聶孝峰，張超，劉源，李強(qiáng)，李東陽

(西安熱工研究院有限公司，陜西西安710032)

濕式電除塵(霧)器在燃煤電廠300 MW機(jī)組上的應(yīng)用

聶孝峰，張超，劉源，李強(qiáng)，李東陽

(西安熱工研究院有限公司，陜西西安710032)

濕式電除塵(霧)器能夠有效捕集濕法脫硫后煙氣中的細(xì)顆粒物PM2.5、水霧、重金屬汞、SO3酸霧等多種污染物，該技術(shù)在國外燃煤電廠中應(yīng)用較早。西安熱工研究院自主研發(fā)的非金屬耐腐蝕收塵極濕式電除塵(霧)器，2013年完成了燃煤電廠300MW機(jī)組示范工程應(yīng)用，經(jīng)過一年多穩(wěn)定運(yùn)行和試驗(yàn)測試證明，煙塵排放濃度小于10mg/m3，為國內(nèi)燃煤電廠污染物控制技術(shù)選擇提供參考借鑒。

濕式電除塵(霧)器;細(xì)顆粒物PM2.5;煙塵排放;工程應(yīng)用

0 引言

2013年末，我國發(fā)電裝機(jī)總?cè)萘窟_(dá)到12.47億kW，火電裝機(jī)為8.6億kW，約占總裝機(jī)容量的69%［1］。燃煤電站是我國大氣環(huán)境污染中煙塵和細(xì)顆粒物的主要來源之一。近年來在我國北方及中東部地區(qū)頻發(fā)的霧霾天氣，多是由細(xì)顆粒污染物增加所引起，對人們的生產(chǎn)生活和身心健康造成了嚴(yán)重影響?！痘痣姀S大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB13223－2011)［2］，要求自2014年7月1日起，現(xiàn)役燃煤機(jī)組煙塵排放濃度≤30mg/m3，重點(diǎn)地區(qū)≤20mg/m3。國務(wù)院發(fā)布的新修訂版《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》也增加了細(xì)顆粒物監(jiān)測指標(biāo)，將PM2.5納入常規(guī)空氣質(zhì)量評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

新排放標(biāo)準(zhǔn)及環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施，對燃煤電廠除塵器技術(shù)提出了更高要求。按目前電廠除塵器的現(xiàn)狀，即使通過除塵器的綜合提效改造使除塵器出口滿足排放要求，脫硫系統(tǒng)所產(chǎn)生的石膏漿液攜帶也有可能會導(dǎo)致煙囪入口的煙塵排放超標(biāo)。我國大部分電廠已安裝SCR煙氣脫硝裝置，煙氣中的SO2會在催化劑的作用下生成SO3，以氣溶膠的形式隨煙氣排入大氣。脫硫除霧器一般只能除去40μm以上大液滴水霧，但對煙氣中的微細(xì)水霧、細(xì)顆粒物、重金屬和氣溶膠粒子的去除效果較弱。

濕式電除塵(霧)器作為脫硫系統(tǒng)下游的煙氣處理裝置，對細(xì)顆粒物PM2.5、水霧、重金屬顆粒、汞、SO3酸霧等污染物有較好的捕集作用［3］，在歐美、日本的燃煤電廠中有30年以上的成功應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)［4－5］，技術(shù)成熟，效果良好。近幾年國內(nèi)相繼開展了濕式電除塵(霧)器的研究開發(fā)工作。西安熱工研究院自主研發(fā)的濕式電除塵(霧)器技術(shù)已經(jīng)在300MW燃煤機(jī)組上實(shí)現(xiàn)了工程應(yīng)用。

1 工程概述

華能黃臺電廠8號爐為300MW機(jī)組，鍋爐煙氣除塵系統(tǒng)配套兩臺雙室五電場電除塵器，采用石灰石－石膏濕法脫硫工藝，煙氣經(jīng)GGH升溫后排入煙囪。電除塵器出口煙塵排放濃度約140mg/m3，脫硫出口煙塵排放濃度平均值為75mg/m3左右。黃臺電廠地處濟(jì)南市，屬重點(diǎn)地區(qū)，煙塵排放要求≤20mg/m3。僅對脫硫前電除塵器改造無法徹底解決脫硫系統(tǒng)的石膏漿液攜帶問題，因此在濕法脫硫后凈煙氣煙道與GGH入口之間設(shè)置濕式電除塵(霧)器，實(shí)現(xiàn)煙塵排放終端控制。

1.1 濕式電除塵(霧)器設(shè)計(jì)方案

根據(jù)場地條件，在脫硫塔出口與凈煙氣GGH入口之間的煙道位置，利用原GGH鋼支架，對GGH鋼架進(jìn)行整體校核與結(jié)構(gòu)改造，高位布置濕式電除塵(霧)器。華能黃臺電廠8號機(jī)組濕式電除塵(霧)器設(shè)計(jì)參數(shù)如表1所示。

表1 濕式電除塵(霧)器設(shè)計(jì)參數(shù)

1.2 濕式電除塵(霧)器關(guān)鍵技術(shù)

(1)收塵極為非金屬耐腐蝕樹脂基導(dǎo)電材料，該材料重量輕、強(qiáng)度高，具有良好的導(dǎo)電性和極強(qiáng)的耐腐蝕性。解決了濕式電除塵器采用不銹鋼金屬收塵極時(shí)，需在運(yùn)行中連續(xù)噴入大量堿性水來提高極板使用壽命的問題，不需配套復(fù)雜的水處理系統(tǒng)。

(2)放電極采用整體懸掛結(jié)構(gòu)，放電線采用柔性多刺合金鋼型式，極線的電場放電和收塵效果好，耐酸腐蝕性強(qiáng);陰極線下部配重錘，保證極線垂直度;下部設(shè)置整體固定裝置，防止放電極線在運(yùn)行中擺動，造成運(yùn)行電壓電流波動。

(3)陰極絕緣子采用熱風(fēng)吹掃，實(shí)現(xiàn)絕緣瓷瓶與飽和濕煙氣有效隔離，防止絕緣瓷瓶受潮爬電，提高電場運(yùn)行穩(wěn)定性。

(4)收塵極和放電極采用定期沖洗方式，清洗周期根據(jù)煙塵特性決定。清洗噴嘴采用非金屬耐腐蝕高強(qiáng)度實(shí)心渦旋噴嘴，清洗液滴與煙氣流場均勻分布，既能保證電場區(qū)整體清洗效果，又能避免電場火花放電，能夠?qū)崿F(xiàn)不斷電在線清洗。

2 運(yùn)行效果與性能測試

2.1 運(yùn)行狀況

華能黃臺電廠8號機(jī)組濕式電除塵(霧)器于2013年12月正式投入運(yùn)行，系統(tǒng)運(yùn)行安全可靠，操作簡便，維護(hù)工作量小;各電場電流電壓運(yùn)行曲線平穩(wěn)，運(yùn)行電耗小、運(yùn)行阻力低;沖洗用水和收集水補(bǔ)充到脫硫系統(tǒng)中，節(jié)省脫硫系統(tǒng)耗水量。

(1)電場運(yùn)行穩(wěn)定。設(shè)備投運(yùn)以來四個(gè)電場分區(qū)運(yùn)行參數(shù)穩(wěn)定，二次電壓范圍為45～58kV，二次電流范圍為490～780mA，運(yùn)行過程中無火花閃絡(luò)，保證除塵效果穩(wěn)定。通過各電場一、二次電壓、電流運(yùn)行曲線對比可以看出，電流電壓運(yùn)行曲線較平穩(wěn)，并沒有隨不同鍋爐負(fù)荷和煙氣工況而波動。通過統(tǒng)計(jì)測試濕式電除塵(霧)器系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行電耗范圍為200～260kW，平均運(yùn)行電耗在230kW左右。

(2)運(yùn)行阻力低。試驗(yàn)測試滿負(fù)荷工況下運(yùn)行阻力為320Pa左右，低負(fù)荷工況下運(yùn)行阻力更低，小于300Pa。

(3)清洗耗水量少。根據(jù)運(yùn)行情況優(yōu)化清洗方式，每個(gè)電場分區(qū)沖洗2～3min。清洗時(shí)將電場電壓、電流適當(dāng)降低，可以實(shí)現(xiàn)不斷電清洗，避免斷電沖洗過程中的煙塵攜帶，造成瞬時(shí)排放增加。目前陽極管束和陰極系統(tǒng)每天不斷電清洗一次，電場分區(qū)沖洗，每天清洗耗水量為10m3/次;沖洗水母管壓力不小于0.35MPa。

(4)對脫硫系統(tǒng)影響。濕式電除塵(霧)器正常運(yùn)行時(shí)收集水和沖洗水都排放到脫硫地坑中，排水坑收集水用泵送至吸收塔漿池和石灰石漿罐，返回到脫硫系統(tǒng)中。通過運(yùn)行監(jiān)測，濕式電除塵(霧)器正常運(yùn)行對脫硫系統(tǒng)幾乎無有影響。

2.2 性能測試

第三方檢測機(jī)構(gòu)于2013年12月27～29日對華能黃臺電廠8號機(jī)組濕式電除塵(霧)器進(jìn)行了性能測試，應(yīng)用國內(nèi)先進(jìn)儀器重點(diǎn)測試了煙塵、PM10、PM2.5、SO3和重金屬汞的排放濃度和去除效率，測試結(jié)果如表2所示。8號機(jī)組100%額定負(fù)荷運(yùn)行，鍋爐蒸發(fā)量為970t/h，脫硫系統(tǒng)、濕式電除塵(霧)系統(tǒng)正常運(yùn)行。濕式電除塵(霧)器各項(xiàng)性能指標(biāo)均能滿足設(shè)計(jì)要求:出口平均煙塵排放濃度為6.85mg/m3，其中PM2.5排放濃度0.95mg/m3，PM2.5去除效率≥80%;SO3去除效率≥62%;煙氣中總汞去除效率≥37%。

表2 黃臺電廠8號機(jī)組濕式電除塵(霧)器測試結(jié)果

3 非金屬收塵極使用壽命研究

通過實(shí)驗(yàn)室模擬脫硫后濕飽和煙氣極端環(huán)境，模擬高溫、高濕、強(qiáng)酸煙氣環(huán)境，對非金屬收塵極材質(zhì)使用壽命進(jìn)行全面評估。測試其彎曲強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度等機(jī)械性能指標(biāo)，評估該材質(zhì)在濕法脫硫后煙氣條件下使用壽命大于15a，完全能夠滿足兩個(gè)大修期以上。

2014年3月利用8號機(jī)組停爐檢修期間，對濕式電除塵(霧)器內(nèi)部設(shè)備進(jìn)行全面檢查。濕式電除塵器運(yùn)行三個(gè)多月，陽極模塊導(dǎo)電玻璃鋼材質(zhì)外觀完好，內(nèi)部無火花放電腐蝕情況，物理性能和化學(xué)性能良好;陰極系統(tǒng)、清洗管道、噴嘴、均流板、支撐梁等各設(shè)備均正常。機(jī)組停爐過程中并沒有對陽極模塊和陰極線進(jìn)行沖洗，煙道內(nèi)少量浮灰粘在陽極管束上，陰極線上基本無粘灰。

4 結(jié)論與建議

(1)華能黃臺電廠8號機(jī)組濕式電除塵(霧)器示范項(xiàng)目經(jīng)過近已年安全穩(wěn)定運(yùn)行，驗(yàn)證了該技術(shù)能有效控制濕法脫硫后煙塵污染物的排放，并對細(xì)顆粒物PM2.5、PM10、水霧滴、SO3酸霧、重金屬汞等多種污染物具有良好的去除效果，可使燃煤電廠煙塵排放達(dá)到燃?xì)鈾C(jī)組的排放標(biāo)準(zhǔn)。

(2)該濕式電除塵(霧)技術(shù)采用定期不斷電清洗運(yùn)行方式，運(yùn)行穩(wěn)定，污染物去除效果高，布置方案靈活，設(shè)備投資和運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用低。非金屬耐腐蝕收塵極能滿足脫硫后濕飽和煙氣環(huán)境要求，無電場擊穿腐蝕情況，使用壽命大于15a。

(3)濕式電除塵(霧)器技術(shù)在300MW燃煤機(jī)組示范工程的成功應(yīng)用，為后續(xù)不斷優(yōu)化選型設(shè)計(jì)參數(shù)、改進(jìn)制造工藝積累了寶貴工程經(jīng)驗(yàn)，有助于進(jìn)一步推廣應(yīng)用，為我國燃煤電廠大氣污染物的綜合治理提供有效的技術(shù)方案。

［1］中國電力企業(yè)聯(lián)合會數(shù)據(jù)庫.2013年全國電力工業(yè)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù).http://www.cec.org.cn/guihuayutongji/tongjxinxi/yuedushuju/ 2014－01－26/116224.html，2014－01－26.

［2］GB13223－2011，火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)［S］.

［3］薛建明，縱寧生.濕法電除塵器的特性及其發(fā)展方向［J］.電力環(huán)境保護(hù)，1997，13(3):40－44.

［4］Stachle R C，Tfiscori R J，Kumar K S，et al.Wet Electrostatic Precipitators for High Efficiency Control of Fine Particulates and Sulfuric Acid Mist［C］.Institute of Clean Air Companies Forum.Nashville，Tennessee:2003.

［5］Altman R，Buckley W，Ray I.Wet electrostatic precipitation:Demonstration promise for fine particulate control:Part I，Part II［J］.Journal of Power Engineering，2001，105(1):42－44.

Application of wet electrostatic precipitator in coal－fired power plant 300 MW units

Wet electrostatic precipitator can effectively capture fine particulate matter PM2.5，water mist particle，mercury，SO3acid mist and other pollutants in the flue gas after wet desulphurization.This technology has been used in coal－fired power plants of Europe，America and Japan for a long time.Xi＇an Thermal Power Research Institute independently developed a new type of wet electrostatic precipitator with nonmetal and anti－corrosion dust collector，and has completed a demonstration application project in 300MW coal－fired power plant of China.After running for a year，the results of operation and experiment test show that the dust emission concentration is lower than 10mg/m3.It provides a better reference for domestic coal－fired power plants＇choice of pollutant control technology.

wet electrostatic precipitator;coal－fired power plant;fine particulate matter;engineering application

X701.2

B

1674－8069(2016)02－032－03

2015-10-21;

2015-12-23

聶孝峰(1960-)，男，陜西咸陽人，研究員，從事燃煤電廠煙塵污染控制技術(shù)研究與應(yīng)用。E－mail:niexiaofeng@tpri.com.cn

華能集團(tuán)公司科技示范項(xiàng)目(GA－CA－081－2013E);華能集團(tuán)公司科技項(xiàng)目(HNKJ13－H01－05)