賀長(zhǎng)江，劉勝?gòu)?qiáng)，胡永峰,劉 彰

(航天凱天環(huán)?？萍脊煞萦邢薰?，湖南 長(zhǎng)沙 410100)

濕式電除塵器在燃煤煙氣深度凈化中的應(yīng)用

賀長(zhǎng)江，劉勝?gòu)?qiáng)，胡永峰,劉 彰

(航天凱天環(huán)保科技股份有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410100)

近年來(lái)，隨著大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)日趨嚴(yán)格，傳統(tǒng)的燃煤電廠煙氣處理工藝越來(lái)越難以達(dá)標(biāo)排放。而濕式電除塵器(WESP)在燃煤電廠煙氣深度凈化方面越來(lái)越重要。濕式電除塵器對(duì)細(xì)顆粒物，特別是PM2.5，硫酸酸霧、“石膏雨”及重金屬等有很好的除去效果。凈化煙氣，確保煙氣中霧滴、粉塵達(dá)標(biāo)并實(shí)現(xiàn)趨零排放，成為燃煤電廠、鋼鐵廠等濕煙氣深度凈化環(huán)保部提倡安裝的高效煙氣凈化裝置。

濕式電除塵器；PM2.5；硫酸霧；石膏雨；重金屬

0 引言

電除塵器(ESP)是應(yīng)用最廣泛的除塵設(shè)備在燃煤電廠，它除塵效率高，處理煙氣量大，可靠性高，運(yùn)行成本低，阻力小，對(duì)粒徑10μm以上顆粒脫除效率高達(dá)99%以上，但對(duì)于10μm(特別是2.5m)以下微細(xì)顆粒，由于粒子難以荷電，比電阻粉塵時(shí)很容易出現(xiàn)“反電暈”現(xiàn)象，而且電極振打產(chǎn)生二次揚(yáng)塵容易使已捕集的微細(xì)粒子逸出，導(dǎo)致脫除效率急劇下降，煙氣中粉塵含量很難控制在20mg/m3，甚至30mg/m3。選擇性催化還原法(SCR)脫硝技術(shù)逐漸在燃煤電廠煙氣氮氧化物控制中得到廣泛應(yīng)用，燃煤在燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的SO2，在催化劑的作用下部分轉(zhuǎn)化為SO3，在后續(xù)濕法脫硫過(guò)程中，SO3遇水以H2SO4氣溶膠微粒形式存在，由于WFGD機(jī)械式除霧器是利用液滴的慣性力進(jìn)行分離，當(dāng)液滴粒徑小到一定程度時(shí)，機(jī)械式除霧器對(duì)液滴就失去了分離能力，所以機(jī)械式除霧器只能除去較大顆粒的霧滴(一般是40μm以上)，不能除去SO3、細(xì)小液滴、微細(xì)粉塵等氣溶膠粒子。在進(jìn)入煙囪時(shí)仍有約50%的SO3微粒排放。SO3氣溶膠微粒是大氣中PM2.5形成的重要前體物之一。現(xiàn)行工藝路線如圖1煙氣經(jīng)過(guò)濕法脫硫后，脫硫塔頂部經(jīng)常出現(xiàn)白色水霧，甚至是“石膏雨”(青煙)。飽和水蒸氣的煙氣中攜帶有石膏漿液當(dāng)從煙囪口排出時(shí)，因煙溫與環(huán)境溫度相差較大，煙氣不能有效擴(kuò)散，煙氣中的飽和態(tài)水變成過(guò)飽和狀態(tài)，最終成為冷凝水落到地面形成“石膏雨”，“石膏雨”對(duì)周邊的環(huán)境造成二次污染。

在目前的煙氣治理島工藝流程中，濕法脫硫之后沒(méi)有對(duì)脫硫工藝產(chǎn)生的細(xì)顆粒物進(jìn)行控制，還有煙塵、PM2.5、SO3、汞及重金屬等多種污染物直接從煙囪排出，處于一種自由開放狀態(tài)。因此，在濕法脫硫裝置之后，需要再有一道把關(guān)設(shè)備，濕式電除塵器是最佳選擇，工藝路線如圖2。

隨著2014年7月新國(guó)標(biāo)《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》( GB13223-2011)的實(shí)施，很多企業(yè)很難有效達(dá)到現(xiàn)行排放標(biāo)準(zhǔn)。2013年9月25日，國(guó)家環(huán)保部頒布了《環(huán)境空氣細(xì)顆粒物污染防治技術(shù)政策》中對(duì)工業(yè)污染源治理明確鼓勵(lì)火電企業(yè)采用濕式電除塵(WESP)等技術(shù)，防止脫硫造成的“石膏雨”等污染，為 了符合更為嚴(yán)格排放標(biāo)準(zhǔn)，在脫硫塔后，對(duì)煙氣進(jìn)行深度進(jìn)化，同時(shí)，首次提出了我國(guó)燃煤發(fā)電鍋爐汞及其化合物的控制指標(biāo)，規(guī)定汞及其化物排放限值為0.03mg/m3，設(shè)置WESP已是大勢(shì)所趨。

圖1 燃煤煙氣現(xiàn)行典型工藝路線

圖2 新型煙氣治理島(濕式電除塵器)工藝流程

1 WESP 的原理及特點(diǎn)

WESP是在克服傳統(tǒng)ESP及噴水除塵器弊端的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。其工作類似如霧滴荷電除塵技術(shù)，原理：懸浮粒子氣溶膠荷電、帶電粒子在電場(chǎng)里遷移和捕集，粉塵從陽(yáng)極板(布)表面上清洗三個(gè)基本過(guò)程，其工作過(guò)程是：首先設(shè)置適當(dāng)?shù)乃畨海褂脡毫娮鞂⑺F化，使其充滿除塵器箱體(由于脫硫塔出來(lái)的為飽和濕煙氣，故無(wú)水滴霧化，濕潤(rùn)煙氣這一過(guò)程)，然后通過(guò)電暈放電使水霧荷電，塵粒進(jìn)入荷電水霧區(qū)后，處于水霧粒子的包圍中，塵粒只要接觸水霧粒子的球形電場(chǎng)即被吸附并沉降至陽(yáng)極板(布)(見圖2)[1]。

WESP作用機(jī)理：借助CFD技術(shù)布置均流板，飽和濕煙氣均勻通過(guò)均流板，高壓電源對(duì)放電極(陰極)供電，電暈放電，使霧滴荷電，含塵離子處于霧滴的“包圍”之中，霧滴在向陽(yáng)極板(布)移動(dòng)的過(guò)程中與粉塵碰撞結(jié)合成較大荷電粒子，荷電粒子在電場(chǎng)力的作用下，被收塵極捕集。在噴淋作用下，粉塵被沖刷至積液斗。電極“浸潤(rùn)”飽和濕煙氣中，電極表面帶水降低表面勢(shì)壘。水汽覆蓋電極表面后, 形成“金屬一水”膜和“水一空氣”膜取代原有的“金屬一空氣”膜,相比之下大大降低了表面勢(shì)壘，使電子易于發(fā)射[2]。經(jīng)過(guò)脫硫的水汽中含有大量的Cl-、Ca2+、SO42-在電場(chǎng)作用下,也易越過(guò)表面勢(shì)壘而成為發(fā)射離子。這解決了ESP電暈閉塞，反電暈，高比電阻粉塵高壓絕緣以及振大二次揚(yáng)塵。

圖3 濕電除塵器工作原理

2 WESP 的結(jié)構(gòu)型式

結(jié)構(gòu)形式主要是根據(jù)陽(yáng)極板的結(jié)構(gòu)劃分為管式和板式WESP。管式WESP只有垂直方向煙氣流；而板式WESP，設(shè)計(jì)既可以采用水平煙氣流也可采用垂直煙氣流。總的來(lái)說(shuō)，管式WESP 比板式WESP 效率更高且由于外形簡(jiǎn)單而占用更少的空間。這兩種WESP 的其他不同點(diǎn)在于：對(duì)于給定的除塵效率，電極長(zhǎng)度相同的前提下，管式WESP 所允許的煙氣流速是板式WESP的兩倍; 對(duì)于給定的除塵效率，管式WESP的局部干燥區(qū)比板式WESP要小，管式WESP 既可設(shè)計(jì)為垂直向上煙氣流也可設(shè)計(jì)為垂直向下煙氣流。在垂直向上煙氣流、管式WESP中，煙氣從底部進(jìn)入電除塵器并向上流動(dòng)，沖洗噴嘴即可置于裝置底部并向上噴淋，也可在電場(chǎng)上方設(shè)置向下噴淋的噴嘴。在垂直向下煙氣流設(shè)計(jì)中，煙氣從頂部進(jìn)入WESP 中并向下流動(dòng)，噴嘴置于頂部并向下噴淋，方向與煙氣流同向。

3 WESP作用

根據(jù)國(guó)外相關(guān)文獻(xiàn)，WESP對(duì)酸霧、脫除效果。所以，可以使用濕式電除塵器來(lái)控制電廠SO3酸霧，同時(shí)還具有聯(lián)合脫除多種污染物的功能。濕式電除塵器能夠解決濕法脫硫帶來(lái)的石膏雨、藍(lán)煙問(wèn)題，緩解下游煙道、煙囪的腐蝕，節(jié)約防腐成本。其性能穩(wěn)定可靠、效率高，可有效收集微細(xì)顆粒物(PM2.5粉塵、SO3酸霧、氣溶膠)、重金屬(Hg、As、Se、Pb、Cr)、有機(jī)污染物(多環(huán)芳烴、二噁英)等[3]，煙塵排放可達(dá)10mg/m3甚至5mg/m3以下，實(shí)現(xiàn)超低排放，徹底解決煙囪排放問(wèn)題，達(dá)到“一勞永逸”的效果。

WESP協(xié)同脫汞等重金屬的作用。燃煤，石化產(chǎn)品的燃燒會(huì)產(chǎn)生大量含汞廢氣和顆粒態(tài)汞。Lindqvist[4]研究表明燃煤釋放的汞占全球汞排放的60%。王起超[5]研究表明中國(guó)燃煤每年向大氣中排放汞超過(guò)200t。汞屬于重金屬，易揮發(fā)，劇毒性，容易在生物體內(nèi)富集，對(duì)人神經(jīng)系統(tǒng)有較大損害。目前煙氣脫汞方法分為干法和濕法，即吸附法和氧化吸收法[6]。吸附一般采用活性炭，活性炭再生成本高，運(yùn)行費(fèi)用較高;氧化吸收法主要是利用現(xiàn)有的脫硫裝置( WFGD) 同時(shí)脫硫脫汞，實(shí)現(xiàn)多污染物聯(lián)合控制，被認(rèn)為是最適合中國(guó)國(guó)情的一種煙氣脫汞方法[7-9]。但是由于脫硫裝置只能脫除二價(jià)汞，對(duì)單質(zhì)汞基本沒(méi)有脫除效果，為此許多研究者向煙氣中添加氧化劑，將單質(zhì)汞Hg0 氧化成Hg2+，增加汞的去除率。燃煤煙氣中汞包括3種形態(tài)：?jiǎn)钨|(zhì)汞、二價(jià)汞和顆粒態(tài)汞。其中，顆粒態(tài)汞可以通過(guò)電(布袋)除塵裝置去除，二價(jià)汞的化合物則大都能溶于水，可以通過(guò)濕法脫硫裝置(FGD)去除，而單質(zhì)不易潤(rùn)濕難溶于水且易揮發(fā)，很難通過(guò)ESP和WFGD去除。汞在酸性條件下極易氧化，汞氧化機(jī)理如下方程式：

脫硫塔出來(lái)的為酸性濕煙氣，攜帶大量硫酸霧，次氯酸根離子進(jìn)入WESP。WESP對(duì)單質(zhì)汞和化合態(tài)汞有很好的除去作用。

4 WESP工程實(shí)例

2005 年，沙鋼新建了4臺(tái) WESP，用于燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)(CCPP)的煤氣凈化，將煤氣中的粉塵、機(jī)械水的含量分別降至5mg/m3、1mg/m3以下； 2006 年，三菱濕式靜電除塵器成功應(yīng)用于鞍鋼新建成的第二發(fā)電廠燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組。2007 年，重鋼新建了 4 臺(tái) WESP，用于 CCPP 的煤氣凈化；2009年邯鋼新建了2臺(tái)轉(zhuǎn)爐煤氣用 WESP；2010年益陽(yáng)電廠新建2臺(tái)WESP，用于燃煤煙氣深度凈化。2011年12月，福建上杭瑞翔紙業(yè)循環(huán)流化床鍋爐安裝1臺(tái)濕式電除塵器，有效除去細(xì)顆粒與SO3。 上海長(zhǎng)興島第二發(fā)電廠裝機(jī)容量為2×12MW，配套兩臺(tái)燃煤鍋爐，電廠位于上海市區(qū)和崇明島之間，屬于污染物排放重點(diǎn)控制地區(qū)。

5 結(jié)語(yǔ)

目前我國(guó)WESP主要用于中小型轉(zhuǎn)爐高爐廠燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組的煤氣凈化，鋼鐵廠應(yīng)用較為廣泛；隨著《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》的實(shí)施，燃煤電廠鍋爐煙氣深度凈化方面的應(yīng)用需求會(huì)急劇增加。WESP能很好除去電除塵器以及布袋除塵器難以捕集的超細(xì)顆粒物；可降低80%以上的SO3與氣溶膠，無(wú)需安裝GGH將煙氣溫度升高到酸露點(diǎn)以上，有效防止煙囪腐蝕； 有效除去燃煤煙氣中重金屬(Hg、As、Se、Pb、Cr)。

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The application of WESP in coal-fired gas depth purification

Inrecentyears,withthehigherrequirementsforenvironmentprotection,thetraditionalcoal-firedpowerplantfluegastreatmenttechnologyismoreandmoredifficulttostandardsemissions.WetElectrostaticPrecipitation(WESP)technologyisplayingamoreandmoreimportantroleincoal-firedgasdepthpurification.WetElectrostaticPrecipitation(WESP)hasverygoodremovalefficiencytoPM2.5,sulfuricacidmist, “gypsumrain”andheavymetal.Itreducespollutionemissionforcoal-firedpowerplantandsteelplant,torealizethenear-zeroemission.Itisthefluegastreatmentequipmentwhichisrecommendedbytheministryofenvironmentalprotectioninfluegasdepthpurification.

WESP；PM2.5;sulfuricacidmist;gypsumrain;heavymetal

X701.2

B

1674-8069(2017)06-022-03

2017-06-27；

2017-07-13

賀長(zhǎng)江(1986-)，男，湖南常德人，碩士，工程師，主要從事大氣污染物減排工作。E-mail：warshipcj@163.com