1、引言
進(jìn)入新世紀(jì)，隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，火電裝機(jī)容量仍在不斷增長。按中電聯(lián)《電力行業(yè)節(jié)能環(huán)保信息》推算，2015年，我國新增火電裝機(jī)容量約0.51億kW。根據(jù)電力規(guī)劃設(shè)計總院預(yù)測，到2020年，全國火電裝機(jī)容量將達(dá)到12.2億kW，新增裝機(jī)容量約為3億kW。
火電廠的快速發(fā)展導(dǎo)致了大氣環(huán)境的污染并引發(fā)了公共環(huán)境及健康危機(jī)，雖然國家采取一系列政策，大力推動煤炭清潔高效利用與發(fā)展清潔能源，但由于我國燃煤發(fā)電的基數(shù)較大，火電廠仍將是大氣污染物的主要排放源之一，而降低排放強(qiáng)度的主要措施就是制定和實施更加嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)。
同時濕式電除塵器作為燃煤電廠污染物控制的精處理技術(shù)設(shè)備，其處理對象為含大量游離水的飽和濕煙氣，主要去除粉塵(含石膏)、SO3、霧滴和有害氣體，并可有效控制PM2.5的排放，本文介紹4種濕式電除塵器技術(shù)，并從性能、可靠性及除塵效果等方面進(jìn)行比較。
2、濕式電除塵器簡介
濕式電除塵器(簡稱WESP)，與干式電除塵器的除塵原理基本相同，先依靠高壓電暈放電使得粉塵荷電，荷電后的粉塵在電場力的作用下到達(dá)集塵板(或集塵管)，再采用沖洗方式，使粉塵隨著沖刷液的流動而清除。在目前的濕除技術(shù)中，主要差別在于陽極板材質(zhì)的選取及清灰技術(shù)。
根據(jù)陽極材質(zhì)的不同，主要分為不銹鋼濕式電除塵器、導(dǎo)電玻璃鋼電極濕式電除塵器、柔性電極濕式電除塵器;根據(jù)清灰技術(shù)(即水膜的形成原理)不同，分為水膜自清灰技術(shù)和水膜沖洗清灰技術(shù)，前者為間斷噴淋，靠煙氣中的水汽在陽極表面自凝結(jié)實現(xiàn)在線清灰，后者為通過噴淋水在陽極表面形成水膜清灰。
3、濕式電除塵器性能對比
3.1、金屬電極濕式電除塵器
20世紀(jì)90年代，為應(yīng)對地方環(huán)保法規(guī)提出的對煙塵排放控制的要求，日本三菱公司研發(fā)并建成濕式電除塵器，用于燃煤電廠的煙塵治理。2006年，美國專門針對PM2.5提出控制要求，在燃煤電廠安裝濕式電除塵器。目前我國通過引進(jìn)技術(shù)并優(yōu)化設(shè)計，已掌握其核心技術(shù)。
(1)金屬電極濕式電除塵器的技術(shù)特點如下：
1)大多采用臥式布置，氣流沿水平方向進(jìn)出，煙氣流速較低(流速在2.5m/s左右)，能有效控制氣流帶出粉塵，提高PM2.5細(xì)微顆粒及氣溶膠脫除效率。
2)陰陽極均平行于氣流方向布置，金屬極板采用懸掛方式，極板通過懸掛梁固定于殼體中，電暈電極采用框架式結(jié)構(gòu)，通過吊桿吊掛在殼體中。這種安裝方式由于陰陽極不易變形，極間距有保證，故電場穩(wěn)定性好，運(yùn)行電壓高。
3)耐高溫，脫硫系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，可以在較高的煙氣溫度下運(yùn)行。
(2)金屬電極濕式電除塵器存在的問題如下：
1)陽極板一般高度在8～10m左右，要形成均勻的水膜對陽極板的設(shè)計、制造、安裝及維護(hù)有嚴(yán)格的要求，更換時難度較大。
2)極板材質(zhì)多采用316L，需要通過水膜保護(hù)以防腐蝕，一旦水膜保護(hù)出現(xiàn)失效，造成極板腐蝕嚴(yán)重，甚至喪失除塵效率。
3)清灰方式采用在線單線連續(xù)噴淋工藝，需要設(shè)置專門的水處理系統(tǒng)，噴淋水經(jīng)NaOH水溶液中和后循環(huán)使用，這種清灰方式對于水耗、電耗、堿的消耗較大，對噴嘴性能要求更高。
根據(jù)各企業(yè)發(fā)布的環(huán)境監(jiān)測報告顯示，金屬電極濕式電除塵器粉塵去除率(粉塵+石膏)：≥70%;SO3去除率：≥70%;霧滴含量：低于20mg/m3。目前，浙江嘉興三期2×1000MW機(jī)組、大唐黃島電廠670MW機(jī)組、神華國華舟山電廠350MW機(jī)組等都采用了金屬極板濕式電除塵器。
3.2、導(dǎo)電玻璃鋼濕式電除塵器
導(dǎo)電玻璃鋼濕式電除塵技術(shù)來源于化工行業(yè)的濕式電除霧器，在化工、煤氣凈化等領(lǐng)域已經(jīng)有幾十年的應(yīng)用歷史，技術(shù)成熟。
導(dǎo)電玻璃鋼(FiberReinforcedPlastics，F(xiàn)RP)是一種以樹脂為基體，碳纖維、玻璃纖維等為增強(qiáng)材料，通過成型工藝制成的高導(dǎo)復(fù)合材料。使用導(dǎo)電玻璃鋼作為收塵極可以采用管式或蜂窩狀形式(立式布置)，也可采用板式形式(臥式布置)，目前，以蜂窩狀結(jié)構(gòu)居多。
(1)導(dǎo)電玻璃鋼濕式電除塵器的技術(shù)特點如下：
1)導(dǎo)電玻璃鋼具有重量輕、比強(qiáng)度高、耐腐蝕等特性。
2)收塵極組件采用工廠成型，實現(xiàn)整體模塊化，有利于保證安裝精度。
3)除塵器運(yùn)行時，收集下來的液滴在沉淀極表面形成液膜，由于玻璃鋼具有很強(qiáng)的疏水性，能有效阻隔粉塵和石膏對沉淀極壁的粘接，靠重力自流至下部集液槽。
4)為防止少量煙塵的沉積，在沉淀極管上部設(shè)置一層間斷噴淋裝置，將濕式電除塵器分為多個電場，當(dāng)需要進(jìn)行間斷沖洗時，控制系統(tǒng)自動停掉其中一個電場或?qū)㈦妶鼋祲哼\(yùn)行，沖洗結(jié)束后開啟該電場。由于耗水量較小，集液槽中的收集液可返回脫硫塔內(nèi)循環(huán)使用。
(2)導(dǎo)電玻璃鋼濕式電除塵器存在的問題如下：
1)煙氣流速在2.5m/s左右時，PM2.5細(xì)微顆粒及氣溶膠脫除率高，提高煙氣流速后，影響除塵性能。
2)一般FRP不能在高溫下長期使用，煙氣溫度較高時對陽極板壽命有影響，嚴(yán)重時可能燒灼。FRP的使用壽命在10～15年左右，與產(chǎn)品的質(zhì)量及制作產(chǎn)品所用的樹脂等原材料性能有關(guān)。
3)如果出現(xiàn)部分導(dǎo)電玻璃鋼損壞，需要整個模塊更換，將大大增加維護(hù)費(fèi)用和難度。
根據(jù)各企業(yè)發(fā)布的環(huán)境監(jiān)測報告顯示，導(dǎo)電玻璃鋼濕式電除塵器粉塵去除率(粉塵+石膏)：≥70%;SO3去除率：≥70%;霧滴含量：低于25mg/m3。目前，黃臺8號、9號2×300MW機(jī)組、上海石洞口300MW機(jī)組、蒙西300MW機(jī)組、白楊河兩臺300MW機(jī)組等都采用了導(dǎo)電玻璃鋼濕式電除塵器。
3.3、柔性電極濕式電除塵器
20世紀(jì)90年代末，美國俄亥俄州立大學(xué)提出了柔性電極濕式電除塵技術(shù)的概念，2003年美國Croll-Reynolds、FirstEnergy、SouthernEnvironmental公司和俄亥俄州立大學(xué)共同研究制作出臺實驗裝置。
濕式除塵器存在的問題，集中體現(xiàn)在集塵極材料和表面水膜分布不均勻引發(fā)的系列問題上，基于上述原因，我國由山東大學(xué)和國電環(huán)保院共同研發(fā)，開始了柔性絕緣疏水纖維織物用于濕式除塵器的研究工作，并于2012年在益陽300MW燃煤機(jī)組中完成工業(yè)化應(yīng)用。
通過相關(guān)資料顯示，耐腐蝕性優(yōu)良的柔性絕緣疏水纖維織物通過潤濕使其導(dǎo)電，可以形成水膜，并靠重力自流向下與煙氣分離，柔性織物材料作為收塵極布置成方形孔道(立式布置)，煙氣沿孔道流過。
(1)柔性濕式電除塵器的技術(shù)特點如下：
1)柔性陽有重量輕、防腐性能好的特點。
2)柔性絕緣疏水纖維本身的結(jié)構(gòu)特性，有利于表面形成均勻水膜，利用從煙氣中收集的酸液帶出灰，實現(xiàn)自清灰，沖洗水量小。
3)陽極部件可組裝拆卸，有利于后期的維護(hù)和更換。
(2)柔性濕式電除塵器存在的問題如下：
1)柔性陽極不耐高溫，煙氣溫度較高時，對陽極壽命有影響，嚴(yán)重時可能燒蝕，使用壽命6年左右。
2)柔性纖維織物的伸縮率較大，陽極布的張緊程度和浸水后發(fā)生的伸縮都會影響實際的極間距，進(jìn)而影響到電場的穩(wěn)定性、電壓的正常運(yùn)行。
3)煙氣流速較高，產(chǎn)生氣流帶出，PM2.5細(xì)微顆粒及氣溶膠脫除率低。
性能結(jié)果表明：粉塵去除率(含石膏)：≥70%;SO3去除率：≥70%;霧滴含量：低于20mg/m3。目前，國電益陽發(fā)電有限公司300MW機(jī)組，國電滎陽煤電一體化有限公司一期600MW機(jī)組采用了柔性電極濕式靜電除塵技術(shù)。
3.4、徑流濕式電除塵器
徑流濕式電除塵器是北京華能達(dá)公司自主研發(fā)的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的除塵技術(shù)。與上述濕式靜電除塵器結(jié)構(gòu)不同，該結(jié)構(gòu)布置是將收塵陽極板垂直于氣流方向，使電場力與引風(fēng)力的方向在同一水平線上，粉塵顆粒在引風(fēng)力與電場力的共同作用下，在新型陽極板上完成捕集。裝置主要由殼體、分布板、陽極裝置、陰極裝置、噴淋系統(tǒng)、熱風(fēng)系統(tǒng)和供電電源等組成。
(1)徑流濕式電除塵器的技術(shù)特點如下：
1)與煙氣接觸部位全部采用2205雙相不銹鋼材質(zhì)，具有強(qiáng)度高、耐高溫、耐腐蝕(尤其對氯離子和硫化物的應(yīng)力腐蝕)等特性，使用壽命能夠達(dá)到30年。
2)新型陽極板的通孔率達(dá)到98%以上，其幾乎全通透的結(jié)構(gòu)大大降低了徑流式濕式除塵器的運(yùn)行阻力，并且和普通的陽極板相比，相同體積下新型陽極板具有的集塵面積，相當(dāng)于普通陽極板的20倍。
3)陽極系統(tǒng)采用旋轉(zhuǎn)電極設(shè)計，在旋轉(zhuǎn)電極下部設(shè)立獨(dú)立的清洗室，由高壓噴嘴在旋轉(zhuǎn)電極內(nèi)部向外沖洗網(wǎng)板，清洗網(wǎng)板后的污水通過排水泵和排污管道送入脫硫塔補(bǔ)水。在工程運(yùn)行中，利用壓差監(jiān)測，實現(xiàn)在線噴淋，無水循環(huán)系統(tǒng)，故耗水、耗電量小。
(2)徑流濕式電除塵器存在的問題如下：
1)由于接觸煙氣的部件全部采用2205雙相不銹鋼，前期成本投入較高。
2)陽極系統(tǒng)零部件多，安裝工藝較復(fù)雜。
測試結(jié)果表明：粉塵去除率(含石膏)：≥86%;SO3去除率：≥70%;霧滴含量：低于20mg/m3。目前，宣化熱電有限責(zé)任公司1號330MW機(jī)組、大唐國際唐山熱電有限責(zé)任公司300MW機(jī)組及大唐清苑熱電有限公司300MW機(jī)組等均采用徑流濕式電除塵器。
4、結(jié)束語
上述4種濕式電除塵器是目前國內(nèi)燃煤電廠普遍采用的高效除塵的終端精處理設(shè)備，其主要特性對比結(jié)果如表1所示(以300MW機(jī)組為例，數(shù)據(jù)僅供參考)。
由于每個電廠的煙氣治理技術(shù)路線不同，可根據(jù)燃煤電廠的自身情況，因地制宜、因煤制宜、因標(biāo)準(zhǔn)制宜，采用合適的濕式靜電除塵器，使其得到合理的使用。
