濕式靜電除塵器(WESP)在百萬燃煤機(jī)組的應(yīng)用實(shí)例分析
2016-02-03 11:38:43
作者：戴剛權(quán) 王磊 翁林鋼 謝高旺
Application Analysis of Wet Electrostatic Precipitator in1,000MW Coal-fired Power Plants
Dai Gangquan, Wang Lei , Wen Lingang,Xie Gaowang
(Zhejiang TUNA Environmental Science & TechnologyCo., Ltd, Shaoxing, Zhejiang, 312000, China)
Abstract: A brief induction of the Wet ElectrostaticPrecipitator (WESP) technology is given in this paper along with itsdevelopments and applications both domestic and international. The focus of thispaper is the application analysis of our WESP in the 1000MW coal-fired powerplants. The fuel gas before/after the implementation of the WESP was sampled, analyzedand compared to show that the WESP is capable to eliminate the super-fineparticles, SO3 aerosol, and the gypsum after the WFGD effectively.
Keywords: Wet Electrostatic Precipitator (WESP), 1000MW, Coal-fired Power Plants,Super-fine Particles.
近年來，隨著我國的國民經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，一些“粗放”式發(fā)展模式下的弊端也逐漸顯現(xiàn)出來---環(huán)境污染日益嚴(yán)重，在以京津冀、長三角、珠三角為代表的經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)集中爆發(fā)了嚴(yán)重的霧霾污染，對公眾的健康造成威脅。燃煤電廠排放的煙氣是大氣污染的主要來源之一，也是大氣污染治理的重點(diǎn)。
為貫徹可持續(xù)發(fā)展觀，國家對燃煤電廠的節(jié)能減排提出了新的要求，根據(jù)《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB13223-2011）的規(guī)定，重點(diǎn)地區(qū)的二氧化硫、氮氧化物及粉塵的排放濃度限值分別為100、50、20mg/Nm3，由于環(huán)保的壓力，這些地區(qū)已經(jīng)按照燃?xì)鈾C(jī)組的標(biāo)準(zhǔn)50、35、5 mg/Nm3開始要求。
為了達(dá)到這些排放要求，需要一種能夠去除這些細(xì)微顆粒物的環(huán)保設(shè)備。濕式靜電除塵器（WESP）作為大氣污染物控制的終端深度處理系統(tǒng)，對S03氣溶膠、氮氧化物和PM2.5粉塵等都具有很高的脫除效率，同時汞的脫除效果也很好。因此，在我國燃煤電廠研究和推廣應(yīng)用濕式靜電除塵技術(shù)具有非常重要的意義。
1. 濕式靜電除塵器
1.1. 除塵原理
濕式靜電除塵器通過陰極線直流高壓放電，將周圍空氣電離，煙氣中的粉塵荷電后，受電場力驅(qū)使被收集到集塵板上，與干式電除塵不同的是，濕式靜電除塵用噴淋水替代振打來達(dá)到清灰的功能。
如圖1所示，濕式靜電除塵器一般布置在濕法脫硫之后。濕法脫硫出口煙氣中的大部分粉塵已被干式電除塵除去，并成為夾帶石膏顆粒的濕飽和煙氣，通過濕式靜電除塵器處理后，達(dá)到排放要求，由煙囪排出。
圖 1濕式靜電除塵布置位置
1.2. 國內(nèi)外應(yīng)用情況
濕式靜電除塵技術(shù)在美國、歐洲、日本等發(fā)達(dá)國家已較為成熟，有近30年的燃煤電廠應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，已有近百套不同類型的WESP在電廠大型機(jī)組上成功運(yùn)行，如：2000年投運(yùn)的美國NB電力公司Dalhousie電廠315MW機(jī)組；2001年投運(yùn)的日本中部電力碧南電廠（2×1000MW）機(jī)組[1]；2002年投運(yùn)的美國Xcel能源公司Sherburne電廠750MW機(jī)組等。
在國內(nèi)，濕式靜電除塵器在冶金、硫酸行業(yè)已有30多年的成功應(yīng)用[2]，已制定《煤氣用濕式電除塵》（JB/T6409-2008）的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。近兩年隨著環(huán)保要求的提高，在火電行業(yè)開始大面積應(yīng)用，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)已有近百臺合同業(yè)績，10余臺投運(yùn)業(yè)績。
1.3. 蜂窩管式WESP工業(yè)試驗(yàn)平臺
為了驗(yàn)證濕式靜電除塵器的效果，我們設(shè)立了一個導(dǎo)電玻璃鋼蜂窩管式WESP工業(yè)試驗(yàn)平臺，如圖2所示，應(yīng)用于脫硝催化劑生產(chǎn)窯爐的煙氣深度治理，其治理的主要污染物為粉塵、氣溶膠和PM2.5，處理的煙氣量為10000Nm3/h，煙氣溫度為50~70℃，入口的粉塵濃度為55mg/Nm3，設(shè)計(jì)除塵效率為91%。
如圖3所示，開啟試驗(yàn)平臺的蜂窩管式WESP后，肉眼基本看不到白煙了。經(jīng)煙塵儀測量，開啟WESP后的粉塵排放濃度減至4.3mg/Nm3，實(shí)際的粉塵去除效率達(dá)到92.18%，PM2.5的去除率達(dá)到85.5%，霧滴的去除率達(dá)到78.7%，設(shè)備的阻力為185Pa。實(shí)測數(shù)據(jù)表明了該蜂窩管式WESP可有效去除催化劑窯爐煙氣中的粉塵、PM2.5和霧滴，達(dá)到超低排放。
圖 2蜂窩管式WESP三維模型圖
圖 3蜂窩管式WESP試驗(yàn)平臺投運(yùn)前、后對比圖
2. 濕式靜電除塵器應(yīng)用在百萬機(jī)組燃煤火電廠超低排放項(xiàng)目
目前我國燃煤機(jī)組最大裝機(jī)容量為1000MW，濕式靜電除塵器在燃煤電廠百萬機(jī)組的應(yīng)用實(shí)例并不多，因此對百萬機(jī)組的應(yīng)用實(shí)例分析具有一定的實(shí)際參考意義。本節(jié)給出了國電寧波北侖電廠三期#7機(jī)組（1000MW）加裝濕式靜電除塵的應(yīng)用實(shí)例，通過對裝WESP前、后的煙氣排放成分分析及對比，證明了濕式靜電除塵器可有效去除燃煤電廠煙氣中的SO3氣溶膠、氮氧化物、粉塵和PM2.5等污染物，滿足百萬燃煤機(jī)組的超低排放要求。
2.1. 應(yīng)用背景
為達(dá)到國家的燃煤機(jī)組大氣污染排放新標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)燃煤機(jī)組在完成改造之后的煙氣排放達(dá)到天然氣機(jī)組標(biāo)準(zhǔn)，由南京國電環(huán)?？萍加邢薰九c浙江德創(chuàng)環(huán)保合作EPC總承包，對國電寧波北侖電廠三期#6、#7機(jī)組（2×1000MW）加裝濕式靜電除塵設(shè)備。
2.2. 工程概況
國電寧波北侖電廠#6、#7機(jī)組（2×1000MW）濕式靜電除塵器的陽極系統(tǒng)運(yùn)用模塊化設(shè)計(jì)，將整個陽極系統(tǒng)分為48個陽極模塊，模塊由車間生產(chǎn)并通過公路運(yùn)輸，現(xiàn)場再按圖紙安裝成整體。陽極管(收塵集)采用的導(dǎo)電玻璃鋼具有非常好的耐腐蝕性能[2]，且具有很強(qiáng)的疏水性，能有效地阻隔灰塵和石膏對陽極壁的粘結(jié)。導(dǎo)電玻璃鋼極板具有耐腐蝕、重量輕、導(dǎo)電性能好、抗燃、抗氧化性好等方面擁有的突出特點(diǎn)，在技術(shù)風(fēng)險和可靠性、運(yùn)行費(fèi)用上占有較大的優(yōu)勢，代表著濕式靜電除塵技術(shù)的發(fā)展方向。
陰極線采用2205不銹鋼材料制作的管狀針刺線，具有強(qiáng)度高，耐腐蝕性能好等特點(diǎn)，能適用于飽和濕煙氣環(huán)境長期工作。陰極線固定于上下框架上，框架通過設(shè)置于殼體外部的絕緣箱支撐，絕緣箱內(nèi)吊桿采用陶瓷管支撐，絕緣箱內(nèi)配有電加熱裝置，其內(nèi)部溫度維持在120~140 ℃，同時絕緣箱還配有熱風(fēng)吹掃裝置，以保證絕緣箱時刻保持干燥絕緣狀態(tài)。陰極鉛垂布置，底部有固定防擺裝置，裝置內(nèi)設(shè)置的拉桿采用陶瓷材料并配有加熱功能保證其干燥絕緣。
進(jìn)、出口煙道以及陽極模塊以下部分采用玻璃鱗片防腐，陰極大梁、陽極模塊以上本體采用襯預(yù)硫化定基橡膠防腐，陰極上框架其余部分全部采用2205不銹鋼制作。
目前，#7機(jī)組的濕式靜電除塵器已完成安裝、調(diào)試及試運(yùn)行，并正式投入使用。本文使用的測試數(shù)據(jù)均來自于#7機(jī)組。
2.3. 運(yùn)行情況
#7機(jī)組于2009年6月建成投產(chǎn)，其脫硫系統(tǒng)（WFGD）改造于2013年1月完成，如圖4所示，#7機(jī)組的濕式靜電除塵器布置在WFGD后，考慮到電廠的空間和濕式靜電除塵器的體積重量等因素，采用塔外鋼支架獨(dú)立布置的形式，不影響吸收塔安全，支架的支撐梁避開地下鋪設(shè)的管道。#7機(jī)組的WESP進(jìn)口煙氣流量約為2950000Nm3/h，濕飽和煙氣由WFGD流向WESP，煙氣流向“上進(jìn)下出”。
蜂窩管濕式電除塵在陽極管上部設(shè)置有一層間歇噴淋，此噴淋由沖洗水泵供水，采用高壓力及專用的無堵塞沖洗噴嘴，正常運(yùn)行時，濕式電除塵溫降僅為2~3℃，間斷噴淋時，溫降為5~7℃。噴淋時集塵極表面形成一層連續(xù)水膜，收集下來的煙塵隨水膜重力自流至下部集液槽，實(shí)現(xiàn)在線清灰。溫度40℃以上時，石膏易溶于水，粘度下降，不易粘結(jié)在陽極管上，整個設(shè)備在運(yùn)行過程中不會產(chǎn)生灰塵和石膏的粘結(jié)現(xiàn)象。
#7機(jī)組的濕式靜電除塵器自2015年3月投運(yùn)至今已正常運(yùn)行2個多月，系統(tǒng)運(yùn)行的各項(xiàng)指標(biāo)正常、穩(wěn)定。
圖 4國電寧波北侖電廠#7機(jī)組（1000MW）濕式靜電除塵器
2.4. 應(yīng)用分析
國電北侖電廠#7機(jī)組濕式靜電除塵器正常運(yùn)行2個月來，通過對各項(xiàng)監(jiān)測數(shù)據(jù)的采樣和收集，可對濕式靜電除塵器的效果作出定量和定性的分析。
首先通過肉眼觀察，如圖5所示，#7機(jī)組煙囪排放的煙氣在濕式靜電除塵器投運(yùn)前、后有比較直觀的對比，濕式靜電除塵器投運(yùn)后煙囪排放的白煙明顯減少，說明濕式靜電除塵器對霧滴和粉塵的去除效果明顯。
再從定量的角度分析， #7機(jī)組完成濕式靜電除塵改造后的“168”小時滿負(fù)荷試運(yùn)行。該機(jī)組的實(shí)時環(huán)保數(shù)據(jù)為：二氧化硫11.6 mg/Nm3、氮氧化物40.4 mg/Nm3、煙塵2.2 mg/Nm3，這標(biāo)志著該燃煤機(jī)組經(jīng)過超低排放改造，污染物排放指標(biāo)已經(jīng)達(dá)到甚至優(yōu)于燃?xì)廨啓C(jī)標(biāo)準(zhǔn)。據(jù)測算，改造后#7機(jī)組每年可在原基礎(chǔ)上減排二氧化硫約500噸、氮氧化物約500噸、減排煙塵約27噸[3]。
圖 5國電北侖電廠#7機(jī)組WESP投運(yùn)前、后煙囪排放對比圖
3. 結(jié)論及展望：
濕式靜電除塵器因其穩(wěn)定、高效的除塵效果在發(fā)達(dá)國家的火電廠已有相當(dāng)廣泛的應(yīng)用，目前在我國火電行業(yè)也在積極推廣。本文通過對國電寧波北侖電廠#7機(jī)組（1000MW）燃煤機(jī)組濕式靜電除塵器的應(yīng)用實(shí)例分析，證明濕式靜電除塵器可以有效去除燃煤煙氣中的SO3氣溶膠、氮氧化物和粉塵等主要污染成分。隨著國家和公眾對環(huán)境保護(hù)的日益重視，相信濕式靜電除塵器會更快普及到各大燃煤電廠，在我國大氣污染治理的進(jìn)程中起到重要作用。
參考文獻(xiàn)：
[1]濕式電除塵器在燃煤電廠WFGD后的應(yīng)用分析，第15屆電除塵學(xué)術(shù)會議論文集，2013.
[2]朱連勇，蜂窩型導(dǎo)電玻璃鋼電除霧器在硫酸生產(chǎn)中的應(yīng)用，硫酸工業(yè)，2011，3-14.
[3]中國國電集團(tuán)公司官網(wǎng)新聞，北侖公司首臺百萬千瓦機(jī)組實(shí)現(xiàn)超低排放，2015-3-26.