濕式靜電除塵技術(shù)的工藝設(shè)備選型分析

作者： 2015年11月10日 來(lái)源：互聯(lián)網(wǎng) 瀏覽量：
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本文介紹了目前國(guó)內(nèi)濕式除塵設(shè)備的主要類(lèi)型，依據(jù)當(dāng)前國(guó)內(nèi)濕式除塵設(shè)備的投入運(yùn)行實(shí)際情況，分析了影響濕式除塵設(shè)備高效穩(wěn)定運(yùn)行的幾個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，并對(duì)不同的工藝路線和設(shè)備選型方法提出了若干建議。
　　本文介紹了目前國(guó)內(nèi)濕式除塵設(shè)備的主要類(lèi)型，依據(jù)當(dāng)前國(guó)內(nèi)濕式除塵設(shè)備的投入運(yùn)行實(shí)際情況，分析了影響濕式除塵設(shè)備高效穩(wěn)定運(yùn)行的幾個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，并對(duì)不同的工藝路線和設(shè)備選型方法提出了若干建議。
 
　　一、導(dǎo)言
 
　　對(duì)于燃煤煙氣排放的細(xì)顆粒物，三部委要求中、東、西部地區(qū)新建和東部現(xiàn)役燃煤電廠煙塵排放濃度標(biāo)準(zhǔn)基本達(dá)到或接近燃?xì)廨啓C(jī)組排放限值，鼓勵(lì)加裝濕式靜電除塵裝置(WESP)等成熟適用的環(huán)保改造技術(shù)。在美國(guó)、日本、德國(guó)等世界發(fā)達(dá)國(guó)家，自1991~1992年開(kāi)始，濕式靜電技術(shù)用于脫硫尾部煙氣處理方面開(kāi)始有工業(yè)應(yīng)用案例。在我國(guó)，自2014年下半年開(kāi)始，國(guó)內(nèi)陸續(xù)建成一批濕式靜電除塵改造工程，公布的煙塵排放濃度也越來(lái)越低，從10mg/Nm3，到5mg/Nm3，到3mg/Nm3，甚至于1mg/Nm3，結(jié)合高效脫硫、脫硝技術(shù)，“超凈排放”“近零排放”的概念逐漸成為環(huán)保熱詞。WESP作為高效除塵的尖端精處理設(shè)備在處理復(fù)雜濕煙氣PM2.5組分方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)，得到行業(yè)人士的普遍認(rèn)可，本文僅就WESP目前在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用情況進(jìn)行討論和分析。
 
　　二、WESP技術(shù)分類(lèi)
 
　　WESP除在處理復(fù)雜濕煙氣PM2.5組分具備明顯優(yōu)勢(shì)之外，其對(duì)高比電阻粉塵、酸霧、汞、重金屬、二惡英等氣溶膠顆粒也具有優(yōu)異的協(xié)同脫除效果，嚴(yán)格來(lái)講，“深度凈化、聯(lián)合脫除”才是該技術(shù)應(yīng)用于燃煤煙氣污染物末端脫除的準(zhǔn)確表述，而不是常規(guī)理解的僅僅實(shí)現(xiàn)的除塵功能。隨著濕式靜電除塵設(shè)備的大規(guī)模應(yīng)用，業(yè)主單位在選擇濕式除塵設(shè)備時(shí)，通常按照陽(yáng)極材質(zhì)不同來(lái)分類(lèi)，即：
 
　　1、柔性陽(yáng)極濕式除塵設(shè)備
 
　　該技術(shù)采用柔性有機(jī)纖維作為做陽(yáng)極，利用纖維結(jié)構(gòu)的毛細(xì)現(xiàn)象，使其在運(yùn)行過(guò)程中自然形成“全表面”均勻水膜，不會(huì)出現(xiàn)剛性極板常見(jiàn)的“溝流”及“枝杈”現(xiàn)象，降低了陽(yáng)極發(fā)生結(jié)垢的可能性。柔性有機(jī)纖維材料耐腐蝕性能優(yōu)越，運(yùn)行過(guò)程中不需要額外使用堿液進(jìn)行保護(hù)性沖洗，無(wú)二次廢水產(chǎn)生。柔性陽(yáng)極能夠在極板自然形成并保持一層均勻水膜，起到“自沖刷”的水力沖灰效果，無(wú)需大量沖洗水。該技術(shù)由山東神華山大能源環(huán)境有限公司自主研發(fā)，專(zhuān)門(mén)針對(duì)燃煤濕煙氣的特點(diǎn)，具備完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，是國(guó)內(nèi)電力行業(yè)最早大型化應(yīng)用(300MW機(jī)組以上)的濕式除塵設(shè)備技術(shù)，可根據(jù)需要采用立式或臥式布置方式，運(yùn)行費(fèi)用是國(guó)內(nèi)外同類(lèi)技術(shù)的40%~50%。
 
　　2、剛性極板濕式除塵設(shè)備
 
　　(1)不銹鋼陽(yáng)極濕式除塵設(shè)備：該技術(shù)采用316L不銹鋼作為陽(yáng)極材料，其技術(shù)來(lái)源為日本三菱、日立公司，國(guó)內(nèi)也有部分環(huán)保企業(yè)通過(guò)消化吸收以上技術(shù)推出了自己的不銹鋼陽(yáng)極WESP技術(shù)，該技術(shù)均采用臥式方式布置。由于316L不銹鋼在脫硫后高腐蝕環(huán)境煙氣中長(zhǎng)期運(yùn)行存在顯著的腐蝕結(jié)垢風(fēng)險(xiǎn)，采用金屬極板的濕式靜電除塵器都設(shè)計(jì)有堿液(NaOH溶液)保護(hù)系統(tǒng)，雖然一定程度上延長(zhǎng)了陽(yáng)極板的使用壽命，但是卻由此產(chǎn)生了大量堿性廢水，須另行處理，也對(duì)電廠的廢水處理系統(tǒng)帶來(lái)了一定的壓力。
 
　　(2)玻璃鋼陽(yáng)極WESP
 
　　該技術(shù)采用導(dǎo)電玻璃鋼作為陽(yáng)極，具備良好的耐腐蝕性能，運(yùn)行中不需要堿液保護(hù)沖洗。玻璃鋼陽(yáng)極濕式靜電曾在國(guó)內(nèi)化工行業(yè)(除酸霧)廣泛應(yīng)用，與燃煤煙氣不同，化工行業(yè)使用的濕式靜電除塵器煙氣處理流速一般在1m/s左右(一般處理燃煤煙氣為2~3m/s)，且尾氣成分相對(duì)從簡(jiǎn)單，基本為SO3酸霧，H2S等(燃煤煙氣中含有塵、鹽類(lèi)等多組分雜質(zhì))，因此該技術(shù)在燃煤煙氣處理中的應(yīng)用還有待進(jìn)一步驗(yàn)證。
 
　　三、WESP技術(shù)工藝及設(shè)備選型分析
 
　　清灰方式合理，陽(yáng)極表面能夠持續(xù)保持清潔是濕式除塵設(shè)備長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。因此選擇不同的技術(shù)工藝，重點(diǎn)應(yīng)對(duì)陽(yáng)極清灰方式和效果以及由清灰方式衍生的問(wèn)題予以考慮。WESP設(shè)備若按清灰水膜形成類(lèi)型劃分，主要有：自清灰型(依靠靜電收集液體形成均勻水膜，完成電極沖洗，以濕煙氣環(huán)境為前提，代表性技術(shù)柔性陽(yáng)極);噴霧沖刷型(霧化噴嘴產(chǎn)生氣水混合物，在電極表面形成均勻水膜，代表性技術(shù)剛性陽(yáng)極)。陽(yáng)極材料的異同，其形成水膜的機(jī)理差異加大。對(duì)于柔性陽(yáng)極而言，其陽(yáng)極材料選用耐酸堿腐蝕性?xún)?yōu)良的有機(jī)纖維，材料編制結(jié)構(gòu)特性引入毛細(xì)作用，利于在超低水耗量(甚至緊靠捕集脫硫攜帶的液滴量)即可在表面形成均勻水膜，正常運(yùn)行耗水量基本為零;剛性陽(yáng)極需要重點(diǎn)提升極板表面加工偏差和降低表面張力，水膜形成過(guò)程要利于液膜鋪展，否則會(huì)在極板表面形成“溝流”、“枝杈”現(xiàn)象，有造成極板結(jié)垢的嚴(yán)重風(fēng)險(xiǎn)，或者需要使用外加水源頻繁對(duì)陽(yáng)極進(jìn)行沖洗，這會(huì)使得運(yùn)行水耗、電耗和運(yùn)行成本偏大，嚴(yán)重者會(huì)影響脫硫系統(tǒng)水平衡。因此需盡量降低沖洗水耗量，從而減少設(shè)備出口液滴濃度超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)增加，降低煙羽脫尾視覺(jué)污染。
 
　　濕式除塵器作為國(guó)內(nèi)近幾年推廣應(yīng)用的大型煙塵精處理設(shè)備，其長(zhǎng)期運(yùn)行安全可靠性和經(jīng)濟(jì)性，對(duì)每個(gè)電廠單獨(dú)核算煙塵控制排放精度和噸除塵成本影響較大。WESP技術(shù)大型化應(yīng)用于燃煤電廠煙氣深度凈化開(kāi)始于2012年，國(guó)電益陽(yáng)發(fā)電廠300MW機(jī)組采用柔性陽(yáng)極WESP技術(shù)，成功的在降低煙塵排放濃度(設(shè)計(jì)煙塵排放濃度小于20mg/Nm3)的同時(shí)，根本性的解決了該廠嚴(yán)重的“石膏雨”問(wèn)題。隨后該技術(shù)，在九江、滎陽(yáng)、民權(quán)等國(guó)內(nèi)多臺(tái)機(jī)組推廣應(yīng)用。上述項(xiàng)目陸續(xù)投運(yùn)獲得行業(yè)的持續(xù)關(guān)注后，國(guó)內(nèi)多家環(huán)保企業(yè)開(kāi)始涉足WESP技術(shù)的引進(jìn)或研發(fā)，并作為企業(yè)的主要環(huán)保產(chǎn)品進(jìn)行市場(chǎng)推廣。2013到2015短短兩年的時(shí)間，國(guó)內(nèi)先后數(shù)幾十家電力、冶金企業(yè)建成并投運(yùn)了濕式靜電除塵裝置，無(wú)論選用哪種技術(shù)工藝，已運(yùn)行設(shè)備所暴露出的問(wèn)題或長(zhǎng)期運(yùn)行安全可靠性、經(jīng)濟(jì)性在選型調(diào)研時(shí)均需給予重點(diǎn)關(guān)注。
 
　　超低排放指標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，需要設(shè)備具備實(shí)現(xiàn)細(xì)顆粒高效捕獲的技術(shù)參數(shù)。其中：1、明確關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)尤為重要。對(duì)靜電除塵技術(shù)而言，比集塵面積、運(yùn)行電壓、二次電流、煙氣流速、極板長(zhǎng)度等關(guān)鍵數(shù)值是對(duì)靜電除塵器性能進(jìn)行客觀評(píng)價(jià)的科學(xué)參數(shù)，根據(jù)研究機(jī)構(gòu)的數(shù)據(jù)和大量工程應(yīng)用證明，WESP要達(dá)到80%以上的運(yùn)行效率，其比集塵面積、電流密度須分別在22 m2/m3/s(按照設(shè)備主結(jié)構(gòu)估算，同等設(shè)備體積下不銹鋼陽(yáng)極比集塵面積是玻璃鋼陽(yáng)極和柔性陽(yáng)極的60%左右)、0.35mA/m以上，關(guān)鍵是煙氣流速需在2.5m/s以下，否則因細(xì)顆粒物慣性力和捕獲液滴被煙氣自身攜帶因素，其實(shí)際運(yùn)行效果肯定會(huì)大打折扣，這需要應(yīng)用單位應(yīng)在招標(biāo)采購(gòu)階段對(duì)此類(lèi)關(guān)鍵參數(shù)給與嚴(yán)格界定。隨著WESP市場(chǎng)的持續(xù)升溫，加之沒(méi)有明確的國(guó)家、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，沒(méi)有統(tǒng)一的準(zhǔn)入門(mén)檻，各環(huán)保廠家在環(huán)保工程競(jìng)標(biāo)方面基本處于無(wú)序競(jìng)爭(zhēng)狀態(tài)，出現(xiàn)超低技術(shù)參數(shù)配置下但宣傳達(dá)到3mg/Nm3、1mg/Nm3類(lèi)似違背技術(shù)原理的結(jié)果?；蛘邽榱诉_(dá)到招標(biāo)文件限制指標(biāo)，環(huán)保廠家出現(xiàn)違背保障技術(shù)安全可靠運(yùn)行的盲目削減技術(shù)參數(shù)情況。2、控制氣流均布(流場(chǎng)模擬)是基礎(chǔ)條件。WESP技術(shù)要求實(shí)現(xiàn)5mg/Nm3以下的煙塵排放指標(biāo)，其捕獲目標(biāo)為1微米以下的超細(xì)顆粒物，即便局部的氣流分布不均或擾動(dòng)都有可能造成被捕獲顆粒的逃逸，引起排放增長(zhǎng)，因此WESP設(shè)計(jì)前都應(yīng)嚴(yán)格進(jìn)行流場(chǎng)數(shù)值模擬，控制煙氣均布系數(shù)在0.13以下。3、選擇合理選擇設(shè)備防腐工藝。WESP裝置運(yùn)行環(huán)境十分惡劣，對(duì)于設(shè)備自身的耐腐蝕性能提出了很高的要求，應(yīng)當(dāng)綜合考慮造價(jià)和可靠性?xún)煞矫娴男枨?。目前較為普遍的設(shè)計(jì)原則是：殼體及結(jié)構(gòu)支撐部件采用碳鋼+鱗片防腐，并嚴(yán)格控制施工質(zhì)量(鱗片防腐質(zhì)量問(wèn)題目前多有發(fā)生);陰、陽(yáng)極構(gòu)件、導(dǎo)流裝置采用有機(jī)纖維、玻璃鋼、PP、雙相鋼、鈦等耐腐蝕材料。4、確保設(shè)備制作及安裝精度。WESP內(nèi)部件均是采用模塊化設(shè)計(jì)，陰、陽(yáng)極數(shù)量巨大，極間距的均勻、準(zhǔn)確直接影響其集塵性能。在陰、陽(yáng)極構(gòu)件加工階段就要明確各項(xiàng)誤差標(biāo)準(zhǔn)并嚴(yán)格檢驗(yàn)，并在運(yùn)輸、吊裝、安裝過(guò)程中妥善保護(hù)直至精準(zhǔn)定位。加工、安裝質(zhì)量偏差是造成的WESP裝置不能正常投運(yùn)的常見(jiàn)原因之一。
 
　　四、結(jié)束語(yǔ)
 
　　目前我國(guó)采用的煙塵濃度測(cè)試規(guī)范1991標(biāo)準(zhǔn)，按照該規(guī)范中采用的測(cè)試分析方法和現(xiàn)有的測(cè)試儀器并不能完全滿足煙塵超凈排放的技術(shù)要求，極小的操作偏差或現(xiàn)場(chǎng)干擾就有可能造成測(cè)試結(jié)果出現(xiàn)顛覆性的差異。近期國(guó)家環(huán)保部已經(jīng)組織相關(guān)部門(mén)、專(zhuān)家制定針對(duì)超凈排放指標(biāo)的新測(cè)試規(guī)范，相信不久之后會(huì)有指導(dǎo)性的文件發(fā)布，屆時(shí)將對(duì)判定煙塵超凈排放提供更為精準(zhǔn)的第三方測(cè)試結(jié)果，并監(jiān)督、促進(jìn)市場(chǎng)良性發(fā)展。
 
　　雖然WESP技術(shù)在造價(jià)、運(yùn)行費(fèi)用、運(yùn)行可靠性方面還有待于經(jīng)歷市場(chǎng)長(zhǎng)期的考驗(yàn)，但這并不能否認(rèn)該技術(shù)在這一領(lǐng)域的領(lǐng)先地位，相信隨著越來(lái)越多WESP裝置的投入運(yùn)行，技術(shù)的不斷完善優(yōu)化，上述問(wèn)題將會(huì)得到有效的解決，該技術(shù)也必將為環(huán)保產(chǎn)業(yè)發(fā)展、大氣環(huán)境質(zhì)量改善貢獻(xiàn)更大、更重要的力量。
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