以廣東省某電廠(chǎng)1號、2號(2×700MW)機組超低排放改造濕式除塵器工程為例，介紹了改造項目技術(shù)路線(xiàn)的選擇、布置方案、設計特色。實(shí)例表明，金屬平板式濕式電除塵能夠使電廠(chǎng)實(shí)現穩定超低排放的要求。

1項目背景

燃煤電廠(chǎng)煙氣排放中含有的煙塵及SO2、NOx等，被認為是造成大氣污染的主要原因。為同時(shí)滿(mǎn)足電力需求與環(huán)保要求，國家提出煤電升級行動(dòng)計劃。國家發(fā)展和改革委員會(huì )、環(huán)境保護部、國家能源局聯(lián)合下發(fā)《煤電節能減排升級與改造行動(dòng)計劃(2014～2020年)》(發(fā)改能源〔2014〕2093號)明確提出煤電改造的目標與期限，要求東部地區(遼寧、北京、天津、河北、山東、上海、江蘇、浙江、福建、廣東、海南等11省市)新建燃煤發(fā)電機組大氣污染物排放濃度基本達到燃氣輪機組排放限值[2]。

廣東省發(fā)改委印發(fā)的粵發(fā)改能電函〔2015〕2102號文件，要求全省煤電機組“基本達到燃氣輪機組排放限值”，提出了比國家標準更嚴格的污染物排放指標，即煙塵及NOx、SO2排放濃度不高于10mg/Nm3、35mg/Nm3、50mg/Nm3，鼓勵珠三角地區“達到燃氣輪機組排放限值”，即煙塵及NOx、SO2排放濃度不高于5mg/Nm3、35mg/Nm3、50mg/Nm3[1]。

廣東省某電廠(chǎng)是珠三角地區的重點(diǎn)發(fā)電企業(yè)，其1號、2號(2×700MW)機組鍋爐煙氣通過(guò)電袋復合除塵器處理后，出口粉塵濃度<20mg/Nm3，已達到較低的排放水平，電袋復合除塵器后部的濕法脫硫裝置對粉塵仍有一定的脫除能力，但其自身仍會(huì )帶出部分含塵液滴，導致煙塵最終排放濃度存在不確定性。該電廠(chǎng)決定對1號、2號(2×700MW)機組進(jìn)行環(huán)保升級改造，以保障兩臺機組的煙塵排放濃度穩定控制在5mg/Nm3以下，使煙塵濃度最終達標排放。

2技術(shù)路線(xiàn)選擇

2.1濕式電除塵器優(yōu)勢

濕式電除塵器一般設置在脫硫設施與煙囪之間，用于去除脫硫后飽和濕煙氣中的煙塵、氣溶膠等細微顆粒，在濕法脫硫系統后布置濕式電除塵器可有效去除煙氣中的PM2.5粉塵、SO3和Hg及氧化物等污染物，具有聯(lián)合脫除的效果。濕式電除塵作為高效除塵的尖端精處理設備，在處理復雜濕煙氣PM2.5組分方面具有明顯優(yōu)勢。我國近幾年陸續完成一批濕式電除塵改造工程，部分項目煙塵排放濃度甚至達到≤1mg/Nm3。

2.1.1工作原理

濕式電除塵器的工作原理與干式靜電除塵器相同[3]，如圖1所示，在濕式電除塵器的陰、陽(yáng)極之間施加數萬(wàn)伏直流高壓電，在強電場(chǎng)的作用下，電暈線(xiàn)周?chē)a(chǎn)生電暈放電，隨飽和濕煙氣進(jìn)入其中的塵(霧)粒子與這些正、負離子相碰撞、凝并而荷電。荷電后的塵(霧)粒子在高壓靜電場(chǎng)力的作用下向陽(yáng)極運動(dòng)，到達陽(yáng)極板后將其所帶的電荷釋放而被陽(yáng)極收集。不同于干式靜電除塵器振打清灰的方式，濕式電除塵器通過(guò)水沖刷清灰，具有清灰更加徹底，能長(cháng)期保持極板表面清潔，保障除塵器長(cháng)期穩定高效運行的特點(diǎn)。

2.1.2協(xié)同治理

SO3在溫度高于露點(diǎn)、低于205℃(400℉)時(shí)，以H2SO4微液滴形式存在[3]。其平均顆粒直徑小于0.4μm，屬亞微米顆粒范疇，導致干電和FGD對SO3去除率低。如圖2所示，在濕式電除塵中，放電極被水浸潤后，電子易激發(fā)，電場(chǎng)中存在大量帶電霧滴，大大增加了亞微米粒子碰撞帶電的機率，而帶電粒子在電場(chǎng)中運動(dòng)的速度是布朗運動(dòng)的數十倍，這樣就大幅度提高了亞微米粒子向收塵極板運行的速度，提高了收集效率。因此，濕式電除塵能夠在一定程度上去除亞微米粒子。據國內外研究數據，濕式電除塵對SO3的去除率在30%～60%。

脫硫系統出口石膏以CaSO4、H2O液滴形式存在，脫硫后的飽和煙氣中攜帶部分水滴，在通過(guò)濕式電除塵的高壓電場(chǎng)時(shí)可被捕獲并被沖洗走，從而降低煙氣攜帶水量，減小石膏雨的形成機率。雖然國內沒(méi)有實(shí)際的測試數據驗證，但根據電除塵機理和濕式除塵機理的綜合作用，濕式電除塵可除去煙氣中的石膏液滴和重金屬亞微米顆粒物。

2.2各型式濕式電除塵器對比

如圖3所示，國內濕式電除塵常用型式主要有金屬平板式、非金屬導電玻璃蜂窩管式和非金屬柔性材料方管式三種[4]，其中金屬平板式濕式電除塵技術(shù)是國內燃煤電廠(chǎng)的主流技術(shù)。

(1)金屬平板式濕式電除塵的結構型式與常規干電基本相同，陽(yáng)極板采用平板結構，一般為臥式布置，煙氣平進(jìn)平出?？傮w尺寸較大，煙氣流速一般在2～3m/s，煙氣停留時(shí)間長(cháng)，對PM2.5細微顆粒及氣溶膠等脫除率高。

陽(yáng)極板及陰極線(xiàn)材質(zhì)多為316L或2205雙相不銹鋼，機械強度高、剛性好、不易變形、極間距有保證、電場(chǎng)穩定性好，運行電壓高。金屬極板耐高溫，當脫硫系統故障時(shí)可在較高煙溫下運行，抗電腐蝕。金屬極板表面平整，水膜分布均勻，清灰效果好，能夠長(cháng)期保證極板、極線(xiàn)干凈，確保設備高效、安全、穩定運行。

系統運行時(shí)為連續噴水清灰，具有脫除SOx、NH3、Hg等重金屬污染物的能力，噴淋水經(jīng)收集處理后，大部分水進(jìn)入噴淋系統循環(huán)使用，小部分排水根據電廠(chǎng)水處理工藝靈活分配，一般輸送給濕法脫硫系統循環(huán)使用。運行耗水量大，循環(huán)水系統的存在，增加了水處理耗材。

(2)非金屬導電玻璃蜂窩管式濕式電除塵，煙氣沿蜂窩管通過(guò)除塵器，多為立式布置，煙氣流向為上進(jìn)下出或下進(jìn)上出?？傮w尺寸較緊湊，煙氣流速在3m/s左右，蜂窩管道受結構限制不宜過(guò)長(cháng)。極板材質(zhì)導電玻璃鋼機械強度高，不易變形，但剛性一般。

陰極線(xiàn)為合金材質(zhì)，位于陽(yáng)極管蜂窩結構孔道中心采用重力張緊，運行時(shí)受氣流影響易波動(dòng)，極間距較難保證，總體收塵效率易受影響。導電玻璃鋼不耐高溫，溫度高于95℃樹(shù)脂開(kāi)始變形，溫度高于120℃時(shí)對材質(zhì)有致命損害，脫硫故障時(shí)存在燒毀風(fēng)險。

不抗電腐蝕，極板易燒蝕。無(wú)水膜沖洗清灰，極板表面平整度有限，清灰無(wú)保證，有積灰可能，嚴重時(shí)將破壞水膜。系統沒(méi)有持續地噴水清灰，影響了對SOx、NH3、Hg等重金屬污染物的脫除能力。噴淋系統每隔一段時(shí)間進(jìn)行沖洗，噴水時(shí)需要斷電或降電壓，短時(shí)降低收塵效果。無(wú)循環(huán)水系統，水系統機構簡(jiǎn)單，運行耗水量低。

(3)非金屬柔性材料方管式濕式電除塵，陽(yáng)極由非金屬柔性有機合成纖維、柔性材料織物構成的方形孔道組成，煙氣流向為下進(jìn)上出，立式布置，總尺寸較緊湊，方孔通道受結構限制不宜過(guò)長(cháng)，煙氣流速約為3m/s，停留時(shí)間較短，高風(fēng)速時(shí)電極易擺動(dòng)，影響除塵性能。

煙氣沿陽(yáng)極方孔流過(guò)，被濕煙氣浸濕的纖維材料收塵極具有導電性。柔性陽(yáng)極四周配有金屬框架和張緊裝置，陰極線(xiàn)為鉛銻合金材質(zhì)，位于每個(gè)方孔四個(gè)陽(yáng)極面的中間，機械強度弱，易變形擺動(dòng)，極板表面平整度有限，有積灰的可能，極間距不易保證，電場(chǎng)穩定性差。

通過(guò)收塵極板的全表面均勻水膜自流清灰，電極無(wú)噴淋清灰系統，靠收集飽和煙氣中水分的自重帶出煙塵等收集物，沉淀后進(jìn)入脫硫廢水地坑。系統沒(méi)有持續地噴水清灰，影響了對SOx、NH3、Hg等重金屬污染物的脫除能力。噴淋系統每隔一段時(shí)間進(jìn)行沖洗，噴水時(shí)需斷電或降電壓，短時(shí)降低收塵效果。無(wú)循環(huán)水系統，水系統機構簡(jiǎn)單，運行耗水量低。

2.3技術(shù)路線(xiàn)確定

低負荷運行是目前階段許多大機組的常態(tài)，其它超低排放技術(shù)，如塵硫一體等多采用改進(jìn)吸收塔除霧器機械結構達到物理除塵效果，鍋爐低負荷運行時(shí)，煙氣量減小，煙氣流速下降對其效果影響極大，較難保障除塵效果穩定。濕式電除塵在機組低負荷運行時(shí)，其比集塵面積得到提高，除塵效率反而得到提高。

從技術(shù)發(fā)展趨勢分析，非金屬導電玻璃蜂窩式和非金屬柔性材料方管式兩種濕式電除塵經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，應用逐漸增多，但在除塵性能和可靠性方面略次于金屬平板濕式電除塵。

反觀(guān)金屬平板濕式電除塵，經(jīng)過(guò)幾十年的應用，國內已投運的超潔凈排放示范項目大多采用臥式金屬平極濕式電除塵，足以說(shuō)明該技術(shù)的成熟可靠。該工程最終采用金屬平板式濕式電除塵為煙囪排放終端把關(guān)，以確保改造后實(shí)現可靠穩定超低排放。

3工程技術(shù)特點(diǎn)

3.1合理布局，滿(mǎn)足緊張工期

新增設的濕式電除塵高位布置在吸收塔出口，針對原吸收塔水平出口煙道通過(guò)較長(cháng)跨度斜下接入垂直段GGH的特點(diǎn)，方案布置因地制宜，合理利用原斜煙道所處空間布置濕式電除塵，不改變原煙氣走向，并通過(guò)CFD氣流模擬，設置導流裝置，消除因煙道布局變化導致系統阻力增加的問(wèn)題。

該改造工程緊迫，從簽訂協(xié)議至投運周期僅有4個(gè)月，設計、生產(chǎn)、采購、安裝等各環(huán)節均面臨巨大工期壓力?；谑┕ぶ芷诘目紤]，經(jīng)現場(chǎng)詳細勘查后，確定利用原GGH鋼結構支架方案。支架結構采用懸臂支托，使新增支架基礎避開(kāi)地面煙道、電纜溝道等設備。

如圖4所示，最終每爐支架僅需新增4根鋼立柱，且GGH鋼支架加固及新增鋼立柱土建基礎可實(shí)現不停爐施工，并充分利用煙囪及吸收塔間的空地，布置濕式電除塵控制間及水系統設備，最大限度降低項目投資，減少工程量，縮短改造工期。

3.2特殊灰水分離裝置

濕式電除塵內部沖洗之后的灰水呈弱酸性，且含有大量細微顆粒，不能直接循環(huán)使用。若直接廢棄將造成二次污染，同時(shí)消耗大量的工業(yè)用水。該項目的水系統遵循高效分離、循環(huán)利用的設計原則，結合場(chǎng)地特點(diǎn)，采用鋼結構斜管沉淀池作為濕式電除塵灰水處理裝置。配套的斜管沉淀池理論處理水量約為80t/h，設計表面負荷3.48m3/m2˙h，占地空間6m(寬)×10m(長(cháng))×5m(高)。

如圖5所示，濕式電除塵內部的沖洗水通過(guò)灰斗收集后引入斜管沉淀池，經(jīng)混凝、絮凝去除懸浮物，達到濕式電除塵電場(chǎng)沖洗水質(zhì)要求。處理后的灰水進(jìn)入循環(huán)水箱，通過(guò)循環(huán)泵打入濕式電除塵內部做為沖洗水使用。斜管沉淀池底部污泥區設置泥斗收集沉淀后的污泥，通過(guò)排泥泵打入廠(chǎng)區污水處理系統。

3.3無(wú)熱風(fēng)吹掃陰極絕緣結構

電除塵器陰極系統絕緣性能直接影響除塵效率，該電廠(chǎng)地處沿海地區，臺風(fēng)頻發(fā)，如按常規設置熱風(fēng)吹掃系統，當臺風(fēng)襲來(lái)時(shí)，帶雨水汽可能被熱風(fēng)吹掃系統離心風(fēng)機吸入，進(jìn)入陰極絕緣子室使絕緣失效。

絕緣子室設計取消了常規熱風(fēng)吹掃系統，對陰極系統絕緣密封進(jìn)行了優(yōu)化改進(jìn)，每個(gè)陰極承壓絕緣子設置雙層加熱、雙層密封以防結露。內層小密封筒略大于絕緣子尺寸，保障安全放電距離定制，其內外均設置加熱器同步加熱，小密封筒外層設計大保溫箱，其空間充裕，便于內部檢修。保溫箱內空氣受熱膨脹，能有效壓制從絕緣子室泄漏的微正壓氣體，杜絕絕緣子室漏氣結露。

3.4高頻電源應用

該項目采用高頻電源供電，以保障濕式電除塵長(cháng)期穩定可靠運行。濕式電除塵內部電場(chǎng)工作環(huán)境潮濕，要求高壓設備在無(wú)火花或少火花模式下運行，所以在控制上采用硬件和軟件雙重超微火花檢測。

系統根據火花信號表征進(jìn)行閃絡(luò )預判，一旦發(fā)現立即調用火花處理程序進(jìn)入微細火花控制模式，快速分析微細火花數據并加以處理，迅速降壓輸出?；鸹ㄏ绾?，迅速恢復二次電壓輸出至接近火花閃絡(luò )前參數，防止連續閃絡(luò )。

再根據運行參數逐步增加輸出，直至運行參數恢復至火花閃絡(luò )峰值或系統設定值。經(jīng)優(yōu)化控制軟件后，高頻電源可在幾十微秒內關(guān)斷輸出，在短時(shí)間內使火花熄滅，5～15ms恢復全功率供電。在100次/min的火花率下，平均輸出高壓無(wú)下降。高頻電源火花沖擊最小，恢復最快，最適于濕式電除塵。

4運行效果

該項目于2016年12月底正式投運，圖6為濕式電除塵安裝后的外形圖。實(shí)際運行中將濕式電除塵運行電流極限設置為60%，二次電壓基本在40kV，火化率保持在0。各種工況下，根據CEMS在線(xiàn)監測顯示結果(如圖7所示)，出口粉塵排放濃度穩定控制在2mg/Nm3以下，達到協(xié)議<3.2mg/Nm3的要求。

5結語(yǔ)

采用合理的技術(shù)路線(xiàn)，并根據項目特點(diǎn)進(jìn)行針對性的設備選型及設計，因地制宜，優(yōu)化布局，是超低排放改造工程成功實(shí)現的關(guān)鍵。本次改造的成功案例證明，金屬平板式濕式電除塵是實(shí)現可靠穩定超低排放的首選裝備。該裝備對于火力發(fā)電廠(chǎng)常見(jiàn)的大氣污染物具有協(xié)同治理作用，不僅適用于電廠(chǎng)的改造工程，同時(shí)適用于新建火力發(fā)電廠(chǎng)工程。