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1、湿式静电除尘技术的工艺设备选型分析关键词：湿式除尘 电除尘 除尘装置 摘要：本文介绍了目前国内湿式除尘 设备的主要类型，依据当前国 内湿式除尘设备的投入运行实际情况，分析了影响湿式除尘设备高效 稳定运行的几个关键参数，并对不同的工艺路线和设备选型方法提出 了若干建议。一、导言 对于燃煤烟气排放的细颗粒物，三部委要求中、东、西部地区新 建和东部现役燃煤电厂烟尘排放浓度标准基本达到或接近燃气轮机 组排放限值，鼓励加装湿式静电除尘 装置(WESP)等成熟适用的环保 改造技术。在美国、日本、德国等世界发达国家，自19911992年开 始，湿式静电技术用于脱硫尾部烟气处理方面开始有工业应用案例。 在我国
2、，自2014年下半年开始，国内陆续建成一批湿式静电除尘改 造工程，公布的烟尘排放浓度也越来越低，从10mg/Nm3,到5mg/Nm3， 到3mg/Nm3，甚至于1mg/Nm3，结合高效脱硫、脱硝技术，“超净排 放” “近零排放”的概念逐渐成为环保热词。WESP作为高效除尘的 尖端精处理设备在处理复杂湿烟气PM2.5组分方面具有明显的优势， 得到行业人士的普遍认可，本文仅就WESP目前在国内的应用情况进 行讨论和分析。二、WESP技术分类WESP除在处理复杂湿烟气PM2.5组分具备明显优势之外，其对 高比电阻粉尘、酸雾、汞、重金属、二恶英等气溶胶颗粒也具有优异 的协同脱除效果，严格来讲，“深度净
3、化、联合脱除”才是该技术应 用于燃煤烟气污染物末端脱除的准确表述，而不是常规理解的仅仅实 现的除尘功能。随着湿式静电除尘设备的大规模应用，业主单位在选 择湿式除尘设备时，通常按照阳极材质不同来分类，即：1、柔性阳极湿式除尘设备该技术采用柔性有机纤维作为做阳极，利用纤维结构的毛细现象 使其在运行过程中自然形成“全表面”均匀水膜，不会出现刚性极板 常见的“沟流”及“枝杈”现象，降低了阳极发生结垢的可能性。柔 性有机纤维材料耐腐蚀性能优越，运行过程中不需要额外使用碱液进 行保护性冲洗，无二次废水产生。柔性阳极能够在极板自然形成并保 持一层均匀水膜，起到“自冲刷”的水力冲灰效果，无需大量冲洗水。 该技
4、术由山东神华山大能源环境有限公司自主研发，专门针对燃煤湿 烟气的特点，具备完全自主知识产权，是国内电力行业最早大型化应 用(300MW机组以上)的湿式除尘设备技术，可根据需要采用立式或卧 式布置方式，运行费用是国内外同类技术的40%50%。2、刚性极板湿式除尘设备(1)不锈钢阳极湿式除尘设备：该技术采用316L不锈钢作为阳极 材料，其技术来源为日本三菱、日立公司，国内也有部分环保企业通 过消化吸收以上技术推出了自己的不锈钢阳极WESP技术，该技术均 采用卧式方式布置。由于316L不锈钢在脱硫后高腐蚀环境烟气中长 期运行存在显著的腐蚀结垢风险，采用金属极板的湿式静电除尘器都 设计有碱液（NaOH
5、溶液）保护系统，虽然一定程度上延长了阳极板的 使用寿命，但是却由此产生了大量碱性废水，须另行处理，也对电厂 的废水处理系统带来了一定的压力。（2）玻璃钢阳极WESP该技术采用导电玻璃钢作为阳极，具备良好的耐腐蚀性能，运行 中不需要碱液保护冲洗。玻璃钢阳极湿式静电曾在国内化工行业（除 酸雾）广泛应用，与燃煤烟气不同，化工行业使用的湿式静电除尘器 烟气处理流速一般在lm/s左右（一般处理燃煤烟气为23m/s），且尾 气成分相对从简单，基本为SO3酸雾，H2S等（燃煤烟气中含有尘、 盐类等多组分杂质），因此该技术在燃煤烟气处理中的应用还有待进 一步验证。三、WESP技术工艺及设备选型分析清灰方式合理
6、，阳极表面能够持续保持清洁是湿式除尘设备长期 稳定运行的关键。因此选择不同的技术工艺，重点应对阳极清灰方式和效果以及由 清灰方式衍生的问题予以考虑。WESP设备若按清灰水膜形成类型划 分，主要有：自清灰型（依靠静电收集液体形成均匀水膜，完成电极 冲洗，以湿烟气环境为前提，代表性技术柔性阳极）;喷雾冲刷型（雾 化喷嘴产生气水混合物，在电极表面形成均匀水膜，代表性技术刚性 阳极）。阳极材料的异同，其形成水膜的机理差异加大。对于柔性阳极而 言，其阳极材料选用耐酸碱腐蚀性优良的有机纤维，材料编制结构特 性引入毛细作用，利于在超低水耗量（甚至紧靠捕集脱硫携带的液滴 量）即可在表面形成均匀水膜，正常运行耗
7、水量基本为零;刚性阳极需 要重点提升极板表面加工偏差和降低表面张力，水膜形成过程要利于 液膜铺展，否则会在极板表面形成“沟流”、“枝杈”现象，有造成 极板结垢的严重风险，或者需要使用外加水源频繁对阳极进行冲洗， 这会使得运行水耗、电耗和运行成本偏大，严重者会影响脱硫系统水 平衡。因此需尽量降低冲洗水耗量，从而减少设备出口液滴浓度超标 风险增加，降低烟羽脱尾视觉污染。湿式除尘器作为国内近几年推广应用的大型烟尘精处理设备，其 长期运行安全可靠性和经济性，对每个电厂单独核算烟尘控制排放精 度和吨除尘成本影响较大。WESP技术大型化应用于燃煤电厂烟气深度净化开始于2012年，国电益阳发电厂300MW机
8、组采用柔性阳极WESP技术，成功的在降低 烟尘排放浓度（设计烟尘排放浓度小于20mg/Nm3）的同时，根本性的 解决了该厂严重的“石膏雨”问题。随后该技术，在九江、荥阳、民权等国内多台机组推广应用。上 述项目陆续投运获得行业的持续关注后，国内多家环保企业开始涉足 WESP技术的引进或研发，并作为企业的主要环保产品进行市场推广。2 0 1 3到2 0 1 5短短两年的时间，国内先后数几十家电力、冶金企业建 成并投运了湿式静电除尘装置 ，无论选用哪种技术工艺，已运行设 备所暴露出的问题或长期运行安全可靠性、经济性在选型调研时均需 给予重点关注。超低排放指标的实现，需要设备具备实现细颗粒高效捕获的技
9、术 参数。1、明确关键设计参数尤为重要。对静电除尘技术而言，比集尘 面积、运行电压、二次电流、烟气流速、极板长度等关键数值是对静 电除尘器性能进行客观评价的科学参数，根据研究机构的数据和大量 工程应用证明，WESP要达到80%以上的运行效率，其比集尘面积、电 流密度须分别在22 m2/m3/s （按照设备主结构估算，同等设备体积下 不锈钢阳极比集尘面积是玻璃钢阳极和柔性阳极的60%左右）、 0.35mA/m以上，关键是烟气流速需在2.5m/s以下，否则因细颗粒物 惯性力和捕获液滴被烟气自身携带因素，其实际运行效果肯定会大打 折扣，这需要应用单位应在招标采购阶段对此类关键参数给与严格界 定。随着
10、WESP市场的持续升温，加之没有明确的国家、行业标准， 没有统一的准入门槛，各环保厂家在环保工程竞标方面基本处于无序 竞争状态，出现超低技术参数配置下但宣传达到3mg/Nm3、1mg/Nm3 类似违背技术原理的结果。或者为了达到招标文件限制指标，环保厂 家出现违背保障技术安全可靠运行的盲目削减技术参数情况。2、控制气流均布（流场模拟）是基础条件。WESP技术要求实现 5mg/Nm3以下的烟尘排放指标，其捕获目标为1微米以下的超细颗粒 物，即便局部的气流分布不均或扰动都有可能造成被捕获颗粒的逃逸 引起排放增长，因此WESP设计前都应严格进行流场数值模拟，控制 烟气均布系数在0.13以下。3、选择
11、合理选择设备防腐工艺。WESP装置运行环境十分恶劣, 对于设备自身的耐腐蚀性能提出了很高的要求，应当综合考虑造价和 可靠性两方面的需求。目前较为普遍的设计原则是：壳体及结构支撑部件采用碳钢+鳞 片防腐，并严格控制施工质量（鳞片防腐质量问题目前多有发生）;阴、 阳极构件、导流装置采用有机纤维、玻璃钢、PP、双相钢、钛等耐腐 蚀材料。4、确保设备制作及安装精度WESP内部件均是采用模块化 设计，阴、阳极数量巨大，极间距的均匀、准确直接影响其集尘性能。在阴、阳极构件加工阶段就要明确各项误差标准并严格检验，并 在运输、吊装、安装过程中妥善保护直至精准定位。加工、安装质量 偏差是造成的WESP装置不能正
12、常投运的常见原因之一。四、结束语目前我国采用的烟尘浓度测试规范1991 标准，按照该规范中采 用的测试分析方法和现有的测试仪器并不能完全满足烟尘超净排放 的技术要求，极小的操作偏差或现场干扰就有可能造成测试结果出现 颠覆性的差异。近期国家环保部已经组织相关部门、专家制定针对超 净排放指标的新测试规范，相信不久之后会有指导性的文件发布，届 时将对判定烟尘超净排放提供更为精准的第三方测试结果，并监督、 促进市场良性发展。虽然WESP技术在造价、运行费用、运行可靠性方面还有待于经 历市场长期的考验，但这并不能否认该技术在这一领域的领先地位， 相信随着越来越多WESP装置的投入运行，技术的不断完善优化，上 述问题将会得到有效的解决，该技术也必将为环保产业发展、大气环 境质量改善贡献更大、更重要的力量。
湿式静电除尘技术的工艺设备选型分析
