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摘 要:目前燃煤机组烟尘需达到超低排放标准,通过对各种技术路线的调研及参数对比,安徽淮南洛能发电有限责任公司2x630MW机组烟尘超低排放改造最终采用导电玻璃钢立式管式湿式电除尘器的技术路线。
关键词:湿式电除尘器;导电玻璃钢;金属极板
1 前言
安徽淮南洛能发电有限责任公司#5、#6号(2x630MW)机组现有除尘器为福建龙净环保公司生产的双室四电场静电除尘器,烟气脱硫采用石灰石-石膏湿法脱硫工艺,脱硫出口烟尘排放浓度为30mg/Nm3。为满足国家超低排放的要求,需对除尘系统进行超低排放改造。目前针对烟尘的超低排放改造技术路线较多,有对静电除尘器进行提效改造、有加装低低温省煤器、有将脱硫除雾器改为高效除雾除尘装置、有在脱硫后端增设湿式电除尘器等。经过对各种改造路线进行调研与比较,拟在脱硫后端增设湿式电除尘器,来满足烟尘排放浓度<5mg/Nm3。为选择合适的湿式电除尘器的技术路线与方案,笔者对目前几种湿式电除尘器的技术性能与特点进行了对比,并确定了最终的湿式电除尘器的技术路线。
2 湿电市场背景
湿式电除尘器布置于湿法脱硫系统之后,可用于控制PM2.5、酸雾、气溶胶、亚微米颗粒物、汞、重金属及二恶英等的排放。日本三菱、日立公司均生产湿式除尘器,在日本已有三十多年的应用历史,最大应用机组容量为1000MW机组(碧南电厂4、5号机组)。在国内湿式电除尘器也应用有二十多年了,但以前主要应用于一些中小型化工、冶金等行业,尤以冶金行业应用居多,上世纪八十年代引进日本湿式电除尘器整体设备,应用于江西铜业贵溪冶炼厂一期烟气制酸系统。随着国家严格环保标准的实施及超低排放要求的推广,燃煤电厂兴起了湿式电除尘器应用的热潮,近期国内公司主要是引进日本日立公司或三菱公司的技术,也有引进德国技术在工程中应用的事例,更令人瞩目的是具有自主研发的国产新型湿式电除尘器制造企业;还有国外产品代理商以及各式各样的产品仿制公司等等,在治理大气污染物超低排放的大市场中,各显身手。通过某些电厂的应用,了解到直接引进技术的产品冲洗水量大,废水处理难度大,极板腐蚀等问题不断出现;仿制劣质产品使用效果更差,而自主研发的国产新型湿式电除尘器由于深刻了解到国内燃煤电厂的需要,并且消化吸收了国外技术的特点,因此得到越来越多电厂的推崇。
3 工作原理
湿式电除尘器(WESP)与干式电除尘器(DESP)的收尘原理基本相同,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集尘极板。但在对集尘板上捕集到的粉尘清除方式上WESP与DESP有较大区别,干式电除尘器一般采用机械振打或声波清灰等方式清除电极上的积灰;而湿式电除尘器一般布置在除尘脱硫系统的尾部,处理的是脱硫后的湿烟气,与烟气分离;尘(雾)粒子就被阳极所收集,饱和湿烟气在阳极板形成水膜,尘(雾)粒子在水膜的作用下,靠重力从阳极板上自流向下流入下部灰斗,而极小部分的尘(雾)粒子本身则由于其固有的黏性而附着在阳极板上,通过冲洗的方法将其清除。湿式清灰可以避免已捕集粉尘的再飞扬,达到很高的除尘效率。因无振打装置,运行也较可靠。
4金属极板卧式湿式电除尘器
4.1 国内应用的相关情况
华能北京热电有限责任公司4x830t/h液态排渣塔式直流炉,电厂为实现烟囱排放浓度小于10mg/Nm3的目标,与国内公司和国外日立公司(2012年 6月1日)进行了技术交流,结合现场条件,对加装湿式电除尘器和电袋一体复合式除尘器两方案进行了比较,初步结论:在脱硫吸收塔(两炉一塔)后加装1电场2室湿式电除尘器方案是达标可行的方案,连续耗水量148t/h,补充新水56 t/h,设备费7000万元。 原理图如左:
4.2 卧式金属极板式湿式电除尘器结构
湿式电除尘器主要结构与干式电除尘器基本相同,包括:进口喇叭、出口喇叭、壳体、放电极及框架、集电极绝缘子、喷嘴和管道以及灰斗等。
卧式金属平板式湿式电除尘器,属于日本的技术流派结构图如下:
湿式电除尘的冲洗水系统主要包括:循环水箱、循环水泵、废水箱、废水泵、碱液箱、加碱泵,滤网和原水供应管道等,典型流程如下图所示:湿式电除尘的冲洗水包括循环水和原水补水,从集电极流下的水在灰斗收集进入废水箱内沉淀下来,上层澄清水作为循环水回用,由循环泵打入湿式电除尘里进行喷淋,沉淀在底部的废水作为脱硫工艺水或排放到废水处理厂。循环水中还有加碱的一些设施,以中和冲洗水中溶解烟气中的SO3,避免与水接触的部件产生严重的酸腐蚀。
4.3 湿式电除尘器相比干式电除尘器的主要技术特点
利用喷水对集尘极清洗可使放电极和集尘极始终保持清洁,有效消除反电晕现象的发生,提高单位面积的集尘效率,在相同条件下达到更低的排放浓度;
因取消了振打,避免了粉尘在振打过程中的二次扬尘,特别适合于出口要求低粉尘浓度的场所(目前除尘器出口最低的粉尘浓度可达到1mg/Nm3以下水平);
在水中加入碱(NaOH)以中和烟气中SO3形成的酸,喷嘴、极板和极线均采用不锈钢材料,可有效防止严重腐蚀的发生;
流经喷嘴的循环水流量不随机组负荷变化而变化,水量基本保持不变,循环水的补水量与烟气中含尘量呈线性关系。
4.4 金属电极湿式电除尘技术存在的主要问题
设备给水排水系统复杂,循环水量、外排水量、补水量较大,运行水耗较高。
连续喷入碱性水,提高设备抗酸腐蚀性的同时也带来后续夹带的问题,湿式电除尘器在去除尘、雾滴时并无选择性,除尘的同时也会去除雾滴。连续噴入的碱性水是雾化状态的,也就是意味着大大增加了湿式电除尘器的雾滴处理负荷。其大部分负荷用来去除雾滴,除尘的功能就会受到影响。碱性雾化水中还含有亚硫酸钠硫酸钠等易结晶的颗粒物,这些颗粒物带入湿电后,会被当做粉尘进入环保监测的范畴。 循环水需加入NaOH进行中和,如果烟气中硫化物含量较高时,NaOH加入量相应增大,运行成本增加,同时废水排入脱硫系统后也将加重脱硫废水处理负担。
水膜喷嘴、滤网为易损件,更换周期较短。三菱提供数据为喷嘴的寿命在5~10年。还增加了循环水泵、废水泵和加碱泵等转动机械,运行和维护费用较干式除尘器高。
如喷碱系统出现故障很可能造成阳极板腐蚀,严重导致电场短路、无法运行。
5 导电玻璃钢立式管式湿式电除尘器
对于长期运行在酸性环境,用来脱除烟气中的尘、酸雾、气溶胶等细微颗粒的湿式电除尘器,阳极板材料的选择一直是最关键的问题。湿电除尘器按收尘阳极板材料的不同有四种:不锈钢阳极、导电玻璃钢阳极、柔性织物阳极、多孔泡沫金属阳极;按结构型式分为:卧式金属平板式、立式导电玻璃钢蜂窝式、立式柔性矩形、立式泡沫金属径流式。
卧式不锈钢金属平板式湿式电除尘器属于日本的技术流派。国内公司及代理商主要是引进日本日立公司或三菱公司的该项技术,引进技术的湿电除尘器极板冲洗大量碱性水的处理和阳极板的腐蚀已制约了湿电除尘器的选型应用。国内某公司研发的湿式静电柔性电极燃煤烟气深度净化技术,2012年12月在湖南益阳电厂300MW机组中应用,提供了柔性织物阳极湿电除尘器范例,但由于柔性电极本身的结构特点,阳极板间距随烟气的流动而晃动变化,影响了除尘效果,目前该产品在国内市场应用较少。
5.1 导电玻璃钢电极湿式电除尘技术
导电玻璃钢电极湿式电除尘器是使含尘(雾)气体通过高压直流静电场,利用静电分离原理将气体净化。利用静电分离作用净化气体一般分为四个过程:
(1)气体电离
(2) 颗粒荷电
(3) 荷电烟尘(雾)的运动
(4)荷电颗粒放电
导电玻璃钢电除尘器主要由以下部分组成:上壳体、集尘极室、中下壳体、绝缘子室、阴极系统及内部冲洗装置。
导电玻璃钢收尘极,蜂窝结构,具有收尘面积大、荷电均匀、长寿命等特点。
玻璃钢电除尘器本体、阳极管组等的材料为碳纤维增强复合材料,阴极线材料为合金材料。
碳纤维主要是由碳元素组成的一种特种纤维,其含碳量随种类不同而异,一般在90%以上。碳纤维具有一般碳素材料的特性,如耐高温、耐摩擦、导电、导热及耐腐蚀等,但与一般碳素材料不同的是,其外形有显著的各向异性、柔软、可加工成各种织物,沿纤维轴方向表现出很高的强度。
导电玻璃钢是一种力学性能优异的新材料,它的比重不到钢的1/4,碳纤维树脂复合材料抗拉强度一般都在3500MPa以上,是钢的7~9倍,抗拉弹性模量为23000~43000MPa亦高于钢。因此CF的比强度即材料的强度与其密度之比可达到2000MPa/(g/cm3)以上,而A3钢的比强度仅为59MPa/(g/cm3)左右,其比模量也比钢高。
5.2 导电玻璃钢电极管式立式湿式电除尘器结构
管式立式湿式静电除尘器主要由阳极系统(沉淀极)、阴极系统(电晕线)、上下气室、间断冲洗系统、高压直流供电电源等组成。
(1)阳极系统
采用立式蜂窝状结构,受力状态好、结构紧凑、六边型结构放电死区小。沉淀极采用导电玻璃钢高导复合材料整体加工而成。该材料是以高分子导电材料为粘合剂、纤维及其制品作增强材料、高碳纤维为导电功能材料合成的高导复合材料,它具有重量轻、导电性能优良、耐腐蚀性能优异、阻燃性能好、疏水性强等特点。
运行时收集下来的液滴在沉淀极表面形成液膜,由于该材料具有很强的疏水性,能有效地阻隔尘和石膏对沉淀极壁的粘接,靠重力自流至下部集液槽,实现自动清灰,收集液可返回脱硫塔内循环使用。
(2)阴极系统
阴极系统包括电晕线、绝缘箱等,电晕线材料选用耐氯离子及电化学腐蚀的钛合金或其他耐腐蚀金属材料,有效解决了阴极系统的腐蚀。电晕线利用最新研发的具有特殊几何形状、起晕电压低、电场强度高、高效芒刺饱和放电结构,提高了粒子驱动力和电流密度。
阴极线的固定采用刚性连接,使得放电距离均匀,提高了电压的稳定性。通过大量实验研究确定了电晕线和沉淀极之间最佳距离,安全运行气速可达到3.5米/秒。
(3)上下气室
材料气室及外壳材料为全玻璃钢材质,耐腐蚀、强度高、安装简便、美观,自身具有保温功能,不需要另设保温装置。
(4)间断冲洗系统
在沉淀极管上部设置有一层间断喷淋装置,采用专用的无堵塞冲洗喷嘴,每隔24~48小时冲洗一次,每次3~5分钟。
正常生产运行过程中无需冲洗。
每台湿式静电除尘器分为多个电场,当需要进行间断冲洗时,控制系统会自动停掉其中一个电场或该电场降压运行,并按程序打开相应的冲洗水阀门,冲洗完成后即可自动开启该电场。
5.3 选用导电玻璃钢湿式电除尘器需要注意的主要问题
由于设备选材为玻璃钢材质,其为复合材料,因此生产厂家在加工制作过程中的质量控制尤为重要。
导电玻璃钢电极湿式电除尘器有上述诸多优点,但要将该设备做好,并不是每个厂家都能做到,从设计选型,材料的应用到加工制造以及现场安装都有很多技术诀窍,使用单位在生产厂家的选择时需要进行市场调研,找到有实力、应用业绩好的单位。
设备安装专业性极强,目前各主要的电力安装公司,尚不具备该设备的安装能力,使用单位要选择具有相应专业能力的安装单位,最好由设备加工制作企业一并进行安装。
6导电玻璃钢材质立式管式湿式电除尘器电力工程案例及部分业绩
6.1国电泰州电厂4x1000MW机组湿式电除尘器
国电泰州电厂一期工程2x1000MW超超临界机组配套的湿式电除尘器,烟气流向为上进侧出,烟气量为4540000 m3/h,烟气流速:3.4m/s ,一室8分区,除尘器清水采用脱硫工艺水,收集的粉尘和水排入脱硫系统浆液中。#1机组于2014年11月9日通过168试生产,#1机组于2015年3月通过168试生产, 2014年11月及2015年3月分别经过了泰州市环境監测中心检测,经过湿电后的烟囱排放口烟尘平均含量为3mg/Nm3,小于设计要求的烟尘含量5mg/Nm3。2015年12月江苏省环境监测中心又对两台湿电进行了性能试验测试,#1出口含尘均值为1.9 mg/Nm3, #2出口含尘均值为1.8 mg/Nm3。 国电泰州电厂二期工程2x1000MW超超临界二次载热机组配套的湿式电除尘器,烟气流向为上进侧出,烟气量为4540000 m3/h,烟气流速:3.4m/s ,一室8分区,除尘器清水采用脱硫工艺水,收集的粉尘和水排入脱硫系统浆液中。#3机组于2015年8月12日通过168试生产, 10月上旬经过了江苏省环境监测中心检测,经过湿电后的烟囱排放口烟尘平均含量为2.4mg/Nm3,小于设计要求的烟尘含量5mg/Nm3。
6.2大唐南京电厂2x660MW机组湿式电除尘器
大唐南京电厂2x660MW机组分别于2014年11月和2015年6月进行了超低排放改造,在脱硫吸收塔后增加湿式电除尘器,烟气流向为上进侧出,一室六分区,烟气量:2700000 m3/h,电场烟气流速:2.78m/s,除尘器清水采用脱硫工艺水,收集的粉尘和水排入脱硫系统地坑中。#2机组于2014年12月经过江苏省苏力环境科技有限公司检测,经过湿电后的烟气中烟尘平均含量2.3mg/Nm3, 小于设计要求的烟尘含量5mg/Nm3。
7 金属极板卧式湿式电除尘器与导电玻璃钢立式管式湿式电除尘器的特点对比
7.1 无二次污染
在运行过程中不需要喷淋碱液水,收集下来的仅为烟气中尘、雾及气溶胶,并返回脱硫岛中循环使用,不会产生新的二次污染物。
7.2耗水量少
蜂窩状阳极管定期24~48小时冲洗一次,每次每个分区喷淋3~5分钟。以六十万机组容量计算,用水量仅需1~2m3/h,可以作为脱硫岛补充水,不影响系统的水平衡。
7.3 操作简便
运行成本低。主体设备免维护,附属设备数量少,可在上位机上实现一键式操作。运行中仅消耗少量的电。
7.4设备结构紧凑,布置灵活
阳极采用蜂窝六边形模块结构,整体一次模压成型,结构强度高,占地面积小。烟气流向可以根据现场实际情况,采用上进下出或下进上出等各种形式,流场阻力小,安装方便,施工周期短。
7.5电气性能优良,除尘除雾效率高
阳极采用高导复合材料具有金属相似的导电性,配合专有的阴极线和独特阴极结构,阴极系统改进为刚性结构,克服了因烟气流速过高造成阴极系统晃动引起运行电压不稳定,导致设备除尘除雾效率低缺陷;电场能在高流速条件下稳定运行,除尘除雾效率大于90%。
7.6防腐蚀,安全可靠,使用寿命长
导电玻璃钢阳极高导复合材料具有比金属更优异的耐腐蚀性和稳定性。高阻燃性,氧指数大于30;在含湿酸性气体和含氟氯离子的环境中无任何腐蚀。阳极管内表面采用纳米级材料处理,内表面光滑,疏水性好,石膏、烟尘不易粘接。壳体使用新型耐腐蚀复合材料,代替了原钢衬鳞片再外保温工艺结构,耐腐蚀性能优异,抗老化、强度高,可长周期无故障运行,免维护,模块化安装,缩短安装工期,设备做到零漏风零泄漏。于1993年投入运行的第一台湿电除尘器,至今已有20多年,仍在稳定运行中,各部件完好。
8安徽淮南洛能发电有限责任公司最终湿式电除尘器方案选择
安徽淮南洛能发电有限责任公司为实现烟尘的超低排放需增设湿式电除尘器设备,综合金属极板卧式湿式电除尘器与导电玻璃钢立式管式湿式电除尘器各自特点最终确定选择导电玻璃钢立式管式湿式电除尘器作为脱硫后深度除尘的设备,主要基于以下几方面的考虑:
(1)金属极板卧式湿式电除尘器布置需要的平面位置较大,且烟气管道配置占地大,而现有#5、#6机组脱硫出口与烟囱之间的场地脱硫之后的空间过于狭小,现场场地无法满足卧式安装的要求。立式管式湿式电除尘器布置较为灵活,可布置在现有增压风机支架上部,烟气管道布置也较为简单,出口可直接接入汇总净烟道。
(2)金属极板卧式湿式电除尘器产生的废水量较大约为30m3/h,脱硫系统水平衡较为紧张,难以接收湿式电除尘器排出的大量废水。导电玻璃立式管式湿式电除尘器冲洗水量少,仅1~2m3/h,该部分水进入脱硫系统,不会影响脱脱硫系统的水平衡。
(3)导电玻璃立式管式湿式电除尘器较金属极板卧式湿式电除尘器在操作维护上更为简单,且运行成本及维护费用也较低。
参考文献
[1] 王敏 王东歌等。燃煤电厂采用实施电除尘器深度除尘的应用研究 [J]电力科技与环保2016,32(1)26-29
[2] 徐志强。竖流管式湿式电除尘器在燃煤电厂的应用 [J]:江苏机电工程 2016 35(1)95-97。
关键词:湿式电除尘器;导电玻璃钢;金属极板
1 前言
安徽淮南洛能发电有限责任公司#5、#6号(2x630MW)机组现有除尘器为福建龙净环保公司生产的双室四电场静电除尘器,烟气脱硫采用石灰石-石膏湿法脱硫工艺,脱硫出口烟尘排放浓度为30mg/Nm3。为满足国家超低排放的要求,需对除尘系统进行超低排放改造。目前针对烟尘的超低排放改造技术路线较多,有对静电除尘器进行提效改造、有加装低低温省煤器、有将脱硫除雾器改为高效除雾除尘装置、有在脱硫后端增设湿式电除尘器等。经过对各种改造路线进行调研与比较,拟在脱硫后端增设湿式电除尘器,来满足烟尘排放浓度<5mg/Nm3。为选择合适的湿式电除尘器的技术路线与方案,笔者对目前几种湿式电除尘器的技术性能与特点进行了对比,并确定了最终的湿式电除尘器的技术路线。
2 湿电市场背景
湿式电除尘器布置于湿法脱硫系统之后,可用于控制PM2.5、酸雾、气溶胶、亚微米颗粒物、汞、重金属及二恶英等的排放。日本三菱、日立公司均生产湿式除尘器,在日本已有三十多年的应用历史,最大应用机组容量为1000MW机组(碧南电厂4、5号机组)。在国内湿式电除尘器也应用有二十多年了,但以前主要应用于一些中小型化工、冶金等行业,尤以冶金行业应用居多,上世纪八十年代引进日本湿式电除尘器整体设备,应用于江西铜业贵溪冶炼厂一期烟气制酸系统。随着国家严格环保标准的实施及超低排放要求的推广,燃煤电厂兴起了湿式电除尘器应用的热潮,近期国内公司主要是引进日本日立公司或三菱公司的技术,也有引进德国技术在工程中应用的事例,更令人瞩目的是具有自主研发的国产新型湿式电除尘器制造企业;还有国外产品代理商以及各式各样的产品仿制公司等等,在治理大气污染物超低排放的大市场中,各显身手。通过某些电厂的应用,了解到直接引进技术的产品冲洗水量大,废水处理难度大,极板腐蚀等问题不断出现;仿制劣质产品使用效果更差,而自主研发的国产新型湿式电除尘器由于深刻了解到国内燃煤电厂的需要,并且消化吸收了国外技术的特点,因此得到越来越多电厂的推崇。
3 工作原理
湿式电除尘器(WESP)与干式电除尘器(DESP)的收尘原理基本相同,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集尘极板。但在对集尘板上捕集到的粉尘清除方式上WESP与DESP有较大区别,干式电除尘器一般采用机械振打或声波清灰等方式清除电极上的积灰;而湿式电除尘器一般布置在除尘脱硫系统的尾部,处理的是脱硫后的湿烟气,与烟气分离;尘(雾)粒子就被阳极所收集,饱和湿烟气在阳极板形成水膜,尘(雾)粒子在水膜的作用下,靠重力从阳极板上自流向下流入下部灰斗,而极小部分的尘(雾)粒子本身则由于其固有的黏性而附着在阳极板上,通过冲洗的方法将其清除。湿式清灰可以避免已捕集粉尘的再飞扬,达到很高的除尘效率。因无振打装置,运行也较可靠。
4金属极板卧式湿式电除尘器
4.1 国内应用的相关情况
华能北京热电有限责任公司4x830t/h液态排渣塔式直流炉,电厂为实现烟囱排放浓度小于10mg/Nm3的目标,与国内公司和国外日立公司(2012年 6月1日)进行了技术交流,结合现场条件,对加装湿式电除尘器和电袋一体复合式除尘器两方案进行了比较,初步结论:在脱硫吸收塔(两炉一塔)后加装1电场2室湿式电除尘器方案是达标可行的方案,连续耗水量148t/h,补充新水56 t/h,设备费7000万元。 原理图如左:
4.2 卧式金属极板式湿式电除尘器结构
湿式电除尘器主要结构与干式电除尘器基本相同,包括:进口喇叭、出口喇叭、壳体、放电极及框架、集电极绝缘子、喷嘴和管道以及灰斗等。
卧式金属平板式湿式电除尘器,属于日本的技术流派结构图如下:
湿式电除尘的冲洗水系统主要包括:循环水箱、循环水泵、废水箱、废水泵、碱液箱、加碱泵,滤网和原水供应管道等,典型流程如下图所示:湿式电除尘的冲洗水包括循环水和原水补水,从集电极流下的水在灰斗收集进入废水箱内沉淀下来,上层澄清水作为循环水回用,由循环泵打入湿式电除尘里进行喷淋,沉淀在底部的废水作为脱硫工艺水或排放到废水处理厂。循环水中还有加碱的一些设施,以中和冲洗水中溶解烟气中的SO3,避免与水接触的部件产生严重的酸腐蚀。
4.3 湿式电除尘器相比干式电除尘器的主要技术特点
利用喷水对集尘极清洗可使放电极和集尘极始终保持清洁,有效消除反电晕现象的发生,提高单位面积的集尘效率,在相同条件下达到更低的排放浓度;
因取消了振打,避免了粉尘在振打过程中的二次扬尘,特别适合于出口要求低粉尘浓度的场所(目前除尘器出口最低的粉尘浓度可达到1mg/Nm3以下水平);
在水中加入碱(NaOH)以中和烟气中SO3形成的酸,喷嘴、极板和极线均采用不锈钢材料,可有效防止严重腐蚀的发生;
流经喷嘴的循环水流量不随机组负荷变化而变化,水量基本保持不变,循环水的补水量与烟气中含尘量呈线性关系。
4.4 金属电极湿式电除尘技术存在的主要问题
设备给水排水系统复杂,循环水量、外排水量、补水量较大,运行水耗较高。
连续喷入碱性水,提高设备抗酸腐蚀性的同时也带来后续夹带的问题,湿式电除尘器在去除尘、雾滴时并无选择性,除尘的同时也会去除雾滴。连续噴入的碱性水是雾化状态的,也就是意味着大大增加了湿式电除尘器的雾滴处理负荷。其大部分负荷用来去除雾滴,除尘的功能就会受到影响。碱性雾化水中还含有亚硫酸钠硫酸钠等易结晶的颗粒物,这些颗粒物带入湿电后,会被当做粉尘进入环保监测的范畴。 循环水需加入NaOH进行中和,如果烟气中硫化物含量较高时,NaOH加入量相应增大,运行成本增加,同时废水排入脱硫系统后也将加重脱硫废水处理负担。
水膜喷嘴、滤网为易损件,更换周期较短。三菱提供数据为喷嘴的寿命在5~10年。还增加了循环水泵、废水泵和加碱泵等转动机械,运行和维护费用较干式除尘器高。
如喷碱系统出现故障很可能造成阳极板腐蚀,严重导致电场短路、无法运行。
5 导电玻璃钢立式管式湿式电除尘器
对于长期运行在酸性环境,用来脱除烟气中的尘、酸雾、气溶胶等细微颗粒的湿式电除尘器,阳极板材料的选择一直是最关键的问题。湿电除尘器按收尘阳极板材料的不同有四种:不锈钢阳极、导电玻璃钢阳极、柔性织物阳极、多孔泡沫金属阳极;按结构型式分为:卧式金属平板式、立式导电玻璃钢蜂窝式、立式柔性矩形、立式泡沫金属径流式。
卧式不锈钢金属平板式湿式电除尘器属于日本的技术流派。国内公司及代理商主要是引进日本日立公司或三菱公司的该项技术,引进技术的湿电除尘器极板冲洗大量碱性水的处理和阳极板的腐蚀已制约了湿电除尘器的选型应用。国内某公司研发的湿式静电柔性电极燃煤烟气深度净化技术,2012年12月在湖南益阳电厂300MW机组中应用,提供了柔性织物阳极湿电除尘器范例,但由于柔性电极本身的结构特点,阳极板间距随烟气的流动而晃动变化,影响了除尘效果,目前该产品在国内市场应用较少。
5.1 导电玻璃钢电极湿式电除尘技术
导电玻璃钢电极湿式电除尘器是使含尘(雾)气体通过高压直流静电场,利用静电分离原理将气体净化。利用静电分离作用净化气体一般分为四个过程:
(1)气体电离
(2) 颗粒荷电
(3) 荷电烟尘(雾)的运动
(4)荷电颗粒放电
导电玻璃钢电除尘器主要由以下部分组成:上壳体、集尘极室、中下壳体、绝缘子室、阴极系统及内部冲洗装置。
导电玻璃钢收尘极,蜂窝结构,具有收尘面积大、荷电均匀、长寿命等特点。
玻璃钢电除尘器本体、阳极管组等的材料为碳纤维增强复合材料,阴极线材料为合金材料。
碳纤维主要是由碳元素组成的一种特种纤维,其含碳量随种类不同而异,一般在90%以上。碳纤维具有一般碳素材料的特性,如耐高温、耐摩擦、导电、导热及耐腐蚀等,但与一般碳素材料不同的是,其外形有显著的各向异性、柔软、可加工成各种织物,沿纤维轴方向表现出很高的强度。
导电玻璃钢是一种力学性能优异的新材料,它的比重不到钢的1/4,碳纤维树脂复合材料抗拉强度一般都在3500MPa以上,是钢的7~9倍,抗拉弹性模量为23000~43000MPa亦高于钢。因此CF的比强度即材料的强度与其密度之比可达到2000MPa/(g/cm3)以上,而A3钢的比强度仅为59MPa/(g/cm3)左右,其比模量也比钢高。
5.2 导电玻璃钢电极管式立式湿式电除尘器结构
管式立式湿式静电除尘器主要由阳极系统(沉淀极)、阴极系统(电晕线)、上下气室、间断冲洗系统、高压直流供电电源等组成。
(1)阳极系统
采用立式蜂窝状结构,受力状态好、结构紧凑、六边型结构放电死区小。沉淀极采用导电玻璃钢高导复合材料整体加工而成。该材料是以高分子导电材料为粘合剂、纤维及其制品作增强材料、高碳纤维为导电功能材料合成的高导复合材料,它具有重量轻、导电性能优良、耐腐蚀性能优异、阻燃性能好、疏水性强等特点。
运行时收集下来的液滴在沉淀极表面形成液膜,由于该材料具有很强的疏水性,能有效地阻隔尘和石膏对沉淀极壁的粘接,靠重力自流至下部集液槽,实现自动清灰,收集液可返回脱硫塔内循环使用。
(2)阴极系统
阴极系统包括电晕线、绝缘箱等,电晕线材料选用耐氯离子及电化学腐蚀的钛合金或其他耐腐蚀金属材料,有效解决了阴极系统的腐蚀。电晕线利用最新研发的具有特殊几何形状、起晕电压低、电场强度高、高效芒刺饱和放电结构,提高了粒子驱动力和电流密度。
阴极线的固定采用刚性连接,使得放电距离均匀,提高了电压的稳定性。通过大量实验研究确定了电晕线和沉淀极之间最佳距离,安全运行气速可达到3.5米/秒。
(3)上下气室
材料气室及外壳材料为全玻璃钢材质,耐腐蚀、强度高、安装简便、美观,自身具有保温功能,不需要另设保温装置。
(4)间断冲洗系统
在沉淀极管上部设置有一层间断喷淋装置,采用专用的无堵塞冲洗喷嘴,每隔24~48小时冲洗一次,每次3~5分钟。
正常生产运行过程中无需冲洗。
每台湿式静电除尘器分为多个电场,当需要进行间断冲洗时,控制系统会自动停掉其中一个电场或该电场降压运行,并按程序打开相应的冲洗水阀门,冲洗完成后即可自动开启该电场。
5.3 选用导电玻璃钢湿式电除尘器需要注意的主要问题
由于设备选材为玻璃钢材质,其为复合材料,因此生产厂家在加工制作过程中的质量控制尤为重要。
导电玻璃钢电极湿式电除尘器有上述诸多优点,但要将该设备做好,并不是每个厂家都能做到,从设计选型,材料的应用到加工制造以及现场安装都有很多技术诀窍,使用单位在生产厂家的选择时需要进行市场调研,找到有实力、应用业绩好的单位。
设备安装专业性极强,目前各主要的电力安装公司,尚不具备该设备的安装能力,使用单位要选择具有相应专业能力的安装单位,最好由设备加工制作企业一并进行安装。
6导电玻璃钢材质立式管式湿式电除尘器电力工程案例及部分业绩
6.1国电泰州电厂4x1000MW机组湿式电除尘器
国电泰州电厂一期工程2x1000MW超超临界机组配套的湿式电除尘器,烟气流向为上进侧出,烟气量为4540000 m3/h,烟气流速:3.4m/s ,一室8分区,除尘器清水采用脱硫工艺水,收集的粉尘和水排入脱硫系统浆液中。#1机组于2014年11月9日通过168试生产,#1机组于2015年3月通过168试生产, 2014年11月及2015年3月分别经过了泰州市环境監测中心检测,经过湿电后的烟囱排放口烟尘平均含量为3mg/Nm3,小于设计要求的烟尘含量5mg/Nm3。2015年12月江苏省环境监测中心又对两台湿电进行了性能试验测试,#1出口含尘均值为1.9 mg/Nm3, #2出口含尘均值为1.8 mg/Nm3。 国电泰州电厂二期工程2x1000MW超超临界二次载热机组配套的湿式电除尘器,烟气流向为上进侧出,烟气量为4540000 m3/h,烟气流速:3.4m/s ,一室8分区,除尘器清水采用脱硫工艺水,收集的粉尘和水排入脱硫系统浆液中。#3机组于2015年8月12日通过168试生产, 10月上旬经过了江苏省环境监测中心检测,经过湿电后的烟囱排放口烟尘平均含量为2.4mg/Nm3,小于设计要求的烟尘含量5mg/Nm3。
6.2大唐南京电厂2x660MW机组湿式电除尘器
大唐南京电厂2x660MW机组分别于2014年11月和2015年6月进行了超低排放改造,在脱硫吸收塔后增加湿式电除尘器,烟气流向为上进侧出,一室六分区,烟气量:2700000 m3/h,电场烟气流速:2.78m/s,除尘器清水采用脱硫工艺水,收集的粉尘和水排入脱硫系统地坑中。#2机组于2014年12月经过江苏省苏力环境科技有限公司检测,经过湿电后的烟气中烟尘平均含量2.3mg/Nm3, 小于设计要求的烟尘含量5mg/Nm3。
7 金属极板卧式湿式电除尘器与导电玻璃钢立式管式湿式电除尘器的特点对比
7.1 无二次污染
在运行过程中不需要喷淋碱液水,收集下来的仅为烟气中尘、雾及气溶胶,并返回脱硫岛中循环使用,不会产生新的二次污染物。
7.2耗水量少
蜂窩状阳极管定期24~48小时冲洗一次,每次每个分区喷淋3~5分钟。以六十万机组容量计算,用水量仅需1~2m3/h,可以作为脱硫岛补充水,不影响系统的水平衡。
7.3 操作简便
运行成本低。主体设备免维护,附属设备数量少,可在上位机上实现一键式操作。运行中仅消耗少量的电。
7.4设备结构紧凑,布置灵活
阳极采用蜂窝六边形模块结构,整体一次模压成型,结构强度高,占地面积小。烟气流向可以根据现场实际情况,采用上进下出或下进上出等各种形式,流场阻力小,安装方便,施工周期短。
7.5电气性能优良,除尘除雾效率高
阳极采用高导复合材料具有金属相似的导电性,配合专有的阴极线和独特阴极结构,阴极系统改进为刚性结构,克服了因烟气流速过高造成阴极系统晃动引起运行电压不稳定,导致设备除尘除雾效率低缺陷;电场能在高流速条件下稳定运行,除尘除雾效率大于90%。
7.6防腐蚀,安全可靠,使用寿命长
导电玻璃钢阳极高导复合材料具有比金属更优异的耐腐蚀性和稳定性。高阻燃性,氧指数大于30;在含湿酸性气体和含氟氯离子的环境中无任何腐蚀。阳极管内表面采用纳米级材料处理,内表面光滑,疏水性好,石膏、烟尘不易粘接。壳体使用新型耐腐蚀复合材料,代替了原钢衬鳞片再外保温工艺结构,耐腐蚀性能优异,抗老化、强度高,可长周期无故障运行,免维护,模块化安装,缩短安装工期,设备做到零漏风零泄漏。于1993年投入运行的第一台湿电除尘器,至今已有20多年,仍在稳定运行中,各部件完好。
8安徽淮南洛能发电有限责任公司最终湿式电除尘器方案选择
安徽淮南洛能发电有限责任公司为实现烟尘的超低排放需增设湿式电除尘器设备,综合金属极板卧式湿式电除尘器与导电玻璃钢立式管式湿式电除尘器各自特点最终确定选择导电玻璃钢立式管式湿式电除尘器作为脱硫后深度除尘的设备,主要基于以下几方面的考虑:
(1)金属极板卧式湿式电除尘器布置需要的平面位置较大,且烟气管道配置占地大,而现有#5、#6机组脱硫出口与烟囱之间的场地脱硫之后的空间过于狭小,现场场地无法满足卧式安装的要求。立式管式湿式电除尘器布置较为灵活,可布置在现有增压风机支架上部,烟气管道布置也较为简单,出口可直接接入汇总净烟道。
(2)金属极板卧式湿式电除尘器产生的废水量较大约为30m3/h,脱硫系统水平衡较为紧张,难以接收湿式电除尘器排出的大量废水。导电玻璃立式管式湿式电除尘器冲洗水量少,仅1~2m3/h,该部分水进入脱硫系统,不会影响脱脱硫系统的水平衡。
(3)导电玻璃立式管式湿式电除尘器较金属极板卧式湿式电除尘器在操作维护上更为简单,且运行成本及维护费用也较低。
参考文献
[1] 王敏 王东歌等。燃煤电厂采用实施电除尘器深度除尘的应用研究 [J]电力科技与环保2016,32(1)26-29
[2] 徐志强。竖流管式湿式电除尘器在燃煤电厂的应用 [J]:江苏机电工程 2016 35(1)95-97。