李政法
河北高科环保集团有限公司北京分公司100032
关键词：湿式静电除尘器，细颗粒物控制,燃煤锅炉，超低排放技术，升级改造
摘要：湿式静电除尘器作为高效精除尘设备已经在大型燃煤机组上具有了良好的推广和应用。它可以实现多种污染物的协同脱除，特别是对微细粉尘及烟气中含有酸雾、气溶胶、汞等重金属的收集有理想的效果。目前大部分燃煤电厂都采用湿式烟气脱硫系统，其烟气温度符合WESP的要求，安装在湿法脱硫后的湿式电除尘器仅在日本等国家有少量应用，但其对PM2.5微细粉尘和SO3酸雾等污染物的捕集效果十分明显[2][3]。在排放标准越来越严格的情况下，湿式电除尘器将会得到广泛应用。
本项目在广泛借鉴湿式静电除尘器在大型燃煤机组应用的基础上，结合中小型自备锅炉现有的工艺实际特点，进行了针对性的设计，通过运行数据结果看，完全达到了预期效果，这为湿式静电除尘器在中小型燃煤锅炉环保升级改造中的推广应用奠定了基础。
一、项目概况
山东某纺织集团有40蒸吨/小时规模燃煤导热油锅炉一套,为生产提供热源,按照国家及山东省当地环保排放标准已经不能达到排放要求,同时，当地暂时也不具备将燃煤锅炉改造为天然气锅炉的条件，必须对烟气处理系统进行升级改造，以满足政策和生产需求。
1、项目存在的主要问题
目前，该项目锅炉烟气治理系统采用布袋除尘器+湿法脱硫工艺+SNCR+SCR联合法脱硝工艺，通过在吸收塔顶得烟囱进行排放，其中脱硫剂为该厂污水处理处理的20%左右的废碱液。二氧化硫、氮氧化物均能满足现有排放要求，而烟尘排放为50mg/Nm3以上，并且存在下雨现象。当地即将执行烟尘排放指标要求为小于10mg/Nm3以下。故远不能达标。由于原规划场地所限，周边几乎无任何放置设备的空间。
2、湿法静电除尘器升级改造技术路线的确定
（1） 几种工艺路线的对比
目前，类似规模的燃煤锅炉可以借鉴的经验几乎不多，需要考虑的因素也多，碱法脱硫，后续粉尘浓度粒径很小，在电场内不易捕捉，生产用锅炉负荷波动大，在初始阶段筛选了几种技术路线，如表2-1所示。通过对比，虽然湿式静电除尘器投资稍大，但其具有更高的除尘器效率，更好地锅炉负荷适应性，更强的运行可靠性。最终，我们和业主方最终确定了采用湿式静电除尘器技术对现有系统进行升级改造的工艺路线。
表2-1 几种工艺路线的对比
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经过对现有状况的调研和计算，确定湿式静电除尘器的主要设计参数，具体如表2-2所示。
表2-2 湿式静电除尘器的主要设计参数
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二、 湿式静电除尘器的系统构成
考虑到实际场地等客观因素的限制，本项目的烟气深度净化系统的结构布置如图2-1 所示，采取烟气下进上出的方式，直接放置在吸收塔顶部，保持原来的“烟塔合一”结构。
图2－1 湿式静电除尘器布置及烟气流向示意图
本项目的湿式静电除尘器装置主要由壳体、导流整流装置、阳极装置、阴极装置、冲洗装置和供电电源等部分组成。
1、导流装置
烟气自脱硫吸收塔出口经弯头后进入烟气深度净化装置，此时烟道气流分布不均匀，严重影响粉尘和液滴的去除效率，因此在烟气深度净化装置整流格栅之前的入口封头内布置导流板，从而对气流分布进行预优化。经CFD流场模拟优化设计，通过布置导流板，实现了系统内烟气的充分扩散，减小了涡旋产生的区域并降低了系统的阻力损失。气流在烟气深度净化装置内分布均匀，气流均匀性实现σ ＜ 0. 2，满足湿式静电除尘对气流均布的要求。
2、阴极装置
阴极装置的工作原理与常规静电除尘器相似，但是电极烟气深度净化系统是在湿烟气环境下工作，特别需要注意防腐等问题。2205材质芒刺线因其具有耐腐蚀的特点，被广泛应用于饱和湿烟气环境,极配型式可保证稳定运行电压达70 kV。
绝缘箱内吊杆采用陶瓷管支撑，箱内配有电加热装置使其内部温度维持在120 ～ 140 ℃，以保证阴极和阳极之间时刻保持干燥绝缘状态，同时防止绝缘子上结露腐蚀和爬电现象的发生。
3、阳极装置
阳极装置采用导电阻燃玻璃钢蜂窝管为柔性集尘极。具有重量轻、成本低、抗腐蚀性能好、无需连续冲洗等特点。采用常规刚性阳电极时，需要大量的冲洗水以使阳电极表面形成均匀的水膜，从而实现在线自动清灰。本设计装置中，阳电极材料采用导电玻璃钢，它具有良好的水浸润性，正常运行时柔性集尘极表面上的凝结水能形成一层连续水膜，黏附至极板上的烟尘颗粒随水膜重力自流至下部脱硫塔内，不需要格外喷水，从而实现在线清灰。这种清灰方式可以抑制液滴夹带效应，可提高液滴的去除效率。
4、冲洗系统
冲洗系统主要用于停机时冲洗阴极线和阳极极板，防止阳极布和阴极线上发生大量粉尘粘附并结块现象的发生。由于冲洗阳极和阴极装置的要求不同，冲洗系统分开运行，与阳极冲洗装置不同，阴极冲洗装置通常需断电或降压运行。此外，当前段故障导致烟气温度过高时，冲洗系统可以对烟气进行冷却降温以保护装置( 特别是阳极管) 长期安全稳定运行。
5、电源系统
本套装置采用高频脉冲智能控制电源作为供电电源。为了预防事故等突发事件，采用双区供电方式，两电源相互独立运行，以增强系统的可靠性。同时本项目考虑烟气中微细粉尘含量较高,采用80KV高压电源。
6、防腐措施
由于湿式静电除尘器安装在湿法脱硫设备之后，其工作环境为酸性的饱和湿烟气，会对常规碳钢设备产生腐蚀，从而影响装置的运行安全，所以必须采用适当的防腐措施来保证设备的正常运行。
考虑脱硫设备未来可能取消旁路系统以及烟气深度净化装置整体的耐温等级，本项目防腐采用的玻璃鳞片为耐高温玻璃鳞片，长时间耐温160 ℃，瞬时耐温180 ℃，且迎风冲刷面经优化设计增加FRP 加强和耐磨层。
三、 性能测试及应用分析
1、排放效果
施工完毕后，对湿式静电除尘器进行测试分析，其所用煤质情况基本不变，测试过程中锅炉负荷在30%-100% 左右，CEMS测试结果表明，烟尘浓度为0.5-8. 5 mg /m3，液滴在脱硫塔后布置湿式静电除尘器作为污染物排放的最后控制手段，可满足20mg/Nm3 甚至更严格的火电厂大气污染物排放标准。现在广为采用的燃煤电厂高效除尘设备如电除尘器、电袋复合除尘器等只能解决脱硫塔前的粉尘浓度问题，对SO3 气溶胶及脱硫塔排放的石膏浆液滴无能为力。湿式电除尘器可以有效地控制这些污染物的排放，这是其它除尘设备不能比拟的。
2、布置分析
在大型燃煤机组中湿式静电除尘器一般布置在烟气脱硫系统后，故炉后需要增加布置场地，对于新建机组一般影响不明显，对于已投产的中小型由于可供改造的场地有限，在布置上将是一个主要问题。 在吸收塔顶部配置一台静电湿式除尘器具有以下优点：大大节省场地空间，为整体设计带来优化的空间。降低阻力，脱硫的出口和湿式电除尘器的入口同一段烟道。节约成本，减少烟道的布置，只需对脱硫塔进行加固。蜂窝式的湿式除尘器是采用正六边形导电玻璃钢管组的蜂窝状结构，现场拼框后与圆形脱硫塔结构类似，只需在脱硫塔上增加一个圆形变径即可。湿式电除尘除尘部分工艺与湿法脱硫类似，都采用喷淋的技术进行除尘或者脱硫，方便脱硫管道、阀门的合理布置及除尘器废水处理等。
3、社会效益分析
中小型燃煤锅炉安装了湿式电除尘器后，将大大改善电厂周围的环境条件，为当地居民及企业创造一个良好的生活及工作环境。初步测算，湿式静电除尘器可以减少50%以上的汞及其化合物的排放量；同时还可以长期高效稳定地除去烟气中的PM2.5、SO3 等污染物微小颗粒，很好地消除脱硫系统所携带的石膏雨问题，满足国家新排放标准要求。