件全部采用2205雙相不銹鋼,前期成本投入較高。

2)陽極系統零部件多,安裝工藝較復雜。

測試結果表明:粉塵去除率(含石膏):≥86%;SO3去除率:≥70% ;霧滴含量:低于20mg/m3。目前,宣化熱電有限責任公司1號330MW機組、大唐國際唐山熱電有限責任公司300MW機組及大唐清苑熱電有限公司300MW機組等均采用徑流濕式電除塵器。

4、結束語

上述4種濕式電除塵器是目前國內燃煤電廠普遍采用的高效除塵的終端精處理設備,其主要特性對比結果如表1所示(以300MW機組為例,數據僅供參考)。

 
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