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1、浙江舟山电厂二期4号机“上大压小”扩建工程湿式电除尘器专题国华电力研究院国华舟山电厂浙江省电力设计院2012年7月目 录1 项目背景12 燃煤电厂烟尘排放现状12.1 电除尘器运行主要状况22.2 造成电除尘器运行不达标的主要原因22.3 SO3及其他污染物排放情况33 实现烟囱出口粉尘排放5mg/Nm3的技术方案44 湿式电除尘器原理及结构分析64.1 湿式静电除尘器的主要工作原理64.2 湿式静电除尘器对PM2.5和SO3的去除机理74.3 湿式电除尘器的分类和结构特点85 湿式电除尘器技术分析125.1 影响湿式静电除尘器除尘效率的主要因素125.2 湿式静电除尘器与干式静电除尘器比较1
2、35.3 湿式静电除尘器对各种污染物去除能力145.4 湿式电除尘器的应用情况146 舟山电厂#4机除尘器方案比较206.1 煤质及灰分分析206.2 除尘器方案组合216.3 各方案的技术比较236.4 各方案技术指标及经济性比较246.5 除尘器布置图257 存在的问题267.1 湿式静电除尘器技术国内应用经验问题267.2 湿式静电除尘器的防腐蚀和喷嘴的寿命问题267.3 湿式静电除尘器的可靠性267.4 消耗品268 结论271 项目背景随着国家经济的迅速发展和人民生活水平的不断提高，生态环保的社会意识的增强，工业烟尘排放治理成为工业生产过程的重要任务，尤其是严重危害人类健康的细微颗粒
3、烟尘的排放控制。目前火电厂大气污染物排放标准(GB-13223-2011)已出台，普通地区火电厂粉尘排放浓度限值为30mg/Nm3，重点地区火电厂粉尘排放浓度限值为20mg/Nm3。该标准对控制电厂粉尘排放提出了更高的要求。同时为了应对细微颗粒烟尘（PM2.5）的排放控制和SO3酸雾的威胁，国华公司需要掌握更新的除尘技术，为对集团现有电厂的除尘技术改造及新建机组的除尘技术选择做好技术准备。舟山电厂处于国家海洋新区及紧挨国家级风景旅游区（普陀山），是舟山群岛主力电厂，负责定海区、普陀区、岱山县及附近45个岛屿的电力供应。为实现国华电力公司在节能 环保、安全生产、科技创新上争创国内第一，建设“低碳
4、环保、技术领先、世界一流的数字化电站”的目标，并根据电厂所处特殊地域环境的实际情况，国华公司要求舟山电厂#4机组建设工程项目的环保指标必须达到国内领先，并提出了烟囱出口粉尘排放设计值5mg/Nm3的指标要求。2 燃煤电厂烟尘排放现状目前国内已投产的燃煤电厂烟气除尘90%以上采用静电除尘器。为达到更低的烟尘排放值，电除尘器向更多的电场数、更大的比集尘面积的方向发展，提高了设备投资和运行费用。同时常规电除尘器还存在除尘效率受粉尘的比电阻影响较大，对细微颗粒烟尘及其他污染物除去效果不明显等弱点。新标准的实施，对静电除尘器提出了巨大的挑战。因此需要对国内外的除尘新技术、新工艺（电袋、袋式、移动电极、湿
5、式电除尘等）进行全面论证、研究和应用。2.1 电除尘器运行主要状况电除尘器的除尘效率高，通常可达99.7%以上，压力损失小，一般只有200-300Pa。使用方便且无二次污染，对烟气的温度及成分敏感度不高，设备安全可靠性较好，运行检修相对容易。但缺点是设备占地面积较大，且除尘效率受煤种和飞灰成分的影响。电除尘技术适用于烟尘比电阻在1104(cm)-51011(cm)范围内的除尘。烟尘排放浓度可达40mg/m3以下，部分煤种灰分低，运行条件较好的电厂甚至低至30 mg/m3以下。但是，不可否认，仍有部分机组，特别是建造时间较早的老机组，存在电除尘出口粉尘排放浓度较高的事实。电除尘器存在的问题主要体
6、现在6 个方面，即实际燃煤偏离设计值、特殊粉尘、选型偏小、制造安装调试及维护问题、选型失当和其他问题。2.2 造成电除尘器运行不达标的主要原因近两年来由于燃煤供应紧张，使得锅炉燃烧煤质偏离设计煤质，对电除尘器的运行带来影响，如烟气量增大、烟尘浓度提高、烟尘物化特性发生变化等，从而造成除尘效率下降，烟尘排放超标。部分特殊粉尘对电除尘器而言较难收集，如低硫煤燃烧产生的高比电阻粉尘（SiO2+Al2O390）、容易引起二次扬尘的粉尘（Al2O343）、不易荷电的粉尘等，实践证明：这些粉尘采用的电除尘器，其除尘效果均达不到预期目标。行业竞争激烈，为降低造价提高中标率，供应商设计选型偏小，几乎没有设计余
7、量，使得电除尘器难于适应复杂多变的运行工况。电除尘器的制造、安装及调试存在缺陷，维修及保养不及时，影响了其稳定可靠运行。对具体粉尘特性缺乏针对性设计，造成设计失误。国内有研究表明，造成目前电除尘器总体运行状况不佳的主要原因是比集尘面积偏小，它是造成电除尘器除尘效率低的主要原因。2004 年-2009 年间投产的电除尘器的除尘效率都在99.7%以上，有的甚至高达99.9%。据统计：其平均比集尘面积在100m2/（m3/s）左右，而同等效率情况下，欧美国家电除尘器的平均比集尘面积在140160m2/（m3/s）之间，个别难收集的粉尘仍至达180300 m2/（m3/s），除尘器出口浓度可控制在30
8、50 mg/m3以内。2.3 SO3及其他污染物排放情况国内目前还没有对SO3的排放进行监测，随着对NOx排放要求日益严格，SCR已成为燃煤电厂脱硝系统的主流配置。但是SCR中的催化剂在催化氨与NOx反应的同时，也将部分的SO2转化为SO3，SO3的转化率作为SCR的重要指标目前国标中规定应小于1%。也就是说以发热量5600大卡含硫量1%的燃煤为例，燃烧后烟气中SO2在2500 mg/Nm3左右，当SO3的转化率为1%，SO2转化成为SO3的量为31 mg/Nm3，数倍于锅炉省煤器出口烟气中SO3浓度。当烟气温度低于露点时，SO3以直径亚微米级的微液滴形式存在，而静电除尘和湿法脱硫系统对直径小
9、于10m的颗粒去除率较低，无法有效脱除SO3微液滴，这样在安装SCR后，将使烟囱中排放的SO3成倍增加，SO3直接排放造成的蓝羽现象（烟囱出口烟气凝结后，使烟气透明度下降，在晴朗蓝天时形成淡蓝色羽状尾迹），使排烟的黑度增加，在周围环境中形成酸雨。同时湿式排烟比干式排烟对SO3 的蓝羽更加敏感, 在湿式排烟中, 10 mg/Nm3的SO3就可见蓝羽, 20 mg/Nm3的SO3 就使蓝羽非常明显,30 mg/Nm3的SO3 蓝羽非常严重而必须治理。而在干法排烟中只有在冬季可见蓝羽。而其他季节基本不可见。目前美国等发达国家对烟囱排放SOX严格控制，也就是说同时对烟气排放的SO2和SO3进行控制，我
10、国还没有烟气中SO3排放提出强制要求，但是随着燃煤机组大量采用SCR装置后，SO3排放增加，必将成为下一步污染物控制主要目标。新标准中对汞及汞氧化物的排放也做出要求，但国内对烟气中汞的脱除还处在研究起步阶段，脱除工艺和方法还都不成熟。而国外采用的活性炭吸附法，其成本高昂，限制了大规模使用。3 实现烟囱出口粉尘排放5mg/Nm3的技术方案经过对国内主要除尘器厂家的调研和方案研究，要实现烟囱排放5mg/Nm3，目前可采用的技术方案有两种：方案一干式电除尘器+湿式静电除尘器；方案二袋式或电袋复合除尘器。两种技术方案比较如下：技术方案排放指标实施存在的风险和问题分析干式电除尘器+湿式静电除尘器方案：干
11、式除尘器出口粉尘排放浓度30mg/Nm3，经过海水脱硫以后根据经验值粉尘浓度在15-20 mg/Nm3，湿式静电除尘器出口粉尘浓度在5mg/Nm3左右。湿式静电除尘器PM2.5去除效率到达70%左右；SO3去除率20%；雾滴去除率70%。湿式电除尘技术国内应用较少，没有国内制造业绩。采用进口设备投资比较高；设备阻力增加200Pa（不含烟道），水耗增加约11t/h。袋式或电袋复合除尘器：布袋及电袋除尘器能够保证出口粉尘排放浓度在10mg/Nm3以下。经过海水脱硫以后，根据经验估算，烟囱出口粉尘排放在5 mg/Nm3左右。布袋和电袋除尘器对于控制烟尘中PM2.5及汞的排放，效果也比较好。滤袋对排烟
12、温度、水分、灰成分比较敏感，对机组运行要求比较高。滤袋寿命一般为34年，更换成本较高。而且目前更换的滤袋造成的二次污染还没有较好的处理办法。设备阻力较大，在1000Pa以上，导致引风机功率增加较多，厂用电增大。经过比较分析，布袋及电袋除尘器存在滤袋寿命短、更换后的滤袋会产生二次污染、运行维护费用高、设备阻力大等缺点。而湿式除尘器运行较为简单，阻力远小于布袋除尘器，且能综合去除多种污染物，对比布袋及电袋除尘器，有一定的优势。5月30号国华电力公司项目部、国华电力研究院、浙江省电力设计院、浙江南源环境工程技术有限公司（日本日立）、舟山项目公司等单位在杭州进行了湿式电除尘技术交流会，并讨论了在4号机
13、组采用湿式电除尘的可能性。日立公司针对本工程的煤种和灰分情况及排放要求，做了具体方案，进行了设备选型。7月5日，舟山电厂邀请日立公司、国华电力公司项目部、国华电力研究院技术中心、浙江省电力设计院相关人员召开了湿式除尘器技术交流会。日立公司对350MW燃煤锅炉烟气排放用日立湿式电气除尘设备规格参数书进行了详细介绍。 湿式电除尘器能够保证烟囱排放低于5mg/Nm3，PM2.5去除效率达到70%以上。湿式电除尘在日本是成熟技术，已经在700MW及1000MW电厂进行了应用，并运行多年，有较为全面的应用经验。如关键部件采用进口产品，并由外方提供性能保证，能够对舟山电厂实现粉尘排放5mg/Nm3目标提供
14、可靠保证。因此我们将“干式电除尘器+湿式静电除尘器方案”定为主选技术方案。4 湿式电除尘器原理及结构分析4.1 湿式静电除尘器的主要工作原理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裂进一步雾化，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。水在集尘极上形成连续的水膜，将捕获的粉尘冲刷到灰斗中随水排出。原理图如下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由粉尘和雾滴，但是由于雾滴与粉尘的物理特性存在差别，其工作原
15、理也有所差异。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。放电极结构和电晕场荷电示意图4.2 湿式静电除尘器对PM2.5和SO3的去除机理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1m的颗粒来说场荷电是主要作用，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
