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超低排放湿式除尘器方案的选择

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超低排放湿式除尘器方案的选择

发布日期:2018-05-28 作者: 点击:


近日,国家环保部为降低燃煤发电机组污染物排放量,联合发改委,国家能源局下发了关于印发《煤电节能减排升级与改造行动计划(2014-2020年)》的通知,文件要求到2020年,现役60万千瓦及以上燃煤机组、东部地区30万千瓦及以上公用燃煤发电机组、10万千瓦级以上自备燃煤发电机组及其他有条件的燃煤发电机组,改造后大气污染物排放浓度基本达到燃气轮机组排放限值。排放限值为:SO2≤35mg/Nm3,NOx≤50mg/Nm3,烟尘≤10mg/Nm3。

火电厂目前配置的烟尘处理装置是为了满足:国家环境保护部颁布了《关于执行大气污染物特别排放限值的公告》(公告 2013年 第14号)的要求,重点地区排放标准为20mg/Nm3;进行的改造项目有:电除尘前加低温省煤器、在静电除尘上增加高频电源、增加旋转电极、增加布袋除尘器等,这些方案都很难实现烟尘≤10mg/Nm3的目标,因此,燃煤机组的新一轮环保改造已近在咫尺,2014年以浙能为代表的超低排放改造工程在全国燃煤机组中已吹响号角,嘉兴、舟山等已率先投运,五大集团中,国电在苏龙、宿迁已进行了试点,大同、泰州等电厂正在改造中,大唐集团在乌沙山、南京电厂正在做试点, 政策导向也在为改造工作推波助澜,三部委的《煤电节能减排升级与改造行动计划(2014-2020年)》的出台、环保专项补助资金的应用、改造电价补贴的传言等都带来了利好,但对降低烟尘的改造方案却不尽相同,下面我谈谈阴极线厂家个人的一点浅薄意见。


1 湿式静电除尘器的工作原理

湿式静电除尘器(WESP)是用于脱除湿烟气中的尘、雾、液滴及气溶胶、PM2.5等杂质的静电除尘设备。由于处理的烟气为湿烟气(一般烟气中含有的水份为饱和状态),通常称为湿式静电除尘器。工作原理包括三个基本过程:

a悬浮粒子荷电;

b带电粒子在电场内迁移和捕集;

c捕集物从沉淀极上滑落清除。

湿式静电除尘器(WESP)主要由阳极系统(沉淀极)、阴极系统(电晕线)、高压直流供电电源组成,工作时利用高压静电装置对架设在湿式静电除尘器内的电晕线施加高压电,在阴、阳两极之间形成了高压静电场,在电场力的作用下,整个沉淀极管内都形成电晕区。当含尘、液滴、气溶胶、酸雾及其他污染物的烟气进入足以使气体电离的静电场时,产生大量的正负离子和电子并使尘、酸雾、液滴等荷电,荷电后的粒子在电场力的作用下向沉淀极移动并在沉淀极上沉积,在沉积过程中沉淀极管内壁形成含尘液膜,含尘液膜在重力作用下流到湿式静电除尘器下部的集液槽中,从而达到捕集烟气中尘、液滴、气溶胶、酸雾和其他污染物的目的。


2 湿式除尘器的方案比较

2.1湿式电除尘技术的技术路线

在目前国内外的湿式电除尘器技术中,主要的差别在于阳极板材质的选取,由于该设备处理的对象为含大量游离水的饱和湿烟气,在工作过程中存在着电化学腐蚀、电位差腐蚀、低温腐蚀等,阳极板的选取和工作状态对整个设备的效果起到至关重要的作用。

目前国内外主要的湿式静电除尘器的类型或技术流派有三种:柔性电极湿式电除尘、金属电极湿式电除尘和导电玻璃钢电极湿式电除尘。

2.1.1 柔性电极湿式电除尘技术

柔性电极湿式除尘器是利用静电除尘原理,采用新型耐酸碱腐蚀性优良的柔性纤维材料,强化超细颗粒物高效收集与彻底清灰,实现燃煤脱硫烟气清洁达标排放。

柔性电极湿式除尘器阳极板采用耐酸碱腐蚀柔性纤维织物,正常运行耗水量为零。阴极线采用铅锑合金芒刺线,耐腐蚀,广泛适用于饱和湿烟气环境。

柔性电极湿式除尘器的指标如下:

粉尘去除率(含石膏): ≥ 70%

SO3去除率: ≥ 20%

雾滴含量: 低于20mg/Nm³

系统阻力: 200~400 Pa

目前,此类型湿式电除尘器已经在国电益阳300MW机组、国电荥阳600MW机组等工程中投运,从运行情况看除尘效果基本能达到粉尘浓度设计值。

柔性电极湿式除尘器的电压的稳定性、抗腐蚀能力等还需进一步提升。


2.1.2 金属电极湿式电除尘技术

金属电极湿式电除尘器的主要工作原理与干式电除尘器基本相同,利用阴极放电,使流经其中的雾滴、SO3、尘荷电,在电场的作用下向阳极板运动,最终在阳极板(集尘极)上实现收集、去除。与干式电除尘器通过振打将极板上的灰振落至灰斗不同的是,湿式电除尘器将水喷至极板上使粉尘冲刷到灰斗中随水排出。

金属电极湿式电除尘器运行的三个阶段与干式ESP相同:荷电、收集和清灰。从原理上来讲,首先由于水滴的存在对电极放电产生了影响,要形成发射离子,金属电极中的自由电子必须获得足够的能量,才能克服电离能而越过表面势垒成为发射电子。让电极表面带水是降低表面势垒的一种有效措施。水覆盖金属表面后,将原来的“金属一空气”界面分割成“金属一水”界面和“水一空气”界面,后两种界面的势垒比前一种界面的势垒低很多。这样,金属表面带水后,将原来的高势垒分解为两种低势垒,大大削弱表面势垒对自由电子的阻碍作用,使电子易于发射。另外,水中的多种杂质离子在电场作用下,也易越过表面势垒而成为发射离子。这些都改变了电极放电效果,使之能在低电压下发生电晕放电。其次由于水滴的存在,水的电阻相对较小,水滴与粉尘结合后,使得高比电阻的粉尘比电阻下降,因此湿式静电除尘的工作状态会更加稳定;另外由于湿式静电除尘器采用水流冲洗,没有振打装置,所以不会产生二次扬尘。

所有的喷淋水在湿式静电除尘器下部的灰斗收集后,自流至循环水箱用于喷淋。在灰斗中收集的喷淋水不仅含有灰尘,还溶解了烟气中的三氧化硫和从FGD携带的水滴,因此pH值将呈酸性,为降低该水的腐蚀性,需加入NaOH以提高PH值。氢氧化钠的加入量将根据循环水箱中的pH值调节。

金属电极湿式除尘器的指标如下:

粉尘去除率(含石膏): ≥ 70%

SO3去除率: ≥ 20%

雾滴含量: 低于100mg/Nm³

系统阻力: 300 Pa

目前,此类型湿式电除尘器已经在国内的华电淄博300MW、嘉兴电厂1000MW等应用。

金属电极湿式除尘器阳极板的腐蚀是一个致命弱点,一旦碱性水膜消失(如喷嘴堵塞),腐蚀将无法避免。同时,不间断的喷水增加了烟气的温度,在湿式电除尘后增加烟气升温装置也必不可少。


2.1.3 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收尘(雾)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

使气体通过阴阳极间的电场,电场保持在电晕放电状态,为此电收尘(雾) 器都采用非均匀电场,使电晕控制在电场强度较大的区域内。目前电收尘(雾) 器的电晕电极(又称放电电极)是用导线做成,收尘电极采用管式电收尘(雾) 器的操作电压一般在50-70千伏,为了维持比较高的极间电压,均采用负极作电晕电极。

(2) 颗粒荷电

在电场的作用下,离子与颗粒碰撞荷电的过程。当一个离子接近颗粒时,颗粒靠近离子的部位被感应生成相反的电荷,于是离子被吸着的颗粒上,使颗粒荷电。

(3) 荷电烟尘(雾)的运动

荷电烟尘(雾)在电场力的作用下,向着与其电性相反的电极方向产生加速度,于是它与气体的相对速度从零开始增大,这就使烟尘与气体开始分离。由于电晕电极有一强大高速离子流(也称电风)流向收尘极,其电性与电晕电极相同。使原来向电晕电极运动的颗粒的电性被电风的离子中和,然后又带上与电风电性相同的电荷向收尘电极运动。

(4)荷电颗粒放电

荷电烟尘(雾)在电场力的作用下到达收尘电极以后,烟尘(雾)上的电荷变与收尘电极上的电荷中和,从而使颗粒恢复中性,如烟气含湿量较大,则可以自流至底部的集液装置,吸附在收尘极上尘(雾)则通过定期的冲洗来将尘(雾)洗涤下去。

导电玻璃钢电除雾器制作时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。


导电玻璃钢阳极板,蜂窝结构,具有收尘面积大,荷电均匀,长寿命等特点。

玻璃钢电除雾器本体、阳极管组等的材料为碳纤维增强复合塑料,阴极线材料为钛合金。

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。

CF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。

导电玻璃钢电极湿式除尘器的指标如下:

粉尘去除率(含石膏): ≥ 80%

SO3去除率: ≥ 20%

雾滴含量: 不高于20mg/Nm³

系统阻力: 300~400 Pa

导电玻璃钢电极湿式除尘器在化工行业已拥有上百台的使用业绩,但由于行业的局限性,处理的烟气量普遍偏小,约在20万m3/h左右。

目前,导电玻璃钢电极湿式除尘器已在国电都匀福泉电厂的600MW机组中、国电苏龙电厂、宿迁电厂投运,国电泰州电厂、大唐南京电厂等正在施工中。


2.1.4湿式电除尘技术方案的比较

导电玻璃钢电极湿式电除尘技术采用专利的CF材质,阳极板具有良好的导电性、耐腐蚀性,表面光滑,系统运行电耗低,不额外增加药品,收集水可直接回用。物耗、能耗低。由于基本不喷水,且阳极吸附极性水液滴和SO3气溶胶,可有效控制PM2.5的排放和避免烟囱雨的发生。

柔性电极湿式电除尘技术采用非金属织物柔性电极作为阳极板,在水浸润后可具备导电性,材质本身也耐腐蚀,不额外增加药品,收集水也可回用。物耗、能耗低。由于基本不喷水,且阳极吸附极性水液滴和SO3气溶胶,可有效控制PM2.5的排放和避免烟囱雨的发生。

金属电极式湿式电除尘技术的电极需采用高耐腐的哈氏合金(如C276)或不锈钢316L材料制作,设备内需布置大量喷嘴,阳极板有腐蚀风险,还需对收集水进行废水处理。物耗、能耗高。

阴极线


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