引言

(略)隨著改造工作的不斷深入，個別燃煤電廠旨在尋求粉塵1mg/Nm3以下“近零排放”的目標(biāo)：如浙江國華浙能發(fā)電有限公司#4爐660MW機組經(jīng)過濕式電除塵器(以下簡稱WESP)改造后，出口粉塵排放0.575mg/Nm3，是國內(nèi)首臺600MW以上機組實現(xiàn)出口粉塵1mg/Nm3以下“近零排放”的投運機組。本文重點介紹了WESP技術(shù)在國華寧海電廠#4機組中的應(yīng)用，以期為大型燃煤電廠實現(xiàn)“近零排放”目標(biāo)提供有力借鑒。

1WESP工作原理及技術(shù)特點

1.1WESP對微細(xì)粉塵的去除原理

WESP是一種用來處理含濕氣體的高壓靜電除塵設(shè)備，在燃煤電廠中通常布置在脫硫設(shè)備后，其工作原理和干式電除塵器基本相同，都要經(jīng)歷電離、荷電、收集和清灰四個階段，煙氣通過進(jìn)口封頭后進(jìn)入電場，在高壓電的作用下氣體電離粉塵被荷電，荷電后的粉塵在電場力的作用下向集塵極移動，隨集塵極表面的水膜去除。WESP工作原理如圖1所示。

圖1WESP工作原理圖

在電除塵器中對粉塵顆粒有兩種類型的荷電過程，

對于直徑大于1μm的顆粒，電場荷電是主要作用，顆粒碰撞沿電力線運動的負(fù)離子而帶電，這時電壓的強弱是影響這個過程的最主要因素。

對直徑小于0.5μm的微細(xì)顆粒，擴散荷電是主要作用，亞微米粒子在隨機運動時與負(fù)離子碰撞而帶電，此時注入的電流密度是影響擴散放電最重要的因素。

在WESP中，因放電極被水浸潤后，電子較易溢出，同時水霧被放電極尖端的強大電火花進(jìn)一步擊碎細(xì)化，使電場中存在大量帶電霧滴，大大增加亞微米粒子碰撞帶電的機率，而帶電粒子在電場中運動的速度是布朗運行的數(shù)十倍，這樣就大幅度提高了亞微米粒子向集塵極運行的速度，可以在較高的煙氣流速下，捕獲更多的微粒。

1.2WESP技術(shù)特點

WESP獨特的清灰方式以及工作環(huán)境，使其較干式除塵器具有很多的特點：

不受粉塵比電阻影響，無反電暈及二次揚塵等特點;

不僅可以有效除去煙氣中的PM2.5，同時還可協(xié)同脫除SO3、汞及煙氣中攜帶的脫硫石膏霧滴等污染物，抑制“石膏雨”和“煙囪白煙”的形成;

可達(dá)到其它除塵設(shè)備難以達(dá)到的極低的煙塵排放限值;

同時設(shè)備本體結(jié)構(gòu)小、占地面積小等特點。

表1列舉了WESP與干式除塵器的技術(shù)特點比較結(jié)果。

表1WESP與干式除塵器的技術(shù)特點比較表

2“近零排放”技術(shù)路線選擇

目前，國內(nèi)燃煤電廠“超低排放”改造技術(shù)路線主要分為基于污染物末端治理理念的改造技術(shù)路線和基于污染物協(xié)同控制理念的改造技術(shù)路線。第一種技術(shù)路線主要是在脫硫塔后增加WESP，第二種技術(shù)路線主要是對電除塵器和脫硫塔進(jìn)行升級改造從而實現(xiàn)粉塵協(xié)同脫除的目的。

國內(nèi)已有個別大型燃煤電廠將以上兩種技術(shù)路線的優(yōu)勢合并后，實現(xiàn)出口粉塵1mg/Nm3以下的“近零排放”，其采用的技術(shù)路線主要包括SCR脫硝裝置、低溫省煤器、低低溫電除塵器、協(xié)同除塵濕法脫硫塔和WESP，該技術(shù)路線的最大特點既利用了低低溫除塵器的高效除塵性能，同時通過改造脫硫塔內(nèi)部結(jié)構(gòu)和增加高效除霧裝置提高脫硫塔的協(xié)同脫除粉塵的能力，最后通過WESP的深度凈化處理，使最終出口粉塵排放確保小于1mg/Nm3。

2.1粉塵近零排放改造主要技術(shù)

2.1.1低低溫電除塵器改造

為滿足超低排放的要求，低低溫電除塵器技術(shù)已經(jīng)開始被國內(nèi)很多電廠所應(yīng)用。主要功能是實現(xiàn)煙塵的高效脫除，同時實現(xiàn)SO3的協(xié)同脫除。當(dāng)煙氣經(jīng)過熱回收器時，煙氣溫度降低至酸露點以下，SO3冷凝成硫酸霧，并吸附在粉塵表面，使粉塵性質(zhì)發(fā)生了很大變化，不僅使粉塵比電阻降低，而且提升了擊穿電壓、降低煙氣流量，從而提高除塵效率。其對SO3的脫除率一般不小于80%，最高可達(dá)95%。而且低低溫電除塵器的出口粉塵粒徑會增大，可大幅提高濕法脫硫裝置協(xié)同除塵效果。

2.1.2濕法脫硫協(xié)同除塵改造

由于通過低低溫電除塵器的出口煙塵平均粒徑大于3μm，可大幅提高濕法脫硫裝置協(xié)同除塵效果。通過優(yōu)化設(shè)計脫硫塔及調(diào)整除霧器布置并改善其性能，除霧器出口煙氣攜帶霧滴濃度可達(dá)到或優(yōu)于20~40mg/m3的指標(biāo)。

通過改善噴淋層設(shè)計，保證吸收塔塔內(nèi)氣流分布均勻度，保證每個噴嘴入口壓力均勻。

采用單塔或組合式分區(qū)吸收技術(shù)，改變氣液傳質(zhì)平衡條件，并優(yōu)化漿液pH值、液氣比、漿液霧化粒徑、氧硫比等參數(shù)，提高脫硫效率。優(yōu)化塔內(nèi)煙氣流場，有效降低液氣比，降低能耗。通過以上措施改造過，一般濕法脫硫裝置的SO2脫除效率不低于98%，煙塵協(xié)同脫除效率大于70%。

2.1.3濕式電除塵器改造

WESP作為燃煤電廠尾氣治理精處理技術(shù)裝備，一般安裝于脫硫塔后，脫硫后煙氣經(jīng)WESP精處理后，排至煙囪。WESP獨特的運行環(huán)境以及清灰方式，使其可有效捕集其它煙氣治理設(shè)備捕集效率較低的污染物(如PM2.5等)，消除“石膏雨”，可達(dá)到其它污染物控制設(shè)備難以達(dá)到的極低的排放限值，一般情況下，其對微細(xì)粉塵的去除率能夠達(dá)80%-90%。

3工程應(yīng)用

3.1工程概況

國華寧海電廠位于象山港底部，在寧海縣橋頭胡區(qū)強蛟鎮(zhèn)境內(nèi)下月岙村，距強蛟鎮(zhèn)約1.5公里，距寧海縣城23公里，距寧波80公里，為保護(hù)環(huán)境，體現(xiàn)國企社會責(zé)任，響應(yīng)神華集團(tuán)“綠色發(fā)電計劃”，實現(xiàn)大氣污染物“近零排放”的要求，國華寧海電廠對#2、#4機組實施環(huán)保改造工程。國華寧海電廠粉塵“近零排放”技術(shù)路線主要采用低低溫電除塵器改造、濕法脫硫改造、WESP改造，其技術(shù)路線示意圖如圖2所示。

圖2寧海電廠尾氣治理技術(shù)路線圖

煙氣先經(jīng)過脫硝系統(tǒng)去除NOx，然后經(jīng)低低溫電除塵器去除大部分粉塵，要求低低溫電除塵器設(shè)計出口粉塵小于15mg/Nm3，之后再經(jīng)過協(xié)同除塵濕法脫硫塔，要求出口粉塵小于5mg/Nm3，最后經(jīng)過WESP后要求出口粉塵小于1mg/Nm3，實現(xiàn)粉塵“近零排放”的目標(biāo)。

3.2WESP設(shè)計參數(shù)以及性能要求

針對國華寧海電廠#4爐的煙氣特性，并結(jié)合電廠實際場地條件限制因素，對WESP進(jìn)行了優(yōu)化選型設(shè)計，主要的設(shè)計參數(shù)及性能要求見表2。

表2WESP入口煙氣參數(shù)及性能要求

3.3技術(shù)方案特點

本項目WESP采用金屬板式濕式電除塵器技術(shù)，由于脫硫塔出口煙氣具有高濕度、強腐蝕特性，因此從WESP的結(jié)構(gòu)要求以及材質(zhì)防腐性能兩方面做了綜合考慮，經(jīng)優(yōu)化設(shè)計后，保證該技術(shù)方案滿足寧海電廠脫硫塔出口的實際煙氣特性。

3.3.1高效的噴淋系統(tǒng)

采用的是單線連續(xù)的噴淋技術(shù)，可實現(xiàn)對陽極板、陰極線的同時連續(xù)的噴淋，噴嘴經(jīng)過特殊的設(shè)計，霧化效果良好，經(jīng)合理排布后能確保噴淋無死角且覆蓋率達(dá)120%以上，充分保證系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠，有效去除濕煙氣中粉塵、PM2.5、SO3氣溶膠等復(fù)合污染物。

3.3.2特殊的極配型式

陽極板和陰極線通常被認(rèn)為是整個WESP結(jié)構(gòu)中最重要的部件，此項目中采用金屬平板的陽極板配針刺型的陰極線，同極間距300mm。平板型的陽極板經(jīng)過特殊的加工工藝，能確保板面成膜均勻，針刺型的陰極線具有剛性強、放電強度高的特點，這種極配和高壓供電相匹配，可以獲得最佳電氣運行參數(shù)，有效保證長期實現(xiàn)“近零排放”。

3.3.3循環(huán)穩(wěn)定的水系統(tǒng)

通過計算寧海電廠實際收集的粉塵量以及消耗的水量之間的關(guān)系，建立了一套針對寧海電廠#4爐的粉塵與廢水平衡系統(tǒng)，使大部分水循環(huán)使用，一小部分水外排，且通過控制外排水的濃度，使這部分水直接作為脫硫系統(tǒng)的補充水使用，對電廠而言基本實現(xiàn)WESP零水耗。

3.3.4優(yōu)化的結(jié)構(gòu)材料選擇

結(jié)構(gòu)材料的防腐性能直接影響到WESP的使用壽命。寧海電廠項目中，主要的內(nèi)構(gòu)件如陽極板、陰極線的材質(zhì)選用的是2205雙相不銹鋼的材質(zhì)，這種材質(zhì)具有強度高、抗酸腐蝕性能強的特點，能夠完全適應(yīng)WESP內(nèi)部高濕、強腐蝕性的運行環(huán)境;對其他結(jié)構(gòu)件的材質(zhì)一般選用普通碳鋼涂覆玻璃鱗片進(jìn)行防腐;此外，WESP內(nèi)部的循環(huán)水是經(jīng)過NaOH加堿中和過的，使循環(huán)水的pH一般呈現(xiàn)中性偏堿性的狀態(tài)，能夠?qū)ESP內(nèi)部的結(jié)構(gòu)件起到有效的抗酸腐蝕的保護(hù)作用，延長WESP的使用壽命。

3.4運行效果

2015年12月26日，寧海電廠#4爐660MW機組煙氣粉塵“近零排放”工程順利并入系統(tǒng)運行，低低溫電除塵器改造、脫硫提效改造以及WESP改造等設(shè)施全部投運，成功完成了各項建設(shè)目標(biāo)。

2016年1月16日，經(jīng)權(quán)威部門測試結(jié)果顯示，該機組的出口粉塵排放量僅為0.575mg/Nm3，實現(xiàn)了大型燃煤電廠煙氣粉塵的“近零排放”改造目標(biāo)。

寧海電廠#4爐是國內(nèi)首臺600MW以上機組實現(xiàn)出口粉塵1mg/Nm3以下“近零排放”的投運機組，將為推動我國煤電清潔高效利用和能源技術(shù)革新提供了有力借鑒。

3結(jié)論

WESP基于其特殊的清灰方式和技術(shù)特點，可作為燃煤電廠粉塵精處理系統(tǒng)的技術(shù)裝備使用，經(jīng)過合理的技術(shù)路線選擇，可實現(xiàn)燃煤電廠粉塵的“近零排放”的目標(biāo)。國華寧海電廠#4爐660MW機組的成功應(yīng)用經(jīng)驗表明，通過WESP的深度凈化作用后，可以實現(xiàn)大型甚至超大型燃煤電廠的出口粉塵低于1mg/Nm3的“近零排放”，大大改善電廠的周邊環(huán)境，為大型燃煤電廠采用WESP實現(xiàn)“近零排放”提供了有益的參考。