濕式靜電除塵器(WESP)在百萬燃煤機組的應用實例分析
2016-02-03 11:38:43
作者：戴剛權 王磊 翁林鋼 謝高旺
Application Analysis of Wet Electrostatic Precipitator in1,000MW Coal-fired Power Plants
Dai Gangquan, Wang Lei , Wen Lingang,Xie Gaowang
(Zhejiang TUNA Environmental Science & TechnologyCo., Ltd, Shaoxing, Zhejiang, 312000, China)
Abstract: A brief induction of the Wet ElectrostaticPrecipitator (WESP) technology is given in this paper along with itsdevelopments and applications both domestic and international. The focus of thispaper is the application analysis of our WESP in the 1000MW coal-fired powerplants. The fuel gas before/after the implementation of the WESP was sampled, analyzedand compared to show that the WESP is capable to eliminate the super-fineparticles, SO3 aerosol, and the gypsum after the WFGD effectively.
Keywords: Wet Electrostatic Precipitator (WESP), 1000MW, Coal-fired Power Plants,Super-fine Particles.
近年來，隨著我國的國民經濟高速發展，一些“粗放”式發展模式下的弊端也逐漸顯現出來---環境污染日益嚴重，在以京津冀、長三角、珠三角為代表的經濟發達地區集中爆發了嚴重的霧霾污染，對公眾的健康造成威脅。燃煤電廠排放的煙氣是大氣污染的主要來源之一，也是大氣污染治理的重點。
為貫徹可持續發展觀，國家對燃煤電廠的節能減排提出了新的要求，根據《火電廠大氣污染物排放標準》（GB13223-2011）的規定，重點地區的二氧化硫、氮氧化物及粉塵的排放濃度限值分別為100、50、20mg/Nm3，由于環保的壓力，這些地區已經按照燃氣機組的標準50、35、5 mg/Nm3開始要求。
為了達到這些排放要求，需要一種能夠去除這些細微顆粒物的環保設備。濕式靜電除塵器（WESP）作為大氣污染物控制的終端深度處理系統，對S03氣溶膠、氮氧化物和PM2.5粉塵等都具有很高的脫除效率，同時汞的脫除效果也很好。因此，在我國燃煤電廠研究和推廣應用濕式靜電除塵技術具有非常重要的意義。
1. 濕式靜電除塵器
1.1. 除塵原理
濕式靜電除塵器通過陰極線直流高壓放電，將周圍空氣電離，煙氣中的粉塵荷電后，受電場力驅使被收集到集塵板上，與干式電除塵不同的是，濕式靜電除塵用噴淋水替代振打來達到清灰的功能。
如圖1所示，濕式靜電除塵器一般布置在濕法脫硫之后。濕法脫硫出口煙氣中的大部分粉塵已被干式電除塵除去，并成為夾帶石膏顆粒的濕飽和煙氣，通過濕式靜電除塵器處理后，達到排放要求，由煙囪排出。
圖 1濕式靜電除塵布置位置
1.2. 國內外應用情況
濕式靜電除塵技術在美國、歐洲、日本等發達國家已較為成熟，有近30年的燃煤電廠應用經驗，已有近百套不同類型的WESP在電廠大型機組上成功運行，如：2000年投運的美國NB電力公司Dalhousie電廠315MW機組；2001年投運的日本中部電力碧南電廠（2×1000MW）機組[1]；2002年投運的美國Xcel能源公司Sherburne電廠750MW機組等。
在國內，濕式靜電除塵器在冶金、硫酸行業已有30多年的成功應用[2]，已制定《煤氣用濕式電除塵》（JB/T6409-2008）的行業標準。近兩年隨著環保要求的提高，在火電行業開始大面積應用，據不完全統計已有近百臺合同業績，10余臺投運業績。
1.3. 蜂窩管式WESP工業試驗平臺
為了驗證濕式靜電除塵器的效果，我們設立了一個導電玻璃鋼蜂窩管式WESP工業試驗平臺，如圖2所示，應用于脫硝催化劑生產窯爐的煙氣深度治理，其治理的主要污染物為粉塵、氣溶膠和PM2.5，處理的煙氣量為10000Nm3/h，煙氣溫度為50~70℃，入口的粉塵濃度為55mg/Nm3，設計除塵效率為91%。
如圖3所示，開啟試驗平臺的蜂窩管式WESP后，肉眼基本看不到白煙了。經煙塵儀測量，開啟WESP后的粉塵排放濃度減至4.3mg/Nm3，實際的粉塵去除效率達到92.18%，PM2.5的去除率達到85.5%，霧滴的去除率達到78.7%，設備的阻力為185Pa。實測數據表明了該蜂窩管式WESP可有效去除催化劑窯爐煙氣中的粉塵、PM2.5和霧滴，達到超低排放。
圖 2蜂窩管式WESP三維模型圖
圖 3蜂窩管式WESP試驗平臺投運前、后對比圖
2. 濕式靜電除塵器應用在百萬機組燃煤火電廠超低排放項目
目前我國燃煤機組最大裝機容量為1000MW，濕式靜電除塵器在燃煤電廠百萬機組的應用實例并不多，因此對百萬機組的應用實例分析具有一定的實際參考意義。本節給出了國電寧波北侖電廠三期#7機組（1000MW）加裝濕式靜電除塵的應用實例，通過對裝WESP前、后的煙氣排放成分分析及對比，證明了濕式靜電除塵器可有效去除燃煤電廠煙氣中的SO3氣溶膠、氮氧化物、粉塵和PM2.5等污染物，滿足百萬燃煤機組的超低排放要求。
2.1. 應用背景
為達到國家的燃煤機組大氣污染排放新標準，實現燃煤機組在完成改造之后的煙氣排放達到天然氣機組標準，由南京國電環保科技有限公司與浙江德創環保合作EPC總承包，對國電寧波北侖電廠三期#6、#7機組（2×1000MW）加裝濕式靜電除塵設備。
2.2. 工程概況
國電寧波北侖電廠#6、#7機組（2×1000MW）濕式靜電除塵器的陽極系統運用模塊化設計，將整個陽極系統分為48個陽極模塊，模塊由車間生產并通過公路運輸，現場再按圖紙安裝成整體。陽極管(收塵集)采用的導電玻璃鋼具有非常好的耐腐蝕性能[2]，且具有很強的疏水性，能有效地阻隔灰塵和石膏對陽極壁的粘結。導電玻璃鋼極板具有耐腐蝕、重量輕、導電性能好、抗燃、抗氧化性好等方面擁有的突出特點，在技術風險和可靠性、運行費用上占有較大的優勢，代表著濕式靜電除塵技術的發展方向。
陰極線采用2205不銹鋼材料制作的管狀針刺線，具有強度高，耐腐蝕性能好等特點，能適用于飽和濕煙氣環境長期工作。陰極線固定于上下框架上，框架通過設置于殼體外部的絕緣箱支撐，絕緣箱內吊桿采用陶瓷管支撐，絕緣箱內配有電加熱裝置，其內部溫度維持在120~140 ℃，同時絕緣箱還配有熱風吹掃裝置，以保證絕緣箱時刻保持干燥絕緣狀態。陰極鉛垂布置，底部有固定防擺裝置，裝置內設置的拉桿采用陶瓷材料并配有加熱功能保證其干燥絕緣。
進、出口煙道以及陽極模塊以下部分采用玻璃鱗片防腐，陰極大梁、陽極模塊以上本體采用襯預硫化定基橡膠防腐，陰極上框架其余部分全部采用2205不銹鋼制作。
目前，#7機組的濕式靜電除塵器已完成安裝、調試及試運行，并正式投入使用。本文使用的測試數據均來自于#7機組。
2.3. 運行情況
#7機組于2009年6月建成投產，其脫硫系統（WFGD）改造于2013年1月完成，如圖4所示，#7機組的濕式靜電除塵器布置在WFGD后，考慮到電廠的空間和濕式靜電除塵器的體積重量等因素，采用塔外鋼支架獨立布置的形式，不影響吸收塔安全，支架的支撐梁避開地下鋪設的管道。#7機組的WESP進口煙氣流量約為2950000Nm3/h，濕飽和煙氣由WFGD流向WESP，煙氣流向“上進下出”。
蜂窩管濕式電除塵在陽極管上部設置有一層間歇噴淋，此噴淋由沖洗水泵供水，采用高壓力及專用的無堵塞沖洗噴嘴，正常運行時，濕式電除塵溫降僅為2~3℃，間斷噴淋時，溫降為5~7℃。噴淋時集塵極表面形成一層連續水膜，收集下來的煙塵隨水膜重力自流至下部集液槽，實現在線清灰。溫度40℃以上時，石膏易溶于水，粘度下降，不易粘結在陽極管上，整個設備在運行過程中不會產生灰塵和石膏的粘結現象。
#7機組的濕式靜電除塵器自2015年3月投運至今已正常運行2個多月，系統運行的各項指標正常、穩定。
圖 4國電寧波北侖電廠#7機組（1000MW）濕式靜電除塵器
2.4. 應用分析
國電北侖電廠#7機組濕式靜電除塵器正常運行2個月來，通過對各項監測數據的采樣和收集，可對濕式靜電除塵器的效果作出定量和定性的分析。
首先通過肉眼觀察，如圖5所示，#7機組煙囪排放的煙氣在濕式靜電除塵器投運前、后有比較直觀的對比，濕式靜電除塵器投運后煙囪排放的白煙明顯減少，說明濕式靜電除塵器對霧滴和粉塵的去除效果明顯。
再從定量的角度分析， #7機組完成濕式靜電除塵改造后的“168”小時滿負荷試運行。該機組的實時環保數據為：二氧化硫11.6 mg/Nm3、氮氧化物40.4 mg/Nm3、煙塵2.2 mg/Nm3，這標志著該燃煤機組經過超低排放改造，污染物排放指標已經達到甚至優于燃氣輪機標準。據測算，改造后#7機組每年可在原基礎上減排二氧化硫約500噸、氮氧化物約500噸、減排煙塵約27噸[3]。
圖 5國電北侖電廠#7機組WESP投運前、后煙囪排放對比圖
3. 結論及展望：
濕式靜電除塵器因其穩定、高效的除塵效果在發達國家的火電廠已有相當廣泛的應用，目前在我國火電行業也在積極推廣。本文通過對國電寧波北侖電廠#7機組（1000MW）燃煤機組濕式靜電除塵器的應用實例分析，證明濕式靜電除塵器可以有效去除燃煤煙氣中的SO3氣溶膠、氮氧化物和粉塵等主要污染成分。隨著國家和公眾對環境保護的日益重視，相信濕式靜電除塵器會更快普及到各大燃煤電廠，在我國大氣污染治理的進程中起到重要作用。
參考文獻：
[1]濕式電除塵器在燃煤電廠WFGD后的應用分析，第15屆電除塵學術會議論文集，2013.
[2]朱連勇，蜂窩型導電玻璃鋼電除霧器在硫酸生產中的應用，硫酸工業，2011，3-14.
[3]中國國電集團公司官網新聞，北侖公司首臺百萬千瓦機組實現超低排放，2015-3-26.