當(dāng)前我國大氣環(huán)境形勢十分嚴(yán)峻，以細(xì)顆粒物（PM2.5）、酸雨等為特征的復(fù)合型大氣污染日益突出，霧霾天氣增多，空氣重度污染時(shí)常發(fā)生，氣候變化十分惡劣，已制約了社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，嚴(yán)重威脅到人民的身體健康和未來的生產(chǎn)狀況。各級政府已引起相當(dāng)重視，短時(shí)間內(nèi)出臺了多項(xiàng)環(huán)保政策和治理措施，下大力氣治理大氣污染，改善大氣環(huán)境質(zhì)量。國家能源局、廣東省發(fā)改委、廣州市政府紛紛提出燃煤電廠主要大氣污染物“超潔凈排放”的目標(biāo)，將廣州華潤電廠#1機(jī)組“超潔凈排放”改造項(xiàng)目列為國家能源局和廣州市政府首批環(huán)保改造示范項(xiàng)目。目前國內(nèi)火電廠主要采用的除塵方式：靜電除塵、袋式除塵、電袋復(fù)合除塵等。目已投產(chǎn)的大型火電廠95%采用電除塵器，但是為達(dá)到低的煙塵排放，電除塵器向更多的電場數(shù)、更大的比集塵面積的方向發(fā)展，受到了極大的限值。常規(guī)電除塵器還存在除塵效率受粉塵比電阻影響大，污染物去除功能單一。由于脫硫后吸收塔出口煙氣中攜帶石膏等液滴量較大，石膏雨、PM2.5、SO3氣溶膠、重金屬離子等極難除去。因此，當(dāng)前火電廠煙氣粉塵排放濃度極難達(dá)到5mg/Nm3的標(biāo)準(zhǔn)。新標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施，對高效靜電除塵器提出了巨大的挑戰(zhàn)，迫切需要對國內(nèi)外的除塵新技術(shù)、新工藝進(jìn)行全面論證研究。濕式電除塵技術(shù)在全世界范圍內(nèi)應(yīng)用極少，但他可以有效去除煙氣中的PM2.5、酸霧、氣溶膠、亞徽米穎拉物、汞、重金屬及二惡英等大氣污染物，是大氣復(fù)合污染物控制系統(tǒng)的最終精處理設(shè)備，已列入國家863科研計(jì)劃。2014年國家發(fā)改委計(jì)劃了十三個(gè)燃煤火電廠超低排放改造示范項(xiàng)目，并聯(lián)合國家環(huán)保部下發(fā)《煤電節(jié)能減排升級與改造行動(dòng)計(jì)劃（2014-2020年）》，要求2020年前現(xiàn)役燃煤發(fā)電機(jī)組基本達(dá)到燃?xì)廨啓C(jī)排放限值，大力鼓勵(lì)和推動(dòng)加裝濕式電除塵器。因此，我司對濕式電除塵器的應(yīng)用及其對污染物的去除研究就變得十分迫切和極其有意義。
       二、創(chuàng)新工作組織及開展情況
       1.創(chuàng)新工作組織情況。
       濕式電除塵器的應(yīng)用及其對污染物的去除研究是一套涵蓋專業(yè)多、多系統(tǒng)的創(chuàng)新研究工作，為了保證改造工程按規(guī)定建成投產(chǎn)并達(dá)到預(yù)期效果，實(shí)施的全過程中，通過建立和健全相應(yīng)的組織機(jī)構(gòu)，組織、聯(lián)系、協(xié)調(diào)各有關(guān)單位，對工程建設(shè)項(xiàng)目實(shí)施有效的管理和研究。主要舉措有：
       （1）成立重大技改專項(xiàng)工作組。
       成立重大技改領(lǐng)導(dǎo)小組和專業(yè)組，公司總經(jīng)理親自掛帥，統(tǒng)一組織、協(xié)調(diào)改造項(xiàng)目的進(jìn)度、質(zhì)量、安全、費(fèi)用等情況，確保工作順利完成。
       （2）落實(shí)動(dòng)態(tài)管理及匯報(bào)制度。
       定期召開工作協(xié)調(diào)會(huì)議，對工作進(jìn)度、遇到問題、需要協(xié)調(diào)問題以及相關(guān)物料人員安排進(jìn)行匯報(bào)，公司根據(jù)實(shí)際問題提出要求，落實(shí)需要協(xié)調(diào)問題，確保工作推進(jìn)。
       （3）運(yùn)用精益管理的思想和共計(jì)工具。
       敢于創(chuàng)新，運(yùn)用精益管理的科學(xué)工具，針對濕式電除塵器的應(yīng)用及其對污染物的去除研究工作，成立了專題SDA改善項(xiàng)目，利用TPM、minitab統(tǒng)計(jì)分析等精益工具，采用PDCA的手法，對濕式電除塵器的推廣應(yīng)用及污染物的去除進(jìn)行了深入的研究。
       （4）建立研究標(biāo)準(zhǔn)并規(guī)范化。
       濕式電除塵器在國內(nèi)火電廠的應(yīng)用完全是一個(gè)全新的東西，在安裝、調(diào)試、試運(yùn)行及應(yīng)用方便結(jié)合現(xiàn)場制定了一系列的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，并將研究成果固化，形成可供推廣和復(fù)制的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)。
       2.創(chuàng)新工作開展情況。
       廣州華潤熱電有限公司（2×300兆瓦機(jī)組）環(huán)保升級改造為國家能源局十三個(gè)示范項(xiàng)目之一，公司自2013年10月成立濕式電除塵器專項(xiàng)課題研究和實(shí)施小組，公司1號機(jī)組濕式電除塵器于2014年7月21日投入運(yùn)行，2號機(jī)組濕式電除塵器于2015年6月6日投入運(yùn)行，在此過程中，專項(xiàng)小組從技術(shù)的論證選取、設(shè)備的選型、工程的實(shí)施、項(xiàng)目的調(diào)試、對污染物的去除研究等多方面入手，且開展了大量的創(chuàng)新性試驗(yàn)研究工作，全方位做好本示范項(xiàng)目。
       三、主要技術(shù)創(chuàng)新研究成果
       1.對粉塵的去除研究。
       濕式電除塵器與干式靜電除塵器的機(jī)理相同，但是除塵過程完全不一樣。首先，將水霧噴向放電極和電暈區(qū)，水霧在芒刺電極形成的強(qiáng)大的電暈場內(nèi)荷電后分裂進(jìn)一步霧化，電場力、荷電水霧的碰撞攔截、吸附凝并，共同對粉塵粒子起捕集作用，最終粉塵粒子在電場力的驅(qū)動(dòng)下到達(dá)集塵極而被捕集。靜電電壓值、水量、粉塵濃度三因素對濕式靜電除塵效率的效應(yīng)都為正，即除塵效率隨著電壓的升高、水量的增大、粉塵濃度的加大而上升。其中電壓對除塵效率的影響最為顯著，其次是水量，粉塵濃度的影響最小。靜電和水霧相結(jié)合可顯著地提高了除塵效率。
       煙塵濃度的計(jì)算見公式：
      式中：C—標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下干燥煙氣的含塵濃度，mg/m3；m1—采樣前的濾筒重量，mg；m2—采樣后的濾筒重量，mg。Vsd的計(jì)算見公式6-4。

       式中：Vsd—標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的干燥煙氣采樣體積，L；Vtd—實(shí)際工況下的干燥煙氣采樣體積，L；B—當(dāng)?shù)卮髿鈮海琍a；P—流量計(jì)前煙氣壓力，Pa；t—流量計(jì)前煙氣溫度，℃。
       為了測試在不同的入口粉塵濃度下，得出濕式電除塵器的除塵效率，在設(shè)計(jì)煤種（高灰分）滿負(fù)荷情況下進(jìn)行了2個(gè)工況測試，其中在工況一和工況二是進(jìn)行粉塵濃度的測試，工況一干式電除塵為高效運(yùn)行模式，工況二中干式電除塵調(diào)整為節(jié)能模式。
       實(shí)測結(jié)果匯總于表1，從結(jié)果來看，在電除塵器處于兩種不同模式時(shí)，脫硫塔出口粉塵濃度有一定程度的變化，分別為26.84毫克/標(biāo)準(zhǔn)立方米和30.07毫克/標(biāo)準(zhǔn)立方米，但濕式除塵器出口粉塵濃度還是低于5毫克/標(biāo)準(zhǔn)立方米的排放水平。在兩工況下，濕式電除塵器出口粉塵濃度分別為2.77、3.46毫克/標(biāo)準(zhǔn)立方米（標(biāo)，干，6%O2），平均為3.12毫克/標(biāo)準(zhǔn)立方米，粉塵脫除效率為89.68%和88.49%，平均為89.09%。

表1：粉塵和粉塵去除率測量結(jié)果匯總

       為了研究濕式電除塵器出口粉塵排放濃度的長期變化，查閱了1號機(jī)組投運(yùn)后3個(gè)月的歷史曲線（8月1日-11月1日），見圖1。

圖1：粉塵排放3個(gè)月歷史曲線

       其中各排放濃度的數(shù)據(jù)取自濕式電除塵器出口環(huán)保CEMS（廣州市環(huán)保監(jiān)測站定期進(jìn)行CEMS數(shù)據(jù)的比對）。
       從圖1看出，濕式電除塵器投運(yùn)3個(gè)月以來，出口粉塵排放濃度十分穩(wěn)定，在0.27-4.7毫克/標(biāo)準(zhǔn)立方米之間波動(dòng)，平均值為3.06毫克/標(biāo)準(zhǔn)立方米，出口粉塵濃度排放濃度長期保持在5毫克/標(biāo)準(zhǔn)立方米以下，滿足性能指標(biāo)和超潔凈排放的要求。
       同時(shí)，為了研究濕式電除塵器出口粉塵排放與機(jī)組負(fù)荷變化的關(guān)系，查閱了#1機(jī)組投運(yùn)后3個(gè)月的機(jī)組負(fù)荷與粉塵排放濃度的歷史曲線（8月1日-11月1日），見圖2。

圖2：粉塵排放濃度3個(gè)月歷史曲線

       從圖2看出，濕式電除塵器投運(yùn)3個(gè)月以來，機(jī)組負(fù)荷在195兆瓦-331兆瓦之間變化，平均負(fù)荷為251兆瓦，但期間出口粉塵濃度排放十分穩(wěn)定，平均值為3.06毫克/標(biāo)準(zhǔn)立方米，基本不隨機(jī)組負(fù)荷的變化而變化。為了研究濕式電除塵器出口粉塵排放與SO2及NOx排放的關(guān)系，查閱了1號機(jī)組投運(yùn)后3個(gè)月的粉塵、SO2及NOx排放濃度的歷史曲線（8月1日-11月1日），見圖3。

圖3：粉塵、SO2及NOx排放濃度3個(gè)月歷史曲線

       從圖3看出，濕式電除塵器投運(yùn)3個(gè)月以來，NOx排放濃度在10-50毫克/標(biāo)準(zhǔn)立方米之間波動(dòng)，平均濃度為32.25毫克/標(biāo)準(zhǔn)立方米；SO2排放濃度在2-30毫克/標(biāo)準(zhǔn)立方米之間波動(dòng)，平均濃度為10.38毫克/標(biāo)準(zhǔn)立方米；但期間出口粉塵排放濃度一直穩(wěn)定在3毫克/標(biāo)準(zhǔn)立方米左右小幅變化，不受SO2和NOx排放濃度變化的影響。
       2.對PM2.5的去除研究。
       電除塵器中粉塵顆粒有兩種類型的荷電過程，對于直徑大于1微米的顆粒來說場荷電荷電是主要作用，顆粒碰撞沿電力線運(yùn)動(dòng)的負(fù)離子而帶電，這時(shí)電壓的強(qiáng)弱是影響這個(gè)過程的最主要因素。對直徑小于0.5微米的顆粒來說擴(kuò)散荷電是主要作用，PM2.5為主的亞微米粒子在隨機(jī)運(yùn)動(dòng)時(shí)與負(fù)離子碰撞而帶電，注入的電流密度是影響擴(kuò)散放電最重要的因素。濕式靜電除塵中，因放電極被水浸潤后，電子較易溢出，同時(shí)水霧被放電極尖端的強(qiáng)大電火花進(jìn)一步擊碎細(xì)化，使電場中存在加上大量帶電霧滴，大大增加亞微米粒子碰撞帶電的機(jī)率，而帶電粒子在電場中運(yùn)動(dòng)的速度是布朗運(yùn)動(dòng)的數(shù)十倍，這樣就大幅度提高了亞微米粒子向集電極運(yùn)行的速度，可以在較高的煙氣流速下，捕獲更多的PM2.5粒。
       PM2.5濃度的計(jì)算見公式：
       式中：C—標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下干燥煙氣的PM2.5濃度，毫克/立方米；m1—采樣前（1-10級）收集膜的重量和，毫克；m2—采樣后（1-10級）收集膜的重量和，毫克。Vsd的計(jì)算見公式：

       式中：Vsd—標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的干燥煙氣采樣體積，L；Vtd—實(shí)際工況下的干燥煙氣采樣體積，L；B—當(dāng)?shù)卮髿鈮海琍a；P—抽氣泵前煙氣壓力，Pa；t—抽氣泵前煙氣溫度，℃。
       通過利用煙氣流量測試時(shí)得到的截面動(dòng)壓分布結(jié)果，確定流速代表點(diǎn)，采用Dekati公司生產(chǎn)的DLPI進(jìn)行PM2.5取樣，取樣測試結(jié)果匯總于表2，從表中可以看出，濕式電除塵器出口的PM2.5濃度小于1毫克/標(biāo)準(zhǔn)立方米，脫除效率為80.2%。

表2：PM2.5取樣測試結(jié)果匯總

       3.對SO3的去除研究。
       濕式電除塵器內(nèi)部煙氣溫度在50～60℃，雖然高于三氧化硫露點(diǎn)溫度，但是濕煙氣中的三氧化硫在205℃以下時(shí)，以微液滴形式存在，平均直徑在0.4微米以下，濕式靜電除塵對亞微米顆粒的高捕獲率，所以對三氧化硫微液滴有很高的脫除率。吸收塔出口即濕式電除塵器入口及濕式電除塵器出口SO3的化驗(yàn)和濃度計(jì)算結(jié)果見表3所列，吸收塔出口SO3濃度為0.73毫克/標(biāo)準(zhǔn)立方米，濕式電除塵器出口SO3濃度為0.11毫克/標(biāo)準(zhǔn)立方米，濕式電除塵器對SO3的脫除率為84.9%。

表3：濕式電除塵器入口及濕式電除塵器出口SO3的濃度結(jié)果

       4.對液滴的去除研究。
       國內(nèi)大部分已投用吸收塔的除霧器出口液滴濃度設(shè)計(jì)為75mg/Nm3，而運(yùn)行時(shí)還經(jīng)常高于此設(shè)計(jì)值，造成吸收塔出口有大量的石膏液滴帶出。
       濕式電除塵器對石膏以及石膏液滴的去除機(jī)理遵循多依奇公式，見公式：

       其中S為比集塵面積，ω是粉塵在電場中的理論驅(qū)進(jìn)速度，理論驅(qū)進(jìn)速度是直接反映粉塵在電暈場中運(yùn)動(dòng)的難易程度的指標(biāo)，查閱相關(guān)資料得石膏粉塵的理論驅(qū)進(jìn)速度為0.16-0.2米/秒，煤粉爐灰的理論驅(qū)進(jìn)速度為0.1-0.14米/秒，當(dāng)比集塵面積為10平方米/(立方米/秒)條件下，可計(jì)算出電場對石膏粉塵的除塵效率為98%，煤灰為96.4%。可看出在相同條件中，石膏粉塵比煤灰更容易被捕獲。因?yàn)闈袷届o電除塵工作原理與普通的電除塵相同，同時(shí)國外的相關(guān)資料也明確說明，這公式對濕式電除塵同樣適用。在脫硫系統(tǒng)出口石膏是以CaSO4·2H2O的液滴形式存在，經(jīng)過除霧器后，其粒徑基本上在20微米以下。液滴的脫除一般采用濕式除塵技術(shù)，而濕式靜電除塵器的水噴淋作用可以近似看作為一個(gè)重力噴霧濕式除塵器。
       濕式除塵的效率計(jì)算見公式：
       
       Et—濕式除塵總能量消耗；△Pg—煙氣通過濕式除塵的壓力損失；△PL—濕式除塵噴水壓力；Qb—濕式除塵的噴水流量；Qg—濕式除塵中煙氣流量；α和β為常數(shù)，與煙氣粉塵類型相關(guān)。
       根據(jù)技術(shù)方三菱公司提供的濕式電除塵器的數(shù)據(jù)及本濕式電除塵器的設(shè)計(jì)參數(shù)，計(jì)算可得Et=0.8，因此濕式電除塵器對液滴有較好的去除效果，不會(huì)在煙囪出口出現(xiàn)石膏雨現(xiàn)象。
因電廠脫硫改造時(shí)，對除霧器同步進(jìn)行了改造，安裝了管式除霧器+兩層屋脊式除霧器，因此吸收塔出口（即為濕式電除塵器入口）的霧滴含量較低。為測量液滴含量，委托廣東科立恩環(huán)保科技有限公司對煙氣冷凝液中Mg2＋進(jìn)行了化驗(yàn)，化驗(yàn)結(jié)果見表4。

表4：煙氣冷凝液中Mg2＋化驗(yàn)結(jié)果

計(jì)算方法見公式：
       
       M1—冷凝水中Mg2+濃度，0.33×10-3毫克/毫升；M2—吸收塔漿液濾液中Mg2+濃度，1730×10-3毫克/毫升；V—采氣的煙氣量，0.253標(biāo)準(zhǔn)立方米；—冷凝水質(zhì)量，48毫克。
WESP出口的霧滴含量為22.9毫克/標(biāo)準(zhǔn)立方米，各數(shù)據(jù)如下：M1—冷凝水中Mg2+濃度，0.31×10-3毫克/毫升；M2—吸收塔漿液濾液中Mg2+濃度，1730×10-3毫克/毫升；V—采氣的煙氣量，0.305標(biāo)準(zhǔn)立方米；K—冷凝水質(zhì)量，39毫克。
       根據(jù)Mg2+濃度化驗(yàn)結(jié)果和取樣參數(shù)，得到吸收塔出口（即為濕式電除塵器入口）的霧滴含量僅為36.2毫克/標(biāo)準(zhǔn)立方米，濕式電除塵器出口的霧滴含量為22.9毫克/標(biāo)準(zhǔn)立方米，濕式電除塵器霧滴脫除率為36.7%。
       5.對汞的去除研究。
       干式靜電除塵器、布袋除塵器等對汞的脫除效率不高，但濕式電除塵器對汞有良好的脫除效果。
       汞去除測試試驗(yàn)采樣方法為EPAMethod30B標(biāo)準(zhǔn)方法，EPAMethod30B為美國環(huán)保局的標(biāo)準(zhǔn)方法，采用活性炭管對汞進(jìn)行吸附后分析，不需要繁瑣的化學(xué)處理步驟，操作相對簡單。EPAMethod30B方法采樣系統(tǒng)的示意圖如圖4所示，氣體泵將煙氣通過探頭吸入，煙氣中的汞被安裝在探頭前端的吸附管所吸收，然后煙氣被干燥后在后面的采樣調(diào)節(jié)部分給出干煙氣的流量。整個(gè)采樣過程的煙氣量可以通過采樣調(diào)節(jié)部分的流量計(jì)和采樣時(shí)間來進(jìn)行控制。

圖4：EPAMethod30B采樣系統(tǒng)示意圖

       采樣對于探頭端的汞吸附管一般設(shè)定為一對（A管和B管），同時(shí)每根活性炭管中分為吸收段和穿透段兩部分，用以對整個(gè)取樣過程進(jìn)行質(zhì)量控制。對于煙氣中汞濃度大于1ug/dscm，兩根管的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差不能超過10%，同時(shí)穿透段的總汞不能超過吸收段總汞的10%；對于煙氣中汞濃度不大于1ug/dscm，兩根管的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差不能超過20%，同時(shí)穿透段的總汞含量不能超過吸收段總汞的20%。系統(tǒng)選用美國APEX公司的汞污染源手動(dòng)采樣器（XC-260），如圖5所示。在室溫為16℃下，采樣的干煙氣量控制在20L左右，采樣時(shí)間控制在20分鐘左右。另外，本研究中采用的30B吸附管為可以分價(jià)態(tài)的碳管（SpeciationTraps,OhioLumexCo.）。該管采用活化的椰殼活性炭填裝制成，空白值相對較低，其中AGS為洗滌酸性氣體的物質(zhì)，氯化鉀用來吸收氧化汞，活性炭用于吸收元素汞，各固體物質(zhì)間采用石英棉隔離開。

圖5XC-260型汞污染源手動(dòng)采樣器

       汞測試結(jié)果如下：濕式電除塵器進(jìn)口汞濃度為：3.83微克/立方米，濕式電除塵器出口汞濃度為：3.55、1.53微克/立方米，平均濃度2.54微克/立方米，總汞除去率平均為：34%（7.3%、60.1%）。
       四、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益
      各污染物排放濃度達(dá)到甚至超過了國家重點(diǎn)地區(qū)“燃?xì)廨啓C(jī)大氣污染物特別排放限值”，粉塵排放濃度穩(wěn)定在0.5～3.5mg/Nm3之間，每年粉塵減排119.29噸，削減量達(dá)87%以上，成為目前國內(nèi)最環(huán)保的煤電機(jī)組之一；為國家徹底解決火電廠大氣污染物防治問題找到了路徑，大幅削減了燃煤電廠污染物排放總量，不僅保障了區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展所需清潔高效能源的供應(yīng)，同時(shí)還滿足國家、廣東省及廣州市對空氣污染治理的要求，為國家的空氣污染治理和建設(shè)美麗幸福中國做出積極的貢獻(xiàn)，是企業(yè)對建設(shè)美麗生態(tài)中國和保護(hù)地球環(huán)境的責(zé)任之舉。(主創(chuàng)人員：劉求陽、陳  華、崔乘亮、趙光軍、廖大兵、陳青海、彭洪亮、魯建國)