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详细内容

濕式電除塵在超超臨界百萬機組超低排放工程上的應用

 本文簡述了濕式電除塵器的工作原理以及技術特點,並對目前燃煤電廠超低排放路線做了簡單分析:以低低溫電除塵技術為核心實現超低排放的技術路線和以濕式電除塵器為核心實現超低排放的技術路線;此外重點介紹了濕式電除塵器在國內1000MW超超臨界燃煤機組上的應用情況。
 

 
  隨著我國大氣汙染排放標準及要求的日趨嚴格,濕式電除塵技術開始應用於燃煤電廠,並得到迅速推廣。華潤海豐電廠在初期設計排放限值符合國家《火電廠大氣汙染物排放標準》及環評要求的情形下,主動追加環保投資,要求機組投產後,汙染物排放達到“超低排放”要求。華潤海豐電廠1號和2號2×1000MW燃煤機組通過末端加裝濕式電除塵器(以下簡稱WESP),來達到“超低排放”目的。
  1WESP技術簡介

  1.1WESP對微細粉塵的去除原理
 
  WESP是一種用來處理含濕氣體的高壓靜電除塵設備,在燃煤電廠中通常布置在脫硫設備後,其工作原理和幹式電除塵器基本相同,都要經曆電離、荷電、收集和清灰四個階段,煙氣通過進口封頭後進入電場,在高壓電的作用下氣體電離粉塵被荷電,荷電後的粉塵在電場力的作用下向集塵極移動,隨集塵極表麵的水膜去除[1]。WESP工作原理如圖1所示。
 

圖1:WESP工作原理圖
 
  1.2WESP技術特點
 
  WESP具有除塵效率高、克服高比電阻產生的反電暈現象、無運動部件、無二次揚塵、運行穩定、壓力損失小、操作簡單、能耗低、維護費用低、生產停工期短、可工作於煙氣露點溫度以下、由於結構緊湊而可與其他煙氣治理設備相互結合、設計形式多樣化等優點。
 
  同時,其采用液體衝刷集塵極表麵來進行清灰,可有效收集微細顆粒物(PM2.5粉塵、SO3酸霧、氣溶膠)、重金屬(Hg、As、Se、Pb、Cr)、有機汙染物(多環芳烴、二噁英)等,綜合治理能力強。使用濕式電除塵器後,煙氣中的煙塵排放可達10mg/m3和5mg/m3以下。在燃煤電廠濕法脫硫之後使用,還可解決濕法脫硫帶來的石膏雨、藍煙、酸霧問題,緩解下遊煙道、煙囪的腐蝕,節約防腐成本。
 
  2超低排放技術路線
 
  針對我國燃煤電廠使用的除塵設備80%左右為電除塵器這一現狀,同時借鑒國外發達國家的先進電除塵技術,為實現燃煤電廠的超低排放要求,可采用兩條技術路線:一條是以低低溫電除塵技術為核心實現超低排放的技術路線,一條是以濕式電除塵器為核心實現超低排放的技術路線,從工程應用情況來看,兩條技術路線均是可行的。
 
  2.1以低低溫電除塵技術為核心的超低排放技術路線

     該技術是通過熱回收器(又稱煙氣冷卻器)或煙氣換熱係統(包括熱回收器和再加熱器)降低電除塵器入口煙氣溫度至酸露點以下,一般在90℃左右,使煙氣中的大部分SO3在熱回收器中冷凝成硫酸霧並黏附在粉塵表麵,使粉塵性質發生了很大變化,降低粉塵比電阻,避免反電暈現象;同時,煙氣溫度的降低使煙氣流量減小並有效提高電場運行時的擊穿電壓,從而大幅提高除塵效率,並去除大部分SO3。
 
  該技術優勢有:既可以提高電除塵器對工況變化的適應性、提高電除塵效率,又能夠去除煙氣中大部分SO3,提高濕法脫硫係統協同除塵效果;同時,在節能效果方麵,可利用餘熱、節省燃料。該技術煙塵排放濃度可低於30mg/m3;節省標準煤耗1.0——3.5g/kWh;壓力降不大於650Pa;漏風率≤3%。
 
  該技術缺點有:由於煙氣溫度降至酸露點以下,SO3在熱回收器中冷凝,形成具有腐蝕性的硫酸霧,並吸附在煙塵表麵上逃逸至電除塵器中,對電除塵器及下遊設備造成腐蝕;粉塵比電阻的降低會削弱捕集到陽極板上的粉塵的靜電黏附力,從而導致二次揚塵現象有所加重,影響除塵性能的高效發揮;由於吸附了三氧化硫,導致灰鬥中灰的流動性變差,易造成灰鬥腐蝕。
 
  2.2以濕式電除塵器為核心的超低排放技術路線

     濕式電除塵器作為燃煤電廠汙染物控製的精處理技術設備,一般與幹式電除塵器和濕法脫硫係統配合使用,也可以與低低溫電除塵技術、袋式除塵技術等合並使用,可應用於新建工程和改造工程。對PM2.5粉塵、SO3酸霧、氣溶膠等多汙染物協同治理,實現燃煤電廠超低排放。
 
  該技術優勢有:能提供幾倍於幹式電除塵器的電暈功率;煤種適應性好,不受粉塵比電阻影響,粉塵排放濃度低,可有效捕集其它煙氣治理設備捕集效率較低的汙染物(如PM2.5等)以及濕法脫硫係統產生的衍生物等,消除石膏雨;可達到其它除塵設備難以達到的極低的排放指標:
 
  顆粒物排放濃度可≤3mg/m3。同時對SO3、重金屬汞等具有脫除作用;

     陽極板采用耐腐蝕的不鏽鋼、高端合金等材料,極板機械強度大、剛性好;

     運行電壓高、穩定性好,運行電流大,性能更高效、穩定;

     運行阻力低於300Pa。
 
  該技術缺點有:產生廢水,需要排入脫硫係統或者進行過濾處理。

  3工程應用

  3.1項目概況
 
  華潤海豐電廠位於廣東省海豐縣小漠鎮東南海灣,北麵靠山,西南為淺灘,東、南麵毗鄰南海。工程規劃8×1000MW機組,本期利用已有場地和部分填海造地建設2×1000MW超超臨界發電機組,是廣東省“十二五”規劃重點工程。為實現大氣汙染物超低排放要求,浙江菲達環保科技股份有限公司承擔了脫硫吸收塔後新增WESP的建設任務。
 
  3.2總體技術思路
 
  華潤海豐電廠1000MW機組中采用的WESP裝置布置在濕法脫硫設施尾部。采用的工藝路線如圖2所示:鍋爐+脫硝裝置+幹式電除塵器+濕法脫硫裝置+濕式電除塵器。煙氣先經過脫硝係統去除NOx,然後經幹式電除塵器去除粉塵,之後再經過石灰石-石膏濕法脫硫裝置去除SO2。脫硫塔出來後溫度低、濕度大、腐蝕性強的煙氣再經過WESP進行深度處理。
 
 

圖2華潤海豐電廠1000MW燃煤機組的工藝路線圖
 
  3.3煙氣設計參數及性能要求
 
  根據技術協議,本項目的WESP入口煙氣參數及性能要求見表1。
 
表1:WESP入口煙氣參數及性能要求

 
  3.4技術方案特點
 
  本項目WESP采用金屬板式濕式電除塵器技術,由於脫硫塔出口煙氣具有高濕度、強腐蝕特性,因此從WESP的結構要求以及材質防腐性能兩方麵做了綜合考慮,經優化設計後,保證該技術方案滿足華潤海豐電廠脫硫塔出口的實際煙氣特性。
 
  3.4.1高效的噴淋係統
 
  本項目采用的是單線連續的噴淋技術,可實現對陽極板、陰極線的同時連續的噴淋,噴嘴經過特殊的設計,霧化效果良好,經合理排布後能確保噴淋無死角且覆蓋率達120%以上,充分保證係統運行穩定可靠,有效去除濕煙氣中粉塵、PM2.5、SO3氣溶膠、重金屬汞等複合汙染物。
 
  3.4.2特殊的極配型式
 
  陽極板和陰極線通常被認為是整個WESP結構中最重要的部件,此項目中采用金屬平板的CN陽極板配DS針刺型的陰極線,同極間距300mm。平板型的CN陽極板經過特殊的加工工藝,能確保板麵成膜均勻,DS針刺型的陰極線具有剛性強、放電強度高的特點,這種極配和高壓供電相匹配,可以獲得最佳電氣運行參數,有效保證長期實現超低排放。
 
  3.4.3循環穩定的水係統
 
  通過計算華潤海豐電廠實際收集的粉塵量以及消耗的水量之間的關係,建立了一套針對華潤海豐電廠1號和2號爐的粉塵與廢水平衡係統,使大部分水循環使用,小部分水外排,且通過控製外排水的濃度,使這部分水直接作為脫硫係統的補充水使用,對電廠而言基本實現WESP零水耗。
 
  3.4.4優化的結構材料選擇
 
  結構材料的防腐性能直接影響到WESP的使用壽命。華潤海豐電廠項目中,主要的內構件如陽極板、陰極線的材質選用的是316L材質,這種材質具有強度高、抗酸腐蝕性能強的特點,能夠完全適應WESP內部高濕、強腐蝕性的運行環境;對其他結構件的材質一般選用普通碳鋼塗覆玻璃鱗片進行防腐;此外,WESP內部的循環水是經過NaOH加堿中和過的,使循環水的pH一般呈現中性偏堿性的狀態,能夠對WESP內部的結構件起到有效的抗酸腐蝕的保護作用,延長WESP的使用壽命。
 
  根據WESP入口煙氣參數及所要求達到的性能指標,采用菲達公司的選型程序計算並結合實際工程應用經驗,最終確定了WESP裝置的主要設計參數。WESP主要技術參數見表2。
 
表2:WESP的主要設計參數

 
  3.5投運效果
 
  兩台機組分別於2015年3月7日和5月12日通過168小時滿負荷試運行。現場圖如圖3所示。
 

圖3華潤海豐電廠1號機組現場圖
 
  2015年5月,經權威部門測試結果顯示,1號機組大氣汙染物排放濃度最大值分別為:煙塵2.3mg/m3,二氧化硫7mg/m3、氮氧化物48mg/m3,汞及其化合物0.0151mg/m3,煙氣黑度<1級(格林曼黑度);2015年3月,2號機組大氣汙染物排放濃度最大值分別為:煙塵1.7mg/m3,二氧化硫6mg/m3、氮氧化物33mg/m3,汞及其化合物0.0047mg/m3,煙氣黑度<1級(格林曼黑度),均符合《火電廠大氣汙染物排放標準》。作為廣東省首台實現超淨排放——燃機標準的百萬機組,本工程對燃煤機組大氣汙染物深度治理發揮了良好的示範推廣作用。
 
  4結語
 
  WESP基於其技術特點,可實現對PM2.5、SO3、除霧器後煙氣中攜帶的石膏霧滴、重金屬汞等汙染物的高效脫除,在華潤海豐電廠1號和2號機2×1000MW燃煤機組上的成功應用表明,其對顆粒物減排效果明顯,大大改善了電廠的周邊環境,為大型燃煤電廠采用濕式電除塵器實現超低排放提供了有益的參考。