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1、研究生课程期末作业 课程名称 燃烧与污染物控制 论文题目 湿式电除尘技术及火电厂超低排放技术 学 院 能源与机械工程学院 专 业 热能工程 姓 名 周瑞兴 学 号 14101052 摘要目前电厂粉尘等污染物排放量日益增多，产生的颗粒物特别是细颗粒物对环境及人类健康危害巨大，而燃煤电厂是细颗粒物的主要排放源，湿式静电除尘器作为大气多污染控制系统的终端精处理装备，具有捕集烟气中超细颗粒物和雾滴的功能，因此在电力领域获得了较多应用，本本论文介绍了湿式静电除尘器的工作原理，除尘遇到的问题以及处理方法，以及试试静电除尘器在燃煤电厂的应用情况好今后的研究发展方向。并介绍了目前超低排放技术。关键词：湿式静电
2、除尘器 细颗粒物控制 燃煤电厂 超低排放技术一、湿式电除尘技术1 引言1.1 背景及研究意义目前，国际上总颗粒物控制技术虽然已经达到很高的水平，但对于微细颗粒物的捕集效率却很低，造成大量的微细颗粒物排入大气环境中。我国PM2.5排放量大幅度增加。严重影响人们的身体健康和出行活动。细颗粒物污染已成为我国突出的大气环境问题，是引起大气能见度、雾霾天气、气候变化等重大环境问题的重要因素。燃煤电厂是我国大气环境中PM2.5含量增加的主要污染来源，利用现有的燃煤烟气污染控制设备，通过增强其对PM2.5的脱除性能，是控制 PM2.5的重要技术发展方向。我国燃煤电厂中干式电除尘技术应用最为广泛，但是电除尘器
3、(ESP)对直径 0.12m 粉尘的除尘效率较差，原有的电除尘器大部分不能满足排放要求。尤其在火电厂，普遍采用低硫煤以满足二氧化硫的排放要求，而低硫煤燃烧产生的烟尘中粉尘比电阻较高，易发生反电晕现象，使收尘效率下降，导致电除尘器更加无法达标 Czech T, Sobczyk A T, Jaworek A, et al. Corona and Back Discharges in Flue-gas SimulatingMixtureJ. Journal of Electrostatics, 2012,70(3): 269-284.。而要使电除尘器适应新的排放标准，必须对其进行机理性提效改造。湿式
4、电除尘器(简称WESP)不需要振打清灰，而是利用连续水膜清灰，喷水对烟气可以起到调质作用，不会产生二次扬尘现象并且除尘效率比其它烟气净化装置高，已经得到了广泛的应用。湿式电除尘器作为高效精除尘设备，它可以实现多种污染物的协同脱除，特别是对微细粉尘及烟气中含有酸雾、气溶胶、汞等重金属的收集有理想的效果。目前大部分燃煤电厂都采用湿式烟气脱硫系统，其烟气温度符合WESP的要求，安装在湿法脱硫后的湿式电除尘器仅在日本等国家有少量应用，但其对PM2.5微细粉尘和SO3酸雾等污染物的捕集效果十分明显 陈招妹, 王剑波, 姚宇平, 等. 湿式电除尘器在燃煤电厂 WFGD 后的应用分析J. 第十五届中国科协年
5、会第 9 分会场: 火电厂烟气净化与节能技术研讨会论文集, 2013. Chen Y, Sheng G, Bi X, et al. Emission Factors for Carbonaceous Particles and PolycyclicAromatic Hydrocarbons from Residential Coal Combustion in ChinaJ. Environmental Scienceand Technology, 2005, 39(6): 1861-1867.。研究湿式电除尘技术，将为燃煤电厂提供一个既能满足极低排放又能控制复合污染物的可行性技术 郭俊, 马
6、果骏, 阎冬, 等. 论燃煤烟气多污染物协同治理新模式J. 电力科技与环保. 2012,28(3): 13-16.。1.2 湿式电除尘器国内外研究现状 湿式电除尘器已经在制酸和冶炼行业中得到广泛的应用。20世纪40年代，Penney对湿式电除尘器进行了研究，得出荷电雾滴可以增强亚微米粉尘粒子的捕集效率 亢燕铭, 王明星. 荷电雾滴表面带电尘粒捕集的数值分析J. 中国环境科学, 2001, 21(1):61-64.。到50年代中期，Kraemer和Johnstone Kraemer H F, Johnstone H F. Collection of Aerosol Particles in Pr
7、esence of Electrostatic FieldsJ.Industrial & Engineering Chemistry, 1955, 47(12): 2426-2434.利用静电学原理分析了荷电雾滴对粉尘粒子的捕集机理。1975年开始，日本三菱采用湿式静电除尘器来处理化工厂的重油锅炉产生的烟气，日立的湿式静电除尘器应用于碧南电厂，实际应用都达到了预期的效果。由于湿式电除尘器的需求日益增长，为了达到使湿式电除尘器非常紧凑的目的，日本在世界首次开发并使用了一种“高速湿式电除尘器(HV-WESP)”，其特点是电场最大的烟气流速为10 m/s。1982年后湿式静电除尘器被大容量燃煤电厂采
8、用，以去除脱硫后烟气中粉尘等污染物，取得了良好的效果 刘鹤忠, 陶秋根. 湿式电除尘器在工程中的应用J. 发电设计, 2012(3): 43-47.。1985年，东京电力公司Yokosukai号265MW机组开始应用湿式电除尘器，运转性能良好，出口含尘浓度在 10 mg/m3以下 Jdrusik M, wierczok A. The Influence of Fly Ash Physical and Chemical Properties onElectrostatic Precipitation ProcessJ. Journal of Electrostatics, 2009, 67(2)
9、: 105-109.。1998年美国俄亥俄州立大学的Pasic等首次定义了膜电除尘器(MESP)，即用织物膜代替钢板用在干、湿式电除尘器上，对超细粉尘的捕集效率比传统的板式电除尘器高 Bayless D J, Shi L M, Kremer G, et al. Membrane-based Wet Electrostatic PrecipitationJ. Journal of the Air and Waste Management Association, 2005, 55(6): 784-791.。随着对微细颗粒的控制日益引起关注，国外对湿法电除尘器的应用日益增多，特别是日本，开发及应用
10、较为普遍。在铅冶炼工艺、电场酸气洗涤器的后续处理工厂也都得到应用，排放浓度一般都在 5 mg/Nm3以下。我国在湿式电除尘器方面的研究虽然起步较晚，但是发展十分迅速。20 世纪80年代后期，我国研究了荷电水雾除尘器，北京某研究所研制了矿用荷电水雾除尘装置 伍勇辉. 喷嘴雾化特性及对电除尘器性能的影响D. 燕山大学, 2012.。周文俊 周文俊. 粉尘凝并的荷电水雾试验J. 工业安全与防尘, 1991, (12): 11-14.做了荷电水雾有利于粉尘凝并的实验研究。1993年鞍钢大连甘井子矿用荷电水雾收集石灰石矿粉尘 王仁胜. 荷电水雾除尘及其效果J. 工业安全与防尘, 1993(10): 9-
11、10.。1998年，鞍钢在其转炉煤气回收中首次引进国外的湿式静电除尘器 王云龙. 大平板湿法卧式电除尘器的设计及性能测定J. 鞍钢技术, 2003(5): 45-49.。1999年山东沂州水泥集团总公司在 15 台机立窑上都安装了LSD型湿法高压静电除尘器 赵云峰. KLY-6488B 袋式除尘器在机立窑上的应用J. 水泥, 2005(10): 47-48.。2000 年，首台国产卧式湿式电除尘器(WSDB)投产应用于宝山钢铁集团公司1450 mm板坯连铸机火焰清理工程，实测烟气排放浓度为31.2 mg/Nm3，仅为要求排放浓度的62.4% 郭启超, 肖林, 叶天鸿. 火焰清理机烟气湿式电除尘
12、器的研制及应用J. 重型机械, 2003(8):8-10.。2005年，济钢的高致远等 高致远, 师强, 周家进, 等. 湿法板式除尘技术在转炉煤气除尘中的应用J. 冶金动力, 2005,(2): 9-10.对转炉煤气精除尘中的湿法板式电除尘器的性能进行了测试，得出入口煤气含尘量小于150mg/m3时，出口煤气含尘量可降低至10 mg/m3。同年，清华大学的田贺忠 田贺忠. 利用湿式静电除尘器(ESP)脱除汞J. 国际电力, 2005, 9(6): 62-64.通过在静电除尘器之后布置湿式电除尘器，证实了湿式电除尘器可以除去燃煤锅炉产生的亚微米级颗粒物和酸雾排放。2009年邯钢在转炉煤气回收净
13、化中引进了WESP，满足了用户对煤气质量的要求。2011年，重钢用于煤气净化的燃气-蒸汽联合循环发电机组(CCPP)全部建成，高炉煤气经过湿式电除尘器精除尘后，粉尘含量降至 1 mg/m3以下，满足CCPP对煤气清洁度的要求。2013年，福建龙净自主研发了我国首台燃煤电厂湿式电除尘设备，并已成功投运。现场初步测试结果远小于国家排放标准。这种设备置于湿法脱硫系统之后，能对进入烟囱的烟气进行最后的排放处置。在排放标准越来越严格的情况下，湿式电除尘器将会得到广泛应用。2 湿式电除尘器技术 2.1 湿式电除尘器原理 湿式电除尘器是直接将水雾喷向放电极和电晕区，水雾在芒刺电极形成的强大的电晕场内荷电后分
14、裂，进一步雾化，在这里，电场力、荷电水雾的碰撞拦截、吸附凝并，共同对粉尘粒子起捕集作用，最终粉尘粒子在电场力的驱动下到达集尘极而被捕集；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，湿式电除尘器则是将水喷至集尘板上形成连续的水膜，流动水将捕获的粉尘冲刷到灰斗中随水排出。静电除尘器的除尘过程可分为四个阶段：气体的电离；粉尘获得离子而荷电；荷电粉尘向电极移动；将电极上的粉尘清除。只是湿式静电除尘脱除的对象有粉尘和雾滴，由于雾滴与粉尘的物理特性存在差别，所以其工作原理也相应的会有差异。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
15、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：再次，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；湿式电除尘器对酸雾、有毒重金属以及PM10，尤其是PM2.5的微细粉尘有良好的脱除效果。所以可以使用湿式电除尘器来控制电厂的SO3酸雾，并且还具有联合脱除有毒重金属的
