濕式靜電除塵技術的工藝設備選型分析
作者： 2015年11月10日 來源：互聯網 瀏覽量：
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本文介紹了目前國內濕式除塵設備的主要類型，依據當前國內濕式除塵設備的投入運行實際情況，分析了影響濕式除塵設備高效穩定運行的幾個關鍵參數，并對不同的工藝路線和設備選型方法提出了若干建議。
本文介紹了目前國內濕式除塵設備的主要類型，依據當前國內濕式除塵設備的投入運行實際情況，分析了影響濕式除塵設備高效穩定運行的幾個關鍵參數，并對不同的工藝路線和設備選型方法提出了若干建議。
一、導言
對于燃煤煙氣排放的細顆粒物，三部委要求中、東、西部地區新建和東部現役燃煤電廠煙塵排放濃度標準基本達到或接近燃氣輪機組排放限值，鼓勵加裝濕式靜電除塵裝置(WESP)等成熟適用的環保改造技術。在美國、日本、德國等世界發達國家，自1991~1992年開始，濕式靜電技術用于脫硫尾部煙氣處理方面開始有工業應用案例。在我國，自2014年下半年開始，國內陸續建成一批濕式靜電除塵改造工程，公布的煙塵排放濃度也越來越低，從10mg/Nm3，到5mg/Nm3，到3mg/Nm3，甚至于1mg/Nm3，結合高效脫硫、脫硝技術，“超凈排放”“近零排放”的概念逐漸成為環保熱詞。WESP作為高效除塵的尖端精處理設備在處理復雜濕煙氣PM2.5組分方面具有明顯的優勢，得到行業人士的普遍認可，本文僅就WESP目前在國內的應用情況進行討論和分析。
二、WESP技術分類
WESP除在處理復雜濕煙氣PM2.5組分具備明顯優勢之外，其對高比電阻粉塵、酸霧、汞、重金屬、二惡英等氣溶膠顆粒也具有優異的協同脫除效果，嚴格來講，“深度凈化、聯合脫除”才是該技術應用于燃煤煙氣污染物末端脫除的準確表述，而不是常規理解的僅僅實現的除塵功能。隨著濕式靜電除塵設備的大規模應用，業主單位在選擇濕式除塵設備時，通常按照陽極材質不同來分類，即：
1、柔性陽極濕式除塵設備
該技術采用柔性有機纖維作為做陽極，利用纖維結構的毛細現象，使其在運行過程中自然形成“全表面”均勻水膜，不會出現剛性極板常見的“溝流”及“枝杈”現象，降低了陽極發生結垢的可能性。柔性有機纖維材料耐腐蝕性能優越，運行過程中不需要額外使用堿液進行保護性沖洗，無二次廢水產生。柔性陽極能夠在極板自然形成并保持一層均勻水膜，起到“自沖刷”的水力沖灰效果，無需大量沖洗水。該技術由山東神華山大能源環境有限公司自主研發，專門針對燃煤濕煙氣的特點，具備完全自主知識產權，是國內電力行業最早大型化應用(300MW機組以上)的濕式除塵設備技術，可根據需要采用立式或臥式布置方式，運行費用是國內外同類技術的40%~50%。
2、剛性極板濕式除塵設備
(1)不銹鋼陽極濕式除塵設備：該技術采用316L不銹鋼作為陽極材料，其技術來源為日本三菱、日立公司，國內也有部分環保企業通過消化吸收以上技術推出了自己的不銹鋼陽極WESP技術，該技術均采用臥式方式布置。由于316L不銹鋼在脫硫后高腐蝕環境煙氣中長期運行存在顯著的腐蝕結垢風險，采用金屬極板的濕式靜電除塵器都設計有堿液(NaOH溶液)保護系統，雖然一定程度上延長了陽極板的使用壽命，但是卻由此產生了大量堿性廢水，須另行處理，也對電廠的廢水處理系統帶來了一定的壓力。
(2)玻璃鋼陽極WESP
該技術采用導電玻璃鋼作為陽極，具備良好的耐腐蝕性能，運行中不需要堿液保護沖洗。玻璃鋼陽極濕式靜電曾在國內化工行業(除酸霧)廣泛應用，與燃煤煙氣不同，化工行業使用的濕式靜電除塵器煙氣處理流速一般在1m/s左右(一般處理燃煤煙氣為2~3m/s)，且尾氣成分相對從簡單，基本為SO3酸霧，H2S等(燃煤煙氣中含有塵、鹽類等多組分雜質)，因此該技術在燃煤煙氣處理中的應用還有待進一步驗證。
三、WESP技術工藝及設備選型分析
清灰方式合理，陽極表面能夠持續保持清潔是濕式除塵設備長期穩定運行的關鍵。因此選擇不同的技術工藝，重點應對陽極清灰方式和效果以及由清灰方式衍生的問題予以考慮。WESP設備若按清灰水膜形成類型劃分，主要有：自清灰型(依靠靜電收集液體形成均勻水膜，完成電極沖洗，以濕煙氣環境為前提，代表性技術柔性陽極);噴霧沖刷型(霧化噴嘴產生氣水混合物，在電極表面形成均勻水膜，代表性技術剛性陽極)。陽極材料的異同，其形成水膜的機理差異加大。對于柔性陽極而言，其陽極材料選用耐酸堿腐蝕性優良的有機纖維，材料編制結構特性引入毛細作用，利于在超低水耗量(甚至緊靠捕集脫硫攜帶的液滴量)即可在表面形成均勻水膜，正常運行耗水量基本為零;剛性陽極需要重點提升極板表面加工偏差和降低表面張力，水膜形成過程要利于液膜鋪展，否則會在極板表面形成“溝流”、“枝杈”現象，有造成極板結垢的嚴重風險，或者需要使用外加水源頻繁對陽極進行沖洗，這會使得運行水耗、電耗和運行成本偏大，嚴重者會影響脫硫系統水平衡。因此需盡量降低沖洗水耗量，從而減少設備出口液滴濃度超標風險增加，降低煙羽脫尾視覺污染。
濕式除塵器作為國內近幾年推廣應用的大型煙塵精處理設備，其長期運行安全可靠性和經濟性，對每個電廠單獨核算煙塵控制排放精度和噸除塵成本影響較大。WESP技術大型化應用于燃煤電廠煙氣深度凈化開始于2012年，國電益陽發電廠300MW機組采用柔性陽極WESP技術，成功的在降低煙塵排放濃度(設計煙塵排放濃度小于20mg/Nm3)的同時，根本性的解決了該廠嚴重的“石膏雨”問題。隨后該技術，在九江、滎陽、民權等國內多臺機組推廣應用。上述項目陸續投運獲得行業的持續關注后，國內多家環保企業開始涉足WESP技術的引進或研發，并作為企業的主要環保產品進行市場推廣。2013到2015短短兩年的時間，國內先后數幾十家電力、冶金企業建成并投運了濕式靜電除塵裝置，無論選用哪種技術工藝，已運行設備所暴露出的問題或長期運行安全可靠性、經濟性在選型調研時均需給予重點關注。
超低排放指標的實現，需要設備具備實現細顆粒高效捕獲的技術參數。其中：1、明確關鍵設計參數尤為重要。對靜電除塵技術而言，比集塵面積、運行電壓、二次電流、煙氣流速、極板長度等關鍵數值是對靜電除塵器性能進行客觀評價的科學參數，根據研究機構的數據和大量工程應用證明，WESP要達到80%以上的運行效率，其比集塵面積、電流密度須分別在22 m2/m3/s(按照設備主結構估算，同等設備體積下不銹鋼陽極比集塵面積是玻璃鋼陽極和柔性陽極的60%左右)、0.35mA/m以上，關鍵是煙氣流速需在2.5m/s以下，否則因細顆粒物慣性力和捕獲液滴被煙氣自身攜帶因素，其實際運行效果肯定會大打折扣，這需要應用單位應在招標采購階段對此類關鍵參數給與嚴格界定。隨著WESP市場的持續升溫，加之沒有明確的國家、行業標準，沒有統一的準入門檻，各環保廠家在環保工程競標方面基本處于無序競爭狀態，出現超低技術參數配置下但宣傳達到3mg/Nm3、1mg/Nm3類似違背技術原理的結果。或者為了達到招標文件限制指標，環保廠家出現違背保障技術安全可靠運行的盲目削減技術參數情況。2、控制氣流均布(流場模擬)是基礎條件。WESP技術要求實現5mg/Nm3以下的煙塵排放指標，其捕獲目標為1微米以下的超細顆粒物，即便局部的氣流分布不均或擾動都有可能造成被捕獲顆粒的逃逸，引起排放增長，因此WESP設計前都應嚴格進行流場數值模擬，控制煙氣均布系數在0.13以下。3、選擇合理選擇設備防腐工藝。WESP裝置運行環境十分惡劣，對于設備自身的耐腐蝕性能提出了很高的要求，應當綜合考慮造價和可靠性兩方面的需求。目前較為普遍的設計原則是：殼體及結構支撐部件采用碳鋼+鱗片防腐，并嚴格控制施工質量(鱗片防腐質量問題目前多有發生);陰、陽極構件、導流裝置采用有機纖維、玻璃鋼、PP、雙相鋼、鈦等耐腐蝕材料。4、確保設備制作及安裝精度。WESP內部件均是采用模塊化設計，陰、陽極數量巨大，極間距的均勻、準確直接影響其集塵性能。在陰、陽極構件加工階段就要明確各項誤差標準并嚴格檢驗，并在運輸、吊裝、安裝過程中妥善保護直至精準定位。加工、安裝質量偏差是造成的WESP裝置不能正常投運的常見原因之一。
四、結束語
目前我國采用的煙塵濃度測試規范1991標準，按照該規范中采用的測試分析方法和現有的測試儀器并不能完全滿足煙塵超凈排放的技術要求，極小的操作偏差或現場干擾就有可能造成測試結果出現顛覆性的差異。近期國家環保部已經組織相關部門、專家制定針對超凈排放指標的新測試規范，相信不久之后會有指導性的文件發布，屆時將對判定煙塵超凈排放提供更為精準的第三方測試結果，并監督、促進市場良性發展。
雖然WESP技術在造價、運行費用、運行可靠性方面還有待于經歷市場長期的考驗，但這并不能否認該技術在這一領域的領先地位，相信隨著越來越多WESP裝置的投入運行，技術的不斷完善優化，上述問題將會得到有效的解決，該技術也必將為環保產業發展、大氣環境質量改善貢獻更大、更重要的力量。
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標簽：濕式除塵設備
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