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湿式静电除尘器 在污染物减排治理中的应用

浏览:85 发表时间:2020-08-03 15:41:21

湿式静电除尘器在污染物减排治理中的应用


摘 要:湿式电除尘器对排放烟气中的微细、黏性或高比电阻粉尘,以及烟气中的酸雾、气溶胶、液滴、臭味、重金属、二英等污染物有显著的脱除效果,是深度处理大气污染物的高效设备,已在污染物

的减排治理方面得到了广泛应用。详细分析了湿式静电除尘器的工作原理、不同结构型式、系统组成及关键的应用问题。


关键词湿式静电除尘器;污染物;高效设备;


湿式电除尘器(Wet Electrostatic Precipitator,简称“WESP”)在满足超低排放、PM2.5治理方面的效果已得到广泛认可。国内外相关文献及实践表明,WESP对微细、黏性或高比电阻粉尘及烟气中雾、气溶胶、液滴、臭味、重金属(汞Hg、砷As等)、二英等污染物有着理想的脱除效果,是深度处理大气污染物的高效设备。2013年2月,国家环境保护部在最新编制的《环境空气细颗粒物污染防治技术政策(试行)》(征求意见稿)中明确指出:鼓励火电企业采用湿式电除尘等新技术,防止脱硫造成的“石膏雨”污染。目前,国内关于WESP系统论述的文献尚甚少,本文分析了WESP的工作原理、不同结构型式、系统组成及所存在的应用问题,为WESP的工程应用提供了指导和借鉴。


1.WESP的工作原理

   WESP是一种用于处理含湿气体的高压静电除尘设备,其工作原理是将雾化水喷向放电极和电晕区,由于雾化水的比电阻相对较小,其在电晕区与粉尘结合后,可使高比电阻粉尘的比电阻下降。雾化水在电极形成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,共同对粉尘粒子起到捕集作用,最终使粉尘粒子在电场力的驱动下到达集尘极而被捕集,喷雾形成的连续水膜将捕获的粉尘冲刷至灰斗中排出从WESP的工作原理可以看出,WESP与ESP(干式静电除尘器)的除尘原理基本相同,都要经历荷电、收集和清灰三个阶段,都是靠高压电晕放电使得粉尘荷电,荷电后的粉尘在电场力的作用下到达到集尘板(管)。两者的主要区别在于:ESP主要处理含水率很低的干性气体,WESP可用于处理含水率较高乃至饱和的湿气体;ESP一般采用机械振打或声波方式清除电极上的积灰,容易引起二次扬尘而降低除尘效率,WESP采用液体冲洗集尘极表面,使粉尘随着冲刷液而清除,能够达到更低的粉尘排放浓度。如日本中部电力公司碧南发电厂的烟尘排放浓度在2~5mg/Nm3之间,新矶子电厂烟气处理采用干式电除尘器、活性炭脱硫及湿法电除尘器,烟尘排放浓度低于1mg/Nm3。


2 .结构型式

    WESP按照结构方式主要分为水平卧式(见图2)和竖直立式两种基本型式,竖直立式又分为独立布置以及与FGD整体式布置(见图3)。水平卧式和竖直独立布的WESP需要专门空间,与FGD整体式布置的WESP由于设置在脱硫塔顶部,不需要专门空间,占地面积小,投资成本和运行成本较低。加拿大New Brunswick电力公司的Dalhousie和Coleson Cove电厂(315MW机组)较早采用这种整体布置形式对脱硫塔进行改造,以降低初期投资和运行费用;近些年与FGD整体式布置的WESP在国内应用也较广泛,如国电都匀福泉电厂、甘肃玉门油田分公司等。

水平卧式WESP的收(集)尘极呈平板状,具有可获得良好的水膜形成特性,极板间均匀布置电晕线,可处理水平或垂直流动的烟气;竖直立式WESP的收(集)尘极为多根并列的圆形或多边形导电管束,放电极均布于

极板之间,只能用于处理垂直流动的烟气。一般来讲,同等通气截面积情况下,竖直立式WESP的效率为水平卧式板式的2倍。两种结构型式WESP的对比结果见表1。

WESP主要由结构本体、阴极系统、阳极系统、雾化冲洗系统、水处理系统、电控系统等组成(如图5所示)。W E S P本体与干式ESP基本相同,包括:进口喇叭、出口喇叭、壳体、放电极及框架、

集电极绝缘子、雾化喷嘴和管道等。


3.1 阴极系统

      阴极系统由阴极承载梁、阴极线、重锤和下部阴极框架组成,阴极线上端挂接于阴极承载梁上,下端将阴极线与重锤组合在一起。阴极线的选取原则是:坚固耐用、起晕电压低、放电强烈、电晕电流密度大、刚性好、耐酸抗氯离子腐蚀性强(如铅锑合金材料)。通常采用锯齿线作为放电极,以满足微细粉尘荷电的要求。不同型式阴极线的选取参数见表2。


3.2 阳极系统

      阳极系统采用特制的阳极板(管)结构,以满足雾化喷淋、洗涤的运行要求。对于竖直立式WESP,目前的阳极系统大多采用模块化蜂窝布置的正六角形导电阻燃玻璃钢管束作为收尘极。由内切圆为Φ350mm/360mm、

壁厚3mm,长度6000mm的CFRP正六角型蜂窝管组成蜂窝状电极,悬挂在管束支撑梁上(见图6)。


3.3 雾化冲洗系统

      雾化冲洗系统一般安装在WESP上部,利用双流体雾化喷枪实现循环水的雾化,雾化后的水滴随烟气进入WESP工作区,在电场作用下趋向集尘极,并在集尘极上形成水膜,在重力作用下携带液滴颗粒物顺流进入集

水箱或脱硫塔内。


3.4 水处理系统

      水处理系统包括循环水箱、循环水泵、排水箱、排水泵、碱储罐、碱计量泵、工业水箱、工业水泵和相应管道等。喷淋除尘后的收集液先收集入排水箱,加入NaOH溶液进行pH调整后,外排至脱硫系统作为补充水,其他水量通过排水箱溢流到循环水箱;循环水箱中的循环水通过补加工业水和碱液来调配其pH值在8~10,作为湿式静电除尘器的循环水,回流给雾化喷嘴使用。外排损耗的水量由工业水另行补充(如图7)。


3.5 电控系统

    WESP的电控系统由低压控制系统和高压控制系统两部分组成,用电负荷主要有WESP本体、绝缘箱加热装置、水泵等。低压控制系统用于绝缘箱加热器的配电控制,配备了PLC控制系统,用于实现绝缘箱加热器的

自动化,使绝缘箱温度始终保持在100℃~120℃;高压控制系统主要是高压控制柜和高压发生器,为电晕电极装置提供电源以形成电晕场,实现烟气的深度净化。


3.影响:

(1)雾滴可以保持放电极清洁,使电晕一直旺盛;雾滴击打在集尘极上连续形成薄而均匀的水膜,可阻止低比电阻粉尘的“二次飞扬”、调质高比电阻粉尘防止发生“反电晕”现象、防止黏滞性强的粉尘黏挂电极,

并适合于收集易燃、易爆的粉尘。

(2)雾滴直接喷向放电极和电晕区,放电极还可兼起雾化器的作用,采用同一电源可实现电晕放电、水的雾化、水雾和粉尘粒子荷电,实现静电和水雾的有机

结合。

(3)雾滴直接喷向放电极,荷电量高,这种高荷质比雾化水在电场中的碰撞拦截、吸附凝并作用可大大提高除尘效率。

(4)将雾滴喷向放电极和电晕区,使水雾进一步雾化,静电与雾化喷淋装置无直接接触,不存在绝缘问题。

(5)芒刺电极能产生很强的静电场,同时具有很好的电晕放电能力,静电和雾滴协同作用,具有很高的除尘效率。

(6)雾滴在集尘极上形成水流流下,使集尘极(管)始终保持清洁,省去了振打装置,同时避免了干式除尘由于振打清灰带来的二次污染问题。



4. WESP应用的关键问题

     WESP在国外燃煤电厂已有30多年的应用史,目前约有50余套WESP装置应用于美国、欧洲及日本的电厂。我国环保企业从2009年开始投入湿式电除尘器的研究和开发,从试验、中试到工业应用,目前已取得了多个项目的成功应用,并得到很好的使用效果。燃煤电厂烟气污染控制系统结构通常为“SCR(脱硝系统)+ ESP(干式静电除尘器)+ WFGD(湿法脱硫)+ WESP”,WESP作为大气复合污染物控制系统的深度处理技术,主要用于脱除WFGD系统无法捕获的酸雾(0.1~0.5μm)、控制PM2.5细颗粒物的排放、解决烟气排放浑浊度以及石膏雨等问题。WESP推广应用的关键问题如下:

(1)对烟气参数的要求。

        进入WESP电场的烟气温度需降低到饱和温度以下,否则会蒸发掉大量的冲洗液,使粉尘颗粒变干燥;粉尘浓度不宜过高,避免形成不易冲洗的泥浆;由于WESP工作在低温(低于硫酸露点温度)潮湿的工作环境,SOx浓度不易过高,否则易造成部件的低温腐蚀。

(2)必须形成均匀连续的液膜。若冲洗水不能均匀连续分布在集尘极(管)表面,在极板(管)上易形成“干污点”,积聚粉尘,导致电流被抑制,形成大规模的电晕闭锁,降低除尘效率。

(3)对几何尺寸有严格要求。WESP集尘极和放电极的几何形状必须合适,否则会出现空间充电效应或电晕抑制现象。

(4)FGD系统水平衡难度大。对于与FGD整体式布置的WESP装置来说,由于WESP冲洗水采用闭式循环,随着水中含尘量的增加,需不断补充原水、排出废水,废水排出量与烟气中含尘量几乎呈线性关系,增大

了FGD系统水平衡的难度。

(5)需占用炉后空间。若WESP布置在FGD后,循环水箱和水泵等废水处理设备可布置在电除尘器下部,需要占用炉后位置,增大了炉后设备的布置难度,对于已投产的老机组来说,场地布置将是一个主要难题。

(6)运行成本较控制。对于水平卧式WESP,由于阳极板、芒刺线等接触烟气的部件大量采用耐腐蚀不锈钢材料,投资成本较高。同时,运行中除WESP本体消耗电量外,循环水泵等还将产生部分电耗;对喷淋冲洗

水适当进行pH值控制对维持设备正常运行非常重要,冲洗水中添加的NaOH溶液也将提高一部分运行成本;设备维护等也增加了额外费用。因此,水平卧式WESP的运行成本会高于ESP[6]。

5.结论

(1)WESP具有除尘效率高、操作简单、压损小、能耗小、无运动部件、无二次扬尘、维护费用低、生产停工期短、可工作于烟气露点温度以下、结构紧凑、可与其它烟气治理设备相互结合、设计形式多样化等优点。

(2)WESP可实现微细颗粒物(PM2.5粉尘、酸雾、气溶胶)、重金属(Hg、As、Se、Pb、Cr)、有机污染物(多环芳烃、二英)等污染物的联合脱除,处理后的烟尘排放浓度可达10mg/Nm3甚至10mg/Nm3以下。

(3)WESP收尘性能与粉尘特性无关,适用于含湿烟气的处理,有着其他除尘技术无可比拟的优势,尤其适用于电厂、钢厂湿法脱硫之后含尘烟气的处理,必然在工业污染物脱除领域发挥巨大的作用。


更多静电除尘设备工艺资讯:催化燃烧


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