濕式除塵器與超凈脫硫技術淺析
作者： 2015年12月07日 來源：互聯網 瀏覽量：
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為達到火電廠污染物排放標準的不斷提高近零排放標準，濕式電除塵技術和超凈脫硫技術是目前火電廠除塵系統的兩種主流技術。本文分析這兩種方案的技術特點，通過實例計算比較除塵效果重點分析不同的適用范圍，為除塵系
為達到火電廠污染物排放標準的不斷提高近零排放標準，濕式電除塵技術和超凈脫硫技術是目前火電廠除塵系統的兩種主流技術。本文分析這兩種方案的技術特點，通過實例計算比較除塵效果重點分析不同的適用范圍，為除塵系統的設計提供參考。
為滿足不斷提高的火電廠污染物排放標準，燃煤電廠必須采取新的工藝方法降低污染物排放水平。濕式電除塵器技術和超凈脫硫技術是近期得到日益廣泛的應用，可以滿足煙塵排放濃度小于5mg/Nm3標準的兩種主要技術方案。對這兩種新技術進行詳細的對比和分析，對合理選擇燃煤電廠除塵方案尤為重要。
1、濕式電除塵器
濕式電除塵器作為除塵系統的末端處理裝備，可有效去除濕法脫硫無法收集的酸霧、控制PM2.5微細顆粒物及解決煙氣排放濁度等問題，國內以往主要應用于化工、冶金行業，近兩年有多個電廠的濕式電除塵器項目投產，達到了5mg/Nm3排放標準。
粒徑小于0.5μm粉塵的主要荷電作用是擴散，電流密度是此時最重要的影響因素。放電極被浸潤后電子較易溢出，水霧被電火花進一步擊碎使電場中充滿大量的帶電霧滴，增加了微細顆粒的荷電機率，荷電后的粒子被捕集的速度也迅速提高。因此濕式電除塵器可以在高煙速下捕獲更多的煤灰粉塵和石膏液滴，由于SO3在205℃以下時以粒徑小于0.4μm的H2SO4液滴形式存在，因此對SO3也有很高的脫除率。
濕式電除塵器有金屬、纖維和導電玻璃鋼三類極板材料：金屬極板采用剛性金屬材料作為收塵極板，采用噴淋系統水膜清灰，是國外濕式電除塵器的主流技術。但要求水膜連續均勻以防止極板腐蝕，因此需要設置復雜的污水處理系統防止堿性水膜進入石膏系統影響石膏脫水率。纖維極板采用柔性纖維織物制成，除塵效率易受極板間距變化影響，穩定性差，目前已較少選用；導電玻璃鋼極板用合成樹脂粘合碳纖維和玻璃纖維，兼具導電性和耐腐蝕性，無需循環水系統和加藥中和環節，維護費用較低，但導電玻璃鋼電導率較低，電耗比金屬極板高。
濕式電除塵器有管式和板式兩種基本結構：管式濕式電除塵器的集塵極為多根并列的圓形或多邊形豎直管，放電極位于圓管或多邊形管的軸線，只能用于處理豎直流動的煙氣；板式電除塵器集塵極呈平板狀，極板間均布電極線，可處理水平或豎直流動的煙氣。相對于板式結構，管式結構的極線和極板間電場分布較均勻，有利于根據粉塵特性調節電場；管式電除塵器的結構緊湊，總體積相同時的有效收塵面積大，可以獲得較高的除塵效率。
濕式電除塵器按布置方式分為臥式和立式，臥式濕式電除塵器結構與常規電除塵器基本類似，采用金屬極板、煙氣水平進出。沖洗噴嘴布置在電極上方對收塵極和放電極同時進行連續噴淋，噴淋水經下部灰斗收集后自流至循環水箱。立式濕式電除塵器的陽極布置成方形、圓形或六角形套筒，煙氣豎直進出，與脫硫塔分開單獨布置時上進下出，與脫硫塔合并布置時下進上出。合并布置方案可以節省占地，減少煙道長度，但對脫硫塔所能支撐的荷載要求較高，需與脫硫塔聯合設計，施工周期較長。
2、超凈脫硫
由國內部分發電公司首先提出的超凈脫硫煙氣協同治理方案，通過多個設備協同處理提高除塵效率，在達到超凈排放要求的同時節省了濕式電除塵器投資，已有多家電廠采用并順利通過環保驗收。此方案不同于由單一設備處理單一污染物的傳統設計理念，提出由鍋爐尾部多個設備協同處理多種污染物，特定設備在脫除主污染物同時也間接脫除其它污染物，并為其他設備脫除污染物創造條件。具體到粉塵系統中將常規工藝中的脫硫、除塵兩個的獨立系統協同考慮，在脫硫塔中加裝高效除霧器，并通過對煙氣流程中各設備的一系列改進，最終達到在滿足粉塵排放標準的前提下節約濕式除塵器投資和場地的目的。
在脫硫塔上游，協同治理方案通過低低溫除塵技術，配合在干式靜電除塵器末級加裝高壓高頻電源、移動電極或機電多復式電場等措施，使SO3冷凝附著在粉塵表面、降低粉塵比電阻以避免反電暈，并通過改善煙塵的粒徑分布進一步提高脫硫塔的除塵效率。
超凈脫硫技術以高效除霧器技術為核心，通過改善除霧器結構形式，優化煙氣流場、加強噴淋等措施提高除塵效率。
除霧器有管式、平板式和屋脊式三種型式：管式除霧器去除大霧滴效果顯著，阻力小，去除小霧滴效果較差。平板式除霧器結構簡單，易引起液滴的二次夾帶。屋脊式除霧器設計流速大，經波紋板碰撞下來的霧滴可集中流下，減輕煙氣夾帶霧滴，除霧面積比較大。超凈脫硫技術一般采用多層屋脊式加管式組合型除霧器，將將管式除霧器加裝在脫硫塔噴淋層和第一級屋脊式之間，借用屋脊式沖洗水實現自清潔，同時預清除大大粒徑的石膏漿液，防止堵塞并通過在波紋板葉片上增加小鉤脫除20~100μm的微小顆粒。
超凈脫硫技術還采用列措施進一步提高除塵效率：（a）使用雙頭噴嘴增加噴嘴密度、通過氣液比調節和背壓調節實現更高的霧化覆蓋率，提高粉塵吸附的概率；（b）設置帶有氣動乳化裝置的雙托盤加強塔內煙氣與噴淋液的接觸；（c）增設導流板、篩板、壁面分配環等裝置改善流場，強化氣液接觸條件，同時減少塔壁的煙氣逃逸；（d）增設水平煙道除霧器進一步提高脫塵除霧效率。
3、濕式電除塵器與超凈脫硫技術的對比
為保證煙囪出口粉塵排放濃度達到5mg/Nm?標準，不論是濕式電除塵器方案或超凈脫硫方案，都要求脫硫塔入口粉塵濃度不能超過20mg/Nm?。因此這兩種方案都要求按遵循煙氣協同治理理念，采用合理的高效除塵技術控制粉塵排放濃度，即包括低低溫、高頻高壓電源等干式除塵技術，也包括脫硫塔內雙頭噴嘴、雙托盤、導流板等裝置。兩種方案的主要區別在對脫硫塔高效除霧器或濕式電除塵器的選擇。
以某660MW工程為例，煤質及灰分特性分析表明：設計煤種和校核煤種煙氣溫度達到100℃時的比電阻分別比120℃時下降3.23和3.38倍，灰硫比均超過200，低溫腐蝕對下游設備的影響可以忽略，適合采用低低溫除塵技術。設置五電場高頻高壓電源后設計煤種的干式除塵器出口粉塵濃度小于15mg/m?，校核煤種灰分較高，粉塵濃度高于20mg/m?。兩種方案的煙塵排放濃度計算如表2所示：
從上述比較可以看出，濕式電除塵器相對超凈脫硫技術：
設備投資高，以兩臺1000MW機組為例，濕式電除塵器本體投資約增加6300萬（導電玻璃鋼）至9200萬（金屬極板），超凈脫硫技術設備投資增加約600萬元；系統復雜，包含了維持電除塵器電場的電控設備，尤其對于金屬極板類濕式電除塵器還需要增加復雜的廢水處理系統，設備投資和運行維護費用進一步增加，年運行費用比超凈脫硫技術增加約1000萬元；場地要求高，濕式除塵器一般單獨布置，占地較大，即使采用脫硫塔頂部布置方案，對脫硫塔支撐強度，尾部煙道布置均有較高要求，而超凈脫硫技術僅脫硫塔高度稍有增加，對于改造項目優勢明顯；超凈脫硫技術遵循煙氣協同治理技術路線，發掘無濕式除塵器的除塵流程中各設備的除塵潛能，對各設備除塵效率的要求已接近甚至超過目前的理論極值。這一方面說明目前的除塵工藝流程中，各系統的除塵能力還有一定的裕量，另一方面也提醒設計人員注意雖然已有多個工程成功通過了環保檢測，但在煤種灰分較高時，排放是否能夠保證穩定低于5mg/Nm?的環保要求仍有待更多的工程實踐數據證明。
濕式電除塵器對于亞微米顆粒除塵效率高，因此對于SO3、石膏的微液滴以及汞等重金屬的水溶性化合物微顆粒均有較高的脫除效率，對煙氣的凈化程度由于電場的作用高于超凈脫硫技術。當前粉塵檢測手段特別是在線檢測手段，對于亞微米顆粒測試的靈敏度不高。隨著檢測技術的提高，濕式電除塵器對亞微米顆粒捕集能力的優勢會更加突出。
4、結論
濕式電除塵器和超凈脫硫技術是目前火電廠除塵系統為達到超凈排放而采用的兩種技術，遵循煙氣協同治理理念，配合低低溫除塵、高頻電源、強化噴淋等技術手段，兩種方案對于粉塵、SO3、石膏液滴均有很高的脫除效率，可以滿足污染物的近零排放要求。
超凈脫硫技術節約投資、系統簡單可靠、施工及維護方便、場地要求較低，因此在中低灰分煤種、場地、工期或資金緊張的工程中具有比較明顯的優勢；濕式除塵器對煙氣的凈化程度高，尤其對于亞微米超細粉塵、重金屬和SO3酸霧等污染物有很強的捕集能力，在煤種灰分較高，場地限制較少的工程中可以滿足更高的污染物排放要求。
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