濕電除塵器方案

1. 濕式電除塵器的工作原理

濕式靜電除塵器的主要工作原理：將水霧噴向放電極和電暈區(qū)，水霧在芒刺電極形成的強(qiáng)大的電暈場(chǎng)內(nèi)荷電后分裂進(jìn)一步霧化，電場(chǎng)力、荷電水霧的碰撞攔截、吸附凝并，共同對(duì)粉塵粒子起捕集作用，最終粉塵粒子在電場(chǎng)力的驅(qū)動(dòng)下到達(dá)集塵極而被捕集。水在集塵極上形成連續(xù)的水膜，將捕獲的粉塵沖刷到灰斗中隨水排出。原理圖如下

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1.1 濕式電除塵器工作原理

靜電除塵器的除塵過程可分為四個(gè)階段：氣體的電離；粉塵獲得離子而荷電；荷電粉塵向電極移動(dòng)；將電極上的粉塵清除。

只是濕式靜電除塵脫除的對(duì)象由粉塵和霧滴，但是由于霧滴與粉塵的物理特性存在差別，其工作原理也有所差異。從原理上來講，首先由于水滴的存在對(duì)電極放電產(chǎn)生了影響，要形成發(fā)射離子，金屬電極中的自由電子必須獲得足夠的能量，才能克服電離能而越過表面勢(shì)壘成為發(fā)射電子。讓電極表面帶水是降低表面勢(shì)壘的一種有效措施。水覆蓋金屬表面后，將原來的“金屬一空氣”界面分割成“金屬一水”界面和“水一空氣”界面，后兩種界面的勢(shì)壘比前一種界面的勢(shì)壘低很多。這樣，金屬表面帶水后，將原來的高勢(shì)壘分解為兩種低勢(shì)壘，大大削弱表面勢(shì)壘對(duì)自由電子的阻礙作用，使電子易于發(fā)射。另外，水中的多種雜質(zhì)離子在電場(chǎng)作用下，也易越過表面勢(shì)壘而成為發(fā)射離子。這些都改變了電極放電效果，使之能在低電壓下發(fā)生電暈放電。其次由于水滴的存在，水的電阻相對(duì)較小，水滴與粉塵結(jié)合后，使得高比電的粉塵比電阻下降，因此濕式靜電除塵的工作狀態(tài)會(huì)更加穩(wěn)定；另外由于濕式靜電除塵器采用水流沖洗，沒有振打裝置，所以不會(huì)產(chǎn)生二次揚(yáng)塵。^【7】

放電極結(jié)構(gòu)和電暈場(chǎng)荷電示意圖

1.2 影響濕式靜電除塵器除塵效率的主要因素

靜電電壓值、水量、粉塵濃度三因素對(duì)濕式靜電除塵效率的效應(yīng)都為正，即除塵效率隨著電壓的升高、水量的增大、粉塵濃度的加大而上升。其中電壓對(duì)除塵效率的影響最為顯著，其次是水量，粉塵濃度的影響最小。靜電和水霧相結(jié)合可顯著地提高了除塵效率^【7】。

1.3 濕式靜電除塵中水的作用

濕式靜電除塵器中的水主要以霧化的水滴存在，根據(jù)國內(nèi)研究水霧對(duì)濕式電除塵的除塵效率的提高有一系列的影響，主要機(jī)理：

l 水霧可以保持放電極清潔，使電暈一直旺盛；霧粒擊打在集塵極上形成薄而均勻的水膜，它可以阻止低比電阻粉塵的“二次飛揚(yáng)”對(duì)高比電阻粉塵起到調(diào)質(zhì)作用而防止了“反電暈”現(xiàn)象的發(fā)生；對(duì)粘滯性強(qiáng)的粉塵又可防止粘掛電極；它還適合于收集那些易燃、易爆的粉塵。

l 水霧直接噴向放電極和電暈區(qū)，放電極還兼起霧化器的作用，采用同一電源可實(shí)現(xiàn)電暈放電、水的霧化、水霧和粉塵粒子荷電，實(shí)現(xiàn)了靜電和水霧的有機(jī)結(jié)合。

l 水霧直接噴向放電極，荷電量高，這種高荷質(zhì)比水霧在電場(chǎng)中的碰撞攔截、吸附凝并作用可大大提高除塵效率。

l 水霧擊打到集塵極上形成水流流下，使集塵極始終保持清潔，省去了振打裝置，同時(shí)避免了干式除塵由于振打清灰?guī)淼囊幌盗袉栴}。

l 將水霧噴向放電極和電暈區(qū)使水霧進(jìn)一步霧化的方法，靜電并不和噴霧裝置直接接觸，所以幾乎不存在絕緣問題。這種方法完全有別于“電暈放電使水霧化”的除塵技術(shù)，后者由于水與電直接接觸，絕緣幾乎不可能，實(shí)際上很難實(shí)現(xiàn)工業(yè)應(yīng)用。

l 芒刺電極能產(chǎn)生很強(qiáng)的靜電場(chǎng)，、同時(shí)具有很好的電暈放電能力，靜電和水霧協(xié)同作用，具有很高的除塵效率。

1.4 濕式靜電除塵器與干式靜電除塵器比較

干式靜電除塵器與濕式靜電除塵器比較表^【8】

2. 濕式電除塵器的分類和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

近100年濕式靜電除塵器為冶金工業(yè)和其他行業(yè)作為一種控制煙氣中硫酸、顆粒有效手段廣泛應(yīng)用。目前全世界范圍內(nèi)投入運(yùn)行的濕式靜電除塵器超過1000 個(gè)裝置。

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2.1 基本型式：

濕式靜電除塵器在結(jié)構(gòu)上有兩種基本型式：管式和板式。管式靜電除塵器的集塵極為多根并列的園形或多邊形金屬管，放電極均布于極板之間，管狀濕式靜電除塵器只能用于處理垂直流動(dòng)的煙氣。板式靜電除塵器的集塵極呈平板狀，可獲得良好的水膜形成的特性，極板間均布電暈線，板式濕式靜電除塵器可用于處理水平或垂直流動(dòng)的煙氣。

在相同的集塵面積時(shí)，管式靜電除塵器內(nèi)的煙氣流速可以是設(shè)計(jì)為板式除塵器的兩倍，因此在達(dá)到相同除塵效率時(shí)，管式除塵器的占地面積要遠(yuǎn)小于板式除塵器。

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2.2 濕式靜電除塵器的布置方式

垂直獨(dú)立布置

在化工和冶金行業(yè)應(yīng)用的大型濕式靜電除塵器一般為垂直煙氣流獨(dú)立布置，一般為模塊化設(shè)計(jì)的管式設(shè)計(jì)，這種設(shè)計(jì)便于安裝和解列維修，但其需要額外的布置空間。

水平獨(dú)立布置：在美國的AES Deepwater電廠和日本的火力發(fā)電廠中濕式靜電除塵器采用水平煙氣流獨(dú)立布置。^【9】如圖所示

水平布置在吸收塔后煙道

垂直組合布置：2000年以后，較早采用濕式石灰石石膏法脫硫系統(tǒng)的加拿大New Brunswick電力公司的Dalhousie和Coleson Cove電廠（315MW機(jī)組）^【9】，采用的濕式靜電除塵器對(duì)吸收塔除霧器進(jìn)行改造，即將濕式除塵器布置在吸收塔的上方替代原有的機(jī)械除霧器，這種方式可以使成本和運(yùn)行費(fèi)用也是最低的，占地面積也很小。

布置在吸收塔上方的濕式靜電除霧器

2.3 水沖刷方法

常用的沖刷方法有^【7】：自沖刷：就是利用捕集的液滴來濕潤集塵極(此方法適用于捕集顆粒為液體顆粒)；噴霧沖刷：霧化噴嘴采用水或空氣或水和空氣連續(xù)地沖刷集塵極，使霧化液滴和顆粒在集塵極表面形成一層沖刷膜；液膜沖刷：采用連續(xù)的液膜沖洗集塵極。由于液膜能充當(dāng)集塵板，管狀式、極式的集塵板只不過是它的支承物。因此，沖刷液是否具有導(dǎo)電性能極為重要。其次，液膜的物理特性和分布情況也很重要。

2.4 結(jié)構(gòu)材料

影響濕式靜電除塵器運(yùn)行可靠性的重要因素是結(jié)構(gòu)材料的選擇，這是因?yàn)闈袷届o電除塵器通常在低于沖刷液的絕熱飽和溫度下運(yùn)行，易引起腐蝕。因此，需合理地選擇各部位的結(jié)構(gòu)材料。

從結(jié)構(gòu)材料上講，殼體是濕式靜電除塵器中最安全的，通常采用普通鋼，為防止腐蝕，其內(nèi)表面需涂有薄層防腐材料，安裝時(shí)還需嚴(yán)格殼體內(nèi)表面的易腐蝕性，如焊接點(diǎn)、構(gòu)件連接處及蓋板等。

集塵板表面需具有較強(qiáng)的抗腐蝕能力。同時(shí)應(yīng)將易產(chǎn)生腐蝕的聯(lián)接點(diǎn)減至最小，因?yàn)榧瘔m極一旦發(fā)生故障。不僅會(huì)擾亂電場(chǎng)，而且會(huì)產(chǎn)生火花，引起除塵性能的下降。

放電極的抗腐蝕性能應(yīng)高于其它部件，因?yàn)槠浔砻嬉自斐煞蹓m液結(jié)，局部腐蝕較快，因此，需有特殊的保護(hù)措施。

各種不銹鋼和鈦在模擬濕式電除塵中腐蝕環(huán)境下失重情況對(duì)比^【6】

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3. 濕式靜電除塵器對(duì)各種污染物去除能力

據(jù)國外相關(guān)文獻(xiàn)表明，濕式靜電除塵器對(duì)酸霧、有毒重金屬以及 PM10，尤其是PM2.5的微細(xì)粉塵有良好的脫除效果?？梢允褂脻袷届o電除塵器來控制電廠的SO₃酸霧，具有聯(lián)合脫除的前景。根據(jù)國外濕式靜電除塵器的研究和應(yīng)用表明，在濕法脫硫系統(tǒng)后布置濕式電除塵器可以有效地去除煙氣中的PM2.5粉塵、SO₃和汞及氧化物等污染物。^【8】

美國在2000年在Bruce Mansfield電廠的2#機(jī)組（835MW燃用3%高硫煤）安裝了一個(gè)試驗(yàn)性的濕式靜電除塵裝置（管式安裝在FGD上部），以測(cè)試濕式電除塵對(duì)多種污染物的去除率。在2003年的試驗(yàn)表明，濕式靜電除塵器在較高的煙氣流速下對(duì)污染物的去除率都達(dá)到較高水平。^【9】

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3.1 濕式靜電除塵器對(duì)PM2.5和SO₃的去除機(jī)理

在電除塵器中對(duì)粉塵顆粒有兩種類型的荷電過程，對(duì)于直徑大于1μm的顆粒來說場(chǎng)荷電是主要作用，顆粒碰撞沿電力線運(yùn)動(dòng)的負(fù)離子而帶電，這時(shí)電壓的強(qiáng)弱是影響這個(gè)過程的最主要因素。對(duì)直徑大于0.5μm的顆粒來說擴(kuò)散荷電是主要作用，亞微米粒子在隨機(jī)運(yùn)動(dòng)時(shí)與負(fù)離子碰撞而帶電，注入的電流密度是影響擴(kuò)散放電最重要的因素。濕式靜電除塵中，因放電極被水浸潤后，電子較易溢出，同時(shí)水霧被放電極尖端的強(qiáng)大電火花進(jìn)一步擊碎細(xì)化，使電場(chǎng)中存在加上大量帶電霧滴，大大增加亞微米粒子碰撞帶電的機(jī)率，而帶電粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的速度是布朗運(yùn)行的數(shù)十倍，這樣就大幅度提高了亞微米粒子向集電極運(yùn)行的速度，可以在較高的煙氣流速下，捕獲更多的微粒。

國外的研究表明，在高于露點(diǎn)溫度以上時(shí)，煙氣中的SO₃在205℃（400F）以下時(shí)，主要以H₂SO₄的微液滴形式存在^【9】。其平均顆粒的直徑在0.4μm以下，屬于亞微米顆粒范疇。這也是干式靜電除塵器和FGD對(duì)SO₃的去除率較低的主要原因。濕式靜電除塵器對(duì)亞微米顆粒的高捕獲率，可對(duì)SO₃的微液滴起相同作用。

因此濕式靜電除塵能夠高效地去除亞微米粒子，霧滴，小至0.01μm的微塵，除塵效率根據(jù)運(yùn)行的電場(chǎng)數(shù)不同一般都可達(dá)到99.9 %以上。^【8】

3.2 濕式靜電除塵對(duì)石膏粉塵和液滴作用

國外因濕式脫硫的吸收塔出口的除霧器設(shè)計(jì)的要求較高，除霧器出口所攜帶的液滴濃度只有20mg/Nm³，基本上沒有石膏液滴帶出，所以沒有相關(guān)研究資料。國內(nèi)已投用吸收塔的除霧器出口霧滴濃度設(shè)計(jì)為75mg/Nm³，而運(yùn)行時(shí)往往還高于設(shè)計(jì)值，造成吸收塔出口有大量的石膏液滴帶出，針對(duì)濕式靜電除塵器對(duì)石膏以及石膏液滴的去除機(jī)理，可以作如下分析：

對(duì)于電除塵對(duì)石膏粉塵的去除機(jī)理，我們查閱了相關(guān)資料^【12】，總結(jié)如下：

根據(jù)電除塵的除塵效率計(jì)算公式（多依奇公式）

其中S為比集塵面積，ω是粉塵在電場(chǎng)中的理論驅(qū)進(jìn)速度，理論驅(qū)進(jìn)速度是直接反映粉塵在電暈場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的難易程度的指標(biāo)，查閱相關(guān)資料得石膏粉塵的理論驅(qū)進(jìn)速度為0.16~0.2m/s，煤粉爐灰的理論驅(qū)進(jìn)速度為0.1~0.14 m/s，當(dāng)比集塵面積為10m²/(m³/s)條件下，可計(jì)算出電場(chǎng)對(duì)石膏粉塵的除塵效率為98%，煤灰為96.4%?？煽闯鲈谙嗤瑮l件中，石膏粉塵比煤灰更容易被捕獲。因?yàn)闈袷届o電除塵工作原理與普通的電除塵相同，同時(shí)國外的相關(guān)資料也明確說明，這公式對(duì)濕式電除塵同樣適用。因此濕式電除塵去除石膏粉塵效率要高于去除煤灰的效率。

在脫硫系統(tǒng)出口石膏是以CaSO₄·2H₂O的液滴形式存在，經(jīng)過除霧器后，其粒徑基本上在20μm以下。液滴的脫除一般采用濕式除塵技術(shù)，而濕式靜電除塵器的水噴淋作用可以近似看作為一個(gè)重力噴霧濕式除塵。查閱相關(guān)資料，濕式除塵的效率計(jì)算公式^【13】：

其中E_t濕式除塵總能量消耗，△P_g是指煙氣通過濕式除塵的壓力損失，△P_L是指濕式除塵噴水壓力，Q_b是指濕式除塵的噴水流量，Q_g是濕式除塵中煙氣流量，其中α和β是與煙氣中粉塵類型相關(guān)的常數(shù)。根據(jù)三菱提供的濕式靜電除塵方案中各項(xiàng)數(shù)據(jù)計(jì)算可得E_t=0.8，對(duì)應(yīng)于石膏液滴的α和β目前還沒有查到，但是當(dāng)E_t=0.8時(shí)對(duì)于各種酸霧（近似為微液滴），濕式除塵的效率均可達(dá)到70%以上。

雖然沒有實(shí)際的測(cè)試數(shù)據(jù)說明，但是根據(jù)電除塵和濕式除塵的機(jī)理，已能說明濕式靜電除塵器可有效地除去煙氣中石膏粉塵和石膏液滴。

目前國外研究和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，1電場(chǎng)濕式靜電除塵器的除塵效率在70%左右，2電場(chǎng)的除塵效率在90%以上，這樣濕式靜電除塵器除去石膏的效率應(yīng)高于除去粉塵的效率。也就是說如果吸收塔出口石膏液滴濃度在100 mg/m³時(shí)，進(jìn)入1電場(chǎng)濕式靜電除塵器后，最多不可能超過30 mg/m³（石膏粉塵濃度6 mg/m³），如果是2電場(chǎng)的濕式除塵器則會(huì)更低。可以達(dá)到國外吸收塔出口的水平，不會(huì)在煙囪出口出現(xiàn)石膏雨現(xiàn)象。鹽城大天力環(huán)境治理有限公司專一生產(chǎn)濕電除塵

4. 濕式電除塵器的應(yīng)用情況

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4.1 濕式靜電除塵器在北美應(yīng)用情況

根據(jù)相關(guān)國外資料的介紹^【12】，目前濕式靜電除塵器在北美的火電機(jī)組中情況如下：

布置在FGD內(nèi)濕式靜電除霧器示意圖

目前在美國正在有6臺(tái)新建的燃用高硫煤的600~750MW，采用在濕法脫硫系統(tǒng)后加裝濕式靜電除塵器，作為控制SO₃酸霧的措施，以替代原有在電除塵器前煙道內(nèi)噴氨除SO₃酸霧的方案^【15】。

4.2 日本三菱濕式靜電除塵器技術(shù)

三菱濕式靜電除塵器從1975年開始應(yīng)用，最早是用于處理化工廠的重油鍋爐產(chǎn)生的煙氣。目前用于處理鍋爐后煙氣共有25臺(tái)套投入運(yùn)行，其中燃煤鍋爐為碧南700MW機(jī)組鍋爐。業(yè)績(jī)表如下：

三菱濕式靜電除塵器的主要技術(shù)特點(diǎn)

l 采用水平板式濕式靜電除塵器設(shè)計(jì)方式，獨(dú)立布置在FGD出口煙道上。除塵器內(nèi)煙氣流速2.4m/s。

l 采用霧化效果良好的噴嘴，在沖洗時(shí)放電極和集塵極同時(shí)通電，可保證不產(chǎn)生有害放電現(xiàn)象。

l 放電極采用特殊形狀和安裝方法，不會(huì)因振動(dòng)或腐蝕而損壞。

l 對(duì)噴嘴排列形式和集塵極板型式進(jìn)行優(yōu)化，可保證對(duì)極板最佳的清洗效果，同時(shí)噴出的霧化水，可以對(duì)煙氣中粉塵和液滴起洗滌作用。

三菱濕式電除塵技術(shù)的主要問題

l 除塵原理與普通電除塵原理相同，噴淋水僅對(duì)集塵極板表面進(jìn)行清洗作用，提高了集塵效率，但是因除塵面積較小單一電場(chǎng)的除塵效率在70%左右，一般采用2電場(chǎng)時(shí)除塵效率在90%左右。

l 循環(huán)水需加入NaOH進(jìn)行中和，如果煙氣中SO₃含量較高時(shí)，NaOH加入量相應(yīng)增大，運(yùn)行成本增加，同時(shí)廢水排入脫硫系統(tǒng)后也將加重脫硫廢水處理負(fù)擔(dān)。

l 濕式電除塵器殼體內(nèi)表面鱗片襯里耐溫只能達(dá)到80℃水平。

l 噴嘴、濾網(wǎng)為易損件，更換周期較短。三菱提供數(shù)據(jù)為噴嘴的壽命在5~10年。還增加了循環(huán)水泵、廢水泵和加堿泵等轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械，運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用較干式除塵器高。

三菱濕式電除塵器的系統(tǒng)圖：

4.3 日立的濕式靜電除塵技術(shù)

日立的濕式靜電除塵器于2001年開始應(yīng)用于中部電力的碧南電廠4、5號(hào)1000MW機(jī)組上，日立的濕式電除塵技術(shù)與三菱重工基本一致，只是在噴嘴型式和布置方式、放電極的形式、集塵極板的形式上有所不同外，其最大的差異就是極間距較小只有300mm，在對(duì)放電極進(jìn)行水沖洗時(shí)必須要斷電。

日立濕式靜電除塵器的主要技術(shù)差異：

l 放電極采用帶芒刺片的鋼管制成，由于圓柱電容容量大，因而能產(chǎn)生強(qiáng)電場(chǎng):芒刺尖端放電效果好，能產(chǎn)生強(qiáng)電流，即氣體電離效果好。集塵板采用大平板設(shè)計(jì)，極間距300mm。

l 集塵極與放電極的噴淋水由不同管道提供，在電除塵運(yùn)行過程中集塵極一直保持噴淋狀態(tài)，而放電極一般一天只噴淋一次，放電極噴淋時(shí)電除塵需暫時(shí)停電幾分鐘。

l 集塵極噴淋的噴嘴在設(shè)計(jì)上指向性較強(qiáng)，可避免將水噴淋到放電極上，對(duì)煙氣的洗滌作用較三菱噴淋方式較弱。

l 濕式電除塵中的煙氣流速較高，達(dá)到3.6m/s左右，除塵效率較低只有60～70%。

l 日立濕式電除塵器的殼體、噴嘴、放電極和集塵極等與煙氣和水接觸的部件均采用SUS317耐蝕不銹鋼制作，基本上不會(huì)腐蝕現(xiàn)象發(fā)生。

4.4 碧南電廠濕式靜電除塵器運(yùn)行情況

碧南電廠1-3號(hào)機(jī)組為超臨界700MW機(jī)組，4-5號(hào)機(jī)組為超臨界1000MW機(jī)組，設(shè)計(jì)煤種為灰份10%左右的高發(fā)熱量無煙煤；煙氣排放處理方式為：1-3號(hào)機(jī)組采用鍋爐出口+SCR+干式靜電除塵器+煙氣換熱器+FGD+濕式靜電除塵器+煙氣換熱器的方式，4-5號(hào)機(jī)組采用鍋爐出口+SCR+煙氣換熱器+2電場(chǎng)固定電極和1電場(chǎng)轉(zhuǎn)動(dòng)電極的干式電除塵器+FGD+濕式靜電除塵器+煙氣換熱器的方式，其中煙氣換熱器主要用高溫?zé)煔饧訜崦摿蚝蟮牡蜏責(zé)煔馓岣吲艧煖囟龋?/FONT>煙囪出口處煙氣溫度達(dá)到90℃左右，因煙氣內(nèi)含塵量極低且排煙溫度高無水蒸汽凝結(jié)，煙囪排放的煙氣基本透明。鹽城大天力環(huán)境治理有限公司專一生產(chǎn)濕電除塵