WESP在燃煤电厂粉尘“近零排放”工程的应用
摘要：介绍了湿式电除尘器的工作原理以及技术特点，并对目前国内大型燃煤电厂实现出口粉尘1mg/Nm3以下“近零排放”的技术路线进行了分析：可采用低低温电除尘器改造、湿法脱硫协同除尘改造以及湿式电除尘器改造的技术路线；此外，重点介绍了湿式电除尘器在国内600MW机组燃煤电厂“近零排放”改造工程中的应用。
关键词：湿式电除尘器；近零排放；燃煤电厂
0引言
随着改造工作的不断深入，个别燃煤电厂旨在寻求粉尘1mg/Nm3以下“近零排放”的目标：如浙江国华浙能发电有限公司#4炉660MW机组经过湿式电除尘器（以下简称WESP）改造后，出口粉尘排放0.575mg/Nm3，是国内首台600MW以上机组实现出口粉尘1mg/Nm3以下“近零排放”的投运机组。本文重点介绍了WESP技术在国华宁海电厂#4机组中的应用，以期为大型燃煤电厂实现“近零排放”目标提供有力借鉴。
1WESP工作原理及技术特点
1.1WESP对微细粉尘的去除原理
WESP是一种用来处理含湿气体的高压静电除尘设备，在燃煤电厂中通常布置在脱硫设备后，其工作原理和干式电除尘器基本相同，都要经历电离、荷电、收集和清灰四个阶段，烟气通过进口封头后进入电场，在高压电的作用下气体电离粉尘被荷电，荷电后的粉尘在电场力的作用下向集尘极移动，随集尘极表面的水膜去除。WESP工作原理如图1所示。
在电除尘器中对粉尘颗粒有两种类型的荷电过程，
对于直径大于1μm的颗粒，电场荷电是主要作用，颗粒碰撞沿电力线运动的负离子而带电，这时电压的强弱是影响这个过程的最主要因素。
对直径小于0.5μm的微细颗粒，扩散荷电是主要作用，亚微米粒子在随机运动时与负离子碰撞而带电，此时注入的电流密度是影响扩散放电最重要的因素。
在WESP中，因放电极被水浸润后，电子较易溢出，同时水雾被放电极尖端的强大电火花进一步击碎细化，使电场中存在大量带电雾滴，大大增加亚微米粒子碰撞带电的机率，而带电粒子在电场中运动的速度是布朗运行的数十倍，这样就大幅度提高了亚微米粒子向集尘极运行的速度，可以在较高的烟气流速下，捕获更多的微粒。
1.2WESP技术特点
WESP独特的清灰方式以及工作环境，使其较干式除尘器具有很多的特点：
不受粉尘比电阻影响，无反电晕及二次扬尘等特点；
不仅可以有效除去烟气中的PM2.5，同时还可协同脱除SO3、汞及烟气中携带的脱硫石膏雾滴等污染物，抑制“石膏雨”和“烟囱白烟”的形成；
可达到其它除尘设备难以达到的极低的烟尘排放限值；
同时设备本体结构小、占地面积小等特点。
2“近零排放”技术路线选择
目前，国内燃煤电厂“超低排放”改造技术路线主要分为基于污染物末端治理理念的改造技术路线和基于污染物协同控制理念的改造技术路线。第一种技术路线主要是在脱硫塔后增加WESP，第二种技术路线主要是对电除尘器和脱硫塔进行升级改造从而实现粉尘协同脱除的目的。
国内已有个别大型燃煤电厂将以上两种技术路线的优势合并后，实现出口粉尘1mg/Nm3以下的“近零排放”，其采用的技术路线主要包括SCR脱硝装置、低温省煤器、低低温电除尘器、协同除尘湿法脱硫塔和WESP，该技术路线的最大特点既利用了低低温除尘器的高效除尘性能，同时通过改造脱硫塔内部结构和增加高效除雾装置提高脱硫塔的协同脱除粉尘的能力，最后通过WESP的深度净化处理，使最终出口粉尘排放确保小于1mg/Nm3。
2.1粉尘近零排放改造主要技术
2.1.1低低温电除尘器改造
为满足超低排放的要求，低低温电除尘器技术已经开始被国内很多电厂所应用。主要功能是实现烟尘的高效脱除，同时实现SO3的协同脱除。当烟气经过热回收器时，烟气温度降低至酸露点以下，SO3冷凝成硫酸雾，并吸附在粉尘表面，使粉尘性质发生了很大变化，不仅使粉尘比电阻降低，而且提升了击穿电压、降低烟气流量，从而提高除尘效率。其对SO3的脱除率一般不小于80%，最高可达95%。而且低低温电除尘器的出口粉尘粒径会增大，可大幅提高湿法脱硫装置协同除尘效果。
2.1.2湿法脱硫协同除尘改造
由于通过低低温电除尘器的出口烟尘平均粒径大于3μm，可大幅提高湿法脱硫装置协同除尘效果。通过优化设计脱硫塔及调整除雾器布置并改善其性能，除雾器出口烟气携带雾滴浓度可达到或优于20~40mg/m3的指标。
通过改善喷淋层设计，保证吸收塔塔内气流分布均匀度，保证每个喷嘴入口压力均匀。
采用单塔或组合式分区吸收技术，改变气液传质平衡条件，并优化浆液pH值、液气比、浆液雾化粒径、氧硫比等参数，提高脱硫效率。优化塔内烟气流场，有效降低液气比，降低能耗。通过以上措施改造过，一般湿法脱硫装置的SO2脱除效率不低于98%，烟尘协同脱除效率大于70%。
2.1.3湿式电除尘器改造
WESP作为燃煤电厂尾气治理精处理技术装备，一般安装于脱硫塔后，脱硫后烟气经WESP精处理后，排至烟囱。WESP独特的运行环境以及清灰方式，使其可有效捕集其它烟气治理设备捕集效率较低的污染物（如PM2.5等），消除“石膏雨”，可达到其它污染物控制设备难以达到的极低的排放限值，一般情况下，其对微细粉尘的去除率能够达80%-90%。
3工程应用
3.1工程概况
国华宁海电厂位于象山港底部，在宁海县桥头胡区强蛟镇境内下月岙村，距强蛟镇约1.5公里，距宁海县城23公里，距宁波80公里，为保护环境，体现国企社会责任，响应神华集团“绿色发电计划”，实现大气污染物“近零排放”的要求，国华宁海电厂对#2、#4机组实施环保改造工程。国华宁海电厂粉尘“近零排放”技术路线主要采用低低温电除尘器改造、湿法脱硫改造、WESP改造，其技术路线示意图如图2所示。
烟气先经过脱硝系统去除NOx，然后经低低温电除尘器去除大部分粉尘，要求低低温电除尘器设计出口粉尘小于15mg/Nm3，之后再经过协同除尘湿法脱硫塔，要求出口粉尘小于5mg/Nm3，最后经过WESP后要求出口粉尘小于1mg/Nm3，实现粉尘“近零排放”的目标。
3.2WESP设计参数以及性能要求
针对国华宁海电厂#4炉的烟气特性，并结合电厂实际场地条件限制因素，对WESP进行了优化选型设计，主要的设计参数及性能要求见表2。
3.3技术方案特点
本项目WESP采用金属板式湿式电除尘器技术，由于脱硫塔出口烟气具有高湿度、强腐蚀特性，因此从WESP的结构要求以及材质防腐性能两方面做了综合考虑，经优化设计后，保证该技术方案满足宁海电厂脱硫塔出口的实际烟气特性。
3.3.1高效的喷淋系统
采用的是单线连续的喷淋技术，可实现对阳极板、阴极线的同时连续的喷淋，喷嘴经过特殊的设计，雾化效果良好，经合理排布后能确保喷淋无死角且覆盖率达120%以上，充分保证系统运行稳定可靠，有效去除湿烟气中粉尘、PM2.5、SO3气溶胶等复合污染物。
3.3.2特殊的极配型式
阳极板和阴极线通常被认为是整个WESP结构中最重要的部件，此项目中采用金属平板的阳极板配针刺型的阴极线，同极间距300mm。平板型的阳极板经过特殊的加工工艺，能确保板面成膜均匀，针刺型的阴极线具有刚性强、放电强度高的特点，这种极配和高压供电相匹配，可以获得最佳电气运行参数，有效保证长期实现“近零排放”。
3.3.3循环稳定的水系统
通过计算宁海电厂实际收集的粉尘量以及消耗的水量之间的关系，建立了一套针对宁海电厂#4炉的粉尘与废水平衡系统，使大部分水循环使用，一小部分水外排，且通过控制外排水的浓度，使这部分水直接作为脱硫系统的补充水使用，对电厂而言基本实现WESP零水耗。
3.3.4优化的结构材料选择
结构材料的防腐性能直接影响到WESP的使用寿命。宁海电厂项目中，主要的内构件如阳极板、阴极线的材质选用的是2205双相不锈钢的材质，这种材质具有强度高、抗酸腐蚀性能强的特点，能够完全适应WESP内部高湿、强腐蚀性的运行环境；对其他结构件的材质一般选用普通碳钢涂覆玻璃鳞片进行防腐；此外，WESP内部的循环水是经过NaOH加碱中和过的，使循环水的pH一般呈现中性偏碱性的状态，能够对WESP内部的结构件起到有效的抗酸腐蚀的保护作用，延长WESP的使用寿命。
3.4运行效果
2015年12月26日，宁海电厂#4炉660MW机组烟气粉尘“近零排放”工程顺利并入系统运行，低低温电除尘器改造、脱硫提效改造以及WESP改造等设施全部投运，成功完成了各项建设目标。
2016年1月16日，经权威部门测试结果显示，该机组的出口粉尘排放量仅为0.575mg/Nm3，实现了大型燃煤电厂烟气粉尘的“近零排放”改造目标。
宁海电厂#4炉是国内首台600MW以上机组实现出口粉尘1mg/Nm3以下“近零排放”的投运机组，将为推动我国煤电清洁高效利用和能源技术革新提供了有力借鉴。
3结论
WESP基于其特殊的清灰方式和技术特点，可作为燃煤电厂粉尘精处理系统的技术装备使用，经过合理的技术路线选择，可实现燃煤电厂粉尘的“近零排放”的目标。国华宁海电厂#4炉660MW机组的成功应用经验表明，通过WESP的深度净化作用后，可以实现大型甚至超大型燃煤电厂的出口粉尘低于1mg/Nm3的“近零排放”，大大改善电厂的周边环境，为大型燃煤电厂采用WESP实现“近零排放”提供了有益的参考。