湿式静电除尘器在电厂污染物治理上的研究与应用
[摘 要]随着国家对电厂大气污染物排放的严格要求，现有脱硫、除尘设施已无法满足山东省现行标准，《山东省火电厂大气污染物排放标准》要求2013年9月1日起，在用循环流化床锅炉烟尘排放限值为30mg/m3，二氧化硫排放限值为200mg/m3，氮氧化物排放限值为200mg/m3，2017年1月1日执行标准为烟尘排放限值为20mg/m3，二氧化硫排放限值为100mg/m3，氮氧化物排放限值为200mg/m3，2017年政府环保部门下发超低排放标准，如不能实现达标排放，将面临关停危险，对集团公司经济将造成不利影响，因此需要对环保设备技术进行研究和应用。湿式静电除尘器的研究是本次研究的重点技术。
[关键词]大气污染物 烟尘 石膏雨 湿式静电除尘器
从目前国内燃煤锅炉除尘方式看，一般采用静电除尘、静电除尘+袋式除尘、袋式除尘。目前已投产的燃煤电厂95%均采用电除尘器，但是为达到更低的烟尘排放值，电除尘器必然會向更多的电场数、更大的比集尘面积的方向发展，使设备投资和运行费用大幅提高。同时常规电除尘器还存在除尘效率受粉尘的比电阻影响较大，其他污染物除去效果不明显等弱点。新标准的实施，对高效静电除尘器提出了巨大的挑战，集团公司迫切需要对国内外的除尘新技术、新工艺（电袋、袋式、移动电极、湿式电除尘等）进行全面论证研究。为了应对日益严重石膏雨和SO3酸雾的威胁，尤其需要掌握湿式电除尘的除尘新技术，为集团公司对现有电厂的除尘改造或新机组的建设推广应用做好技术准备和论证工作。
根据集团公司燃煤灰分含量高、油页岩含油率高的特点，结合多年来静电除尘器运行使用过程中的特点，认为电袋式除尘器虽然除尘效率较高，但对烟温和烟气成分敏感性、气流分布及风速等有严格要求，正常使用时往往1-2年滤袋就会损坏需要更换，每个滤袋更换需要费用在10万元左右，成本较高。另外由于集团公司受当地煤田层影响，燃煤油页岩含油率高、灰分含量高，高浓度烟气颗粒易粘附滤袋，造成滤袋积尘严重且不易清除，使滤袋使用寿命更低，可靠性差。因此从维护费用和使用稳定性上考虑，不宜采用电袋除尘器。
湿式静电除尘器最早在1907年开始应用于硫酸和冶金工业生产中，在1986年后国外燃煤电厂也开始采用湿式静电除尘器，除去烟气中微细粉尘和酸雾等污染物，取得了良好的效果。湿式静电除尘器在浙能台州第二发电厂、寿光电厂等有使用过，但对于湿式静电除尘器在龙矿集团现有锅炉的应用上是否可行，需要开展技术经济研究，全面了解和掌握湿式静电除尘器的设计、安装和运行实际情况，为此项新技术在集团公司内新建电厂项目应用做好技术准备和论证工作。
湿式静电除尘器的主要工作原理：将水雾喷向放电极和电晕区，水雾在芒刺电极形成的强大的电晕场内荷电后分裂进一步雾化，电场力、荷电水雾的碰撞拦截、吸附凝并，共同对粉尘粒子起捕集作用，最终粉尘粒子在电场力的驱动下到达集尘极而被捕集。水在集尘极上形成连续的水膜，将捕获的粉尘冲刷到灰斗中随水排出。原理图如下
静电除尘器的除尘过程可分为四个阶段：气体的电离；粉尘获得离子而荷电；荷电粉尘向电极移动；将电极上的粉尘清除。
只是湿式静电除尘脱除的对象是粉尘和雾滴，但是由于雾滴与粉尘的物理特性存在差别，其工作原理也有所差异。从原理上来讲，首先由于水滴的存在对电极放电产生了影响，要形成发射离子，金属电极中的自由电子必须获得足够的能量，才能克服电离能而越过表面势垒成为发射电子。让电极表面带水是降低表面势垒的一种有效措施。水覆盖金属表面后，将原来的“金属一空气”界面分割成“金属一水”界面和“水一空气”界面，后两种界面的势垒比前一种界面的势垒低很多。这样，金属表面带水后，将原来的高势垒分解为两种低势垒，大大削弱表面势垒对自由电子的阻碍作用，使电子易于发射。另外，水中的多种杂质离子在电场作用下也易越过表面势垒而成为发射离子，这些都改变了电极放电效果，使之能在低电压下发生电晕放电。其次由于水滴的存在，水的电阻相对较小，水滴与粉尘结合后，使得高比电的粉尘比电阻下降，因此湿式静电除尘的工作状态会更加稳定；另外由于湿式静电除尘器采用水流冲洗，没有振打装置，所以不会产生二次扬尘。
从湿式静电除尘器使用原理看，对于燃用热值低、灰分含量高、含油量高的锅炉较为适用。
阳极采用先进的导体玻璃钢材质、导电性能好、易冲洗，实现在线冲洗。绝缘箱内吊杆采用石英管支撑，通过向绝缘线内通入热风使阴极装置时刻与阳极及塔体包成干燥绝缘状态。
一是湿式静电除尘器更有效地除去烟气中的小于40um的粉尘微粒、SO3的微液滴，可以很好地消除脱硫系统所携带的石膏雨，满足国家新的污染物排放标准。二是湿式静电除尘器在75t/h和140t/h等小型低劣质煤锅炉上尚无使用经验。
设计方利用自己在除尘方面的技术、专利等知识对龙矿集团循环流化床锅炉烟气中的粉尘颗粒进行收集；将湿式除尘器建于脱硫塔上部，既可以除去烟气中的粉尘颗粒，同时又可很好地消除脱硫系统所携带的石膏雨。掌握湿式电除尘的除尘新技术，为集团公司对现有电厂的除尘改造或新机组的建设推广应用做好技术准备和论证工作。
集团公司首先在75t/h循环流化床锅炉安装湿电装置，从使用情况看，当烟尘入口浓度在50mg/Nm3时，在全档投入运行的情况下，出口烟尘浓度达到5mg/Nm3，达到预期效果，且不存在石膏雨现象。陆续在140t/h循环流化床锅炉进行安装使用，使用效果较好，操作比较方便灵敏，值得推广和应用。
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