李明波,徐延忠,王志良
(1.江蘇省環(huán)境科學(xué)研究院,南京 210036;2.江蘇省環(huán)科院環(huán)境科技有限責(zé)任公司,南京 210036;3.江蘇省環(huán)境工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,南京 210036)
濕式電除塵在鍋爐煙氣超凈治理工程中的應(yīng)用
李明波1、2、3,徐延忠1、2、3,王志良1、2、3
(1.江蘇省環(huán)境科學(xué)研究院,南京 210036;2.江蘇省環(huán)科院環(huán)境科技有限責(zé)任公司,南京 210036;3.江蘇省環(huán)境工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,南京 210036)
針對某75t/h鍋爐濕式電除塵工程項(xiàng)目的特點(diǎn),綜合考慮待處理煙氣量、含塵量、除塵效率等設(shè)計(jì)條件和減排要求,計(jì)算確定了濕式電除塵關(guān)鍵技術(shù)參數(shù),完成了核心設(shè)備設(shè)計(jì)選型。工程應(yīng)用結(jié)果表明,該濕式電除塵裝置的總除塵效率可達(dá)90%,實(shí)際煙塵排放濃度為3.0mg/m3,低于5mg/m3超凈排放限值要求,工程設(shè)計(jì)合理,達(dá)到預(yù)期效果。
濕式電除塵;細(xì)顆粒物;除塵效率;超凈排放;煙氣治理
當(dāng)前,我國環(huán)境污染防控已取得積極進(jìn)展,但依然不容樂觀,特別是部分地區(qū)大氣霧霾形勢嚴(yán)峻[1、2],相關(guān)部門陸續(xù)出臺(tái)了多項(xiàng)政策措施,大力治理以PM2.5為代表的細(xì)微顆粒物,改善空氣質(zhì)量[3、4]。煤炭燃燒是產(chǎn)生霧霾的重要根源,但由于我國資源稟賦的特點(diǎn)和能源成本的制約,以煤為主的能源結(jié)構(gòu)在今后一段時(shí)期內(nèi)難以發(fā)生根本轉(zhuǎn)變[5]。因此,能源清潔高效利用就成為我國經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的必然選擇。
目前,以燃煤鍋爐為代表的鍋爐煙氣治理島一般由脫硫、脫硝和除塵三部分構(gòu)成。對于目前應(yīng)用最廣泛的濕法脫硫工藝,雖然通過脫硫塔漿液的洗滌作用可脫除煙氣中的部分顆粒物,但由于存在脫硫漿液夾帶、脫硫產(chǎn)物結(jié)晶析出,會(huì)同時(shí)生成一定量的細(xì)微顆粒物。脫硫塔頂部設(shè)置的常規(guī)機(jī)械式除霧器對小液滴、細(xì)微顆粒及氣溶膠粒子的脫除能力有限,存在脫硫漿液霧化夾帶現(xiàn)象,從而導(dǎo)致煙囪有時(shí)會(huì)出現(xiàn)“石膏雨”,或是有長煙尾的“藍(lán)煙”現(xiàn)象。
在傳統(tǒng)的煙氣治理工藝下,除塵裝置無法有效控制其下游設(shè)施(如濕法脫硫)產(chǎn)生的細(xì)微顆粒物。因此,無論原有除塵裝置的除塵效率有多高,煙囪排放均受到濕法脫硫之后仍未脫除的前端逃逸煙塵、濕法脫硫自身產(chǎn)生的細(xì)微顆粒物和氣溶膠等的影響。常規(guī)濕法脫硫工藝允許的凈煙氣霧滴攜帶量為75mg/m3,其含固率約20%,意味著僅濕法脫硫排出的粉塵濃度就達(dá)到15mg/m3。若要達(dá)到目前粉塵超低排放限值的要求(5mg/m3),在保證除塵裝置效率的同時(shí),還須盡量減少脫硫環(huán)節(jié)產(chǎn)生的細(xì)微顆粒物,濕式電除塵是一個(gè)理想選擇[6~8]。環(huán)境保護(hù)部在《環(huán)境空氣細(xì)顆粒物污染防治技術(shù)政策(試行)》(征求意見稿)中明確指出:鼓勵(lì)火電企業(yè)采用濕式電除塵等新技術(shù),防止脫硫造成的“石膏雨”污染?!睹弘姽?jié)能減排升級(jí)與改造行動(dòng)計(jì)劃(2014~2020年)》也將濕式電除塵作為嚴(yán)控大氣污染物排放的一種控制技術(shù)。
本文基于濕式電除塵的技術(shù)特點(diǎn),針對某75t/h鍋爐濕式電除塵工程項(xiàng)目的實(shí)際情況,綜合考慮處理煙氣量、含塵量、除塵效率等設(shè)計(jì)條件和減排要求,通過相關(guān)計(jì)算,完成了相應(yīng)的濕式電除塵器的設(shè)計(jì)選型工作。實(shí)際應(yīng)用結(jié)果表明,該工程設(shè)計(jì)合理,效果達(dá)到設(shè)計(jì)要求,可為類似工程項(xiàng)目濕式電除塵的設(shè)計(jì)和應(yīng)用提供借鑒。
濕式電除塵的原理為空氣電暈放電導(dǎo)致顆粒荷電和氣液兩相流的流體流動(dòng),其原理與電除塵相似,但二者對集塵極上捕集到的顆粒的清除方式有較大區(qū)別,電除塵器一般采用機(jī)械振打或聲波清灰等方式清除電極上的積灰,而濕式電除塵則采用沖刷液沖洗電極,水流從集塵極頂端流下,在集塵板上形成連續(xù)的液膜,將捕獲的顆粒物沖刷到灰斗中隨水排出。
濕式電除塵工作原理如圖1所示。
圖1 濕式電除塵工作原理
交流電經(jīng)變壓器升壓,負(fù)極接電除霧器的電暈極,正極接沉淀極,形成高壓電場;煙氣進(jìn)入電場后,分散于其中的霧滴、塵粒與負(fù)離子相遇而荷電;荷電后的顆粒向沉淀極移動(dòng),最終沉積在沉淀極上與氣體分離,從而達(dá)到凈化煙氣的目的;沉淀極上的霧、塵粒積聚到一定的厚度后,靠自重流至濕式電除塵器底部。
濕式電除塵器的除塵效率可由以下公式計(jì)算:
η= (1 - e- WA/ Q) ×100 %
式中:e —自然對數(shù)底數(shù);
W— 粒子在電場中的移動(dòng)速度,即荷電粒子向沉淀極的運(yùn)動(dòng)速度,亦稱驅(qū)進(jìn)速度,m/s ;
A — 電除霧器沉淀極總面積,m2;
Q — 通過電除霧器的氣體流量(操作狀態(tài)) ,m3/ s。
對于管式電除霧器,A可由以下公式計(jì)算:
A = nSL
n — 沉淀極管數(shù)目;
S — 沉淀極管周長,m;
L — 沉淀極管長度,m。
由上述計(jì)算公式可以看出,影響電除霧效率的參數(shù)有氣體流量Q、驅(qū)進(jìn)速度W和沉淀極總面積A。驅(qū)進(jìn)速度與氣體組成、所含霧塵的粒徑、電場數(shù)目、電壓與電流、極板間距、沉淀極面積、霧塵的比電阻及運(yùn)行狀況等因素有關(guān),因此單純從理論上計(jì)算是很困難的,也是不夠的,可通過經(jīng)驗(yàn)公式或類比法獲得。從結(jié)構(gòu)上考慮,極板尺寸、沉淀極總面積直接影響除霧效率,也是設(shè)計(jì)過程需考慮的重要因素。
某項(xiàng)目75t/h鍋爐為實(shí)現(xiàn)煙塵超凈排放,擬在石灰石-石膏濕法脫硫塔基礎(chǔ)上配套建設(shè)濕式電除塵器。
濕電除塵器入口設(shè)計(jì)條件:
(1) 煙氣量182,492m3/h(工況);
(2) 煙氣溫度50℃~55℃;
(3) 含塵量30mg/m3。
粉塵設(shè)計(jì)排放濃度≤5mg/Nm3(干基,6%O2)。濕式電除塵凈化效率設(shè)計(jì)曲線見圖2。
圖2 濕式電除塵凈化效率設(shè)計(jì)曲線
從圖2可以看出,隨著收塵極長度的增加,凈化效率逐漸提高,當(dāng)收塵極長度低于5m時(shí),凈化效率隨收塵極長度的增加提高較快;當(dāng)收塵極長度超過5m時(shí),凈化效率提高趨勢逐漸趨緩??紤]到煙塵排放控制要求和投資性價(jià)比,該項(xiàng)目的收塵極設(shè)計(jì)長度取6m。
該濕電除塵裝置外形輪廓為6.0m×10m(直徑×高),陽極管采用六邊形形式,總數(shù)量為172根,如圖3所示。濕式電除塵器的主要設(shè)計(jì)參數(shù)見下表。
圖3 濕式電除塵器結(jié)構(gòu)圖
濕式電除塵器設(shè)計(jì)參數(shù)表
該項(xiàng)目于2016年4月正式投運(yùn),煙囪白煙現(xiàn)象得到明顯改善,視覺污染基本得到解決。檢測結(jié)果顯示,該濕式電除塵裝置出口煙氣中粉塵含量為3.0mg/Nm3,低于5.0mg/Nm3的設(shè)計(jì)值,達(dá)到設(shè)計(jì)要求。該濕式電除塵裝置投運(yùn)前后排煙情況如圖4所示。
圖4 濕式電除塵投運(yùn)前后排煙情況對比
通過對濕式電除塵主要影響因素的分析,結(jié)合該濕式電除塵項(xiàng)目的煙塵治理要求,設(shè)計(jì)了濕式電除塵關(guān)鍵技術(shù)參數(shù),完成了核心設(shè)備的設(shè)計(jì)選型。實(shí)際工程應(yīng)用結(jié)果表明,該濕式電除塵裝置的總除塵效率可達(dá)90%,凈煙氣實(shí)際煙塵排放濃度3.0mg/m3,低于5mg/m3超凈排放要求,達(dá)到了預(yù)期效果。
濕式電除塵是一種控制細(xì)顆粒物排放的有效技術(shù),但目前電除塵投資尚較大,用戶壓力大,有待于進(jìn)一步通過技術(shù)創(chuàng)新和規(guī)?;I(yè)化生產(chǎn)來降低造價(jià),擴(kuò)大推廣應(yīng)用,創(chuàng)造更大的環(huán)境效益。
[1] 中華人民共和國環(huán)境保護(hù)部.2015中國環(huán)境狀況公報(bào)[R].
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[3] 中華人民共和國環(huán)境保護(hù)部.《環(huán)境空氣細(xì)顆粒物污染防治技術(shù)政策(試行)》(2013)[S].
[4] 中華人民共和國環(huán)境保護(hù)部.關(guān)于執(zhí)行大氣污染物特別排放限值的公告(2013年第14號(hào))[Z].
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[6] 周益輝,曾毅夫,劉彰,等.濕式電除塵器對PM2.5的治理效果及應(yīng)用前景[J].中國環(huán)保產(chǎn)業(yè),2014(9):27-30.
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Application of Wet Electrostatic Precipitators in Boiler Flue Gas Ultra Low Emission Treatment Project
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江蘇省科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(No.BE2014726)。