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1、使用湿式电除尘器（WESP ）收集湿法烟气脱硫（WFGD ）后的酸雾和细小颗粒湿式电除尘器（WESPs）使用在工业领域将近100年了，但是在电厂中使用并不普遍，将 来这种情况可能会有改变。目前在北美仅有4家美国电厂使用WESP来控制烟气混浊度和 收集酸雾和干燥的颗粒。本文要讨论的一个新的主要装置将于2004年底启动，该电厂的容 量为1100MW,这是一个改烧奥利油的电厂并有WFGD的改造项目oWESP直接安装在FGD 脱硫塔的顶部。美国有很多新建的电厂可能需要WESP来达到低的排放规定，国际市场的 需要也在上升。本文回顾了过去和现在工业使用WESP实际情况，同时讨论了由于SCR系 统的使用，和
2、比如法规的健全原因。由于对控制微粒和酸雾的要求不断提高，将来WESP 在新建或改造的化石类燃料电厂的应用也会越来越多，文章也介绍了几种可供选择的酸雾控 制方法，成本和其他因素。湿式和干式灰电除尘器的异同也将一并介绍。1. 应用背景自电除尘器在1907年投入商业运行以来，WESP已经在制酸和冶金等工业过程中取得 广泛和成功的应用。然而，在电厂应用还是近期的事，其标志是Joy公司于1975年在宾西 法尼亚电力照明公司的燃烧无烟煤的Sudbury电站安装的一套中试装置。这套早期试验装置 的成功和Joy公司丰富的工业酸雾经验帮助Joy公司将其WESP系统成功地于1979年在 Getty石油Delawa
3、re市精炼厂投入商业运行。每一个WESP系统设计处理来自石油焦燃烧产 生的220,000 ACFM的烟气，该WESP系统一直良好运行了 20多年，直到其服役期满。这 些烟气中的硫酸最终成为亚微米级的酸的烟雾，但它们可以被WESP可靠地捕捉下来。同期还有更多的WESP系统应用在电厂中（日前这一情况仍在继续）o 1986年，美国巴 布科克&威尔科克斯公司（以下称B& W）为AES Deepwater电厂提供了一套FLS Airtech （FLS-AT） WESP 系统，该系统是对石油焦燃烧产生烟气进行综合处理的一个重要部分。AES Deepwater电厂的设计烟气流量是634,000 ACFM，进
4、入WESP系统的硫酸浓度为35到 100ppm。 1999 年， FLS 对 AES 一套 WESP 模件进行了一次成功的改造使其内件升级为更 现代的、全合金结构。2000年，对NB电力公司旗下的315MW容量的Dalhousie电厂中原B&W供货的WFGD 系统进行了 WESP改造。该WESP系统被设计安装在WFGD的吸收塔的上部的有限的空间 里，用来收集垂直上升气流中的硫酸雾。此后我们称这种布置方式为整体式WESPo尽管有 限的 空间极大地限制了 WESP 的尺寸（因此也限制了其性能），但是这个单电场的 WESP 系统自投运以来一直很可靠。FLS-AT WESP的主要改造项目于2001年在
5、Xcel能源公司的Sherburne县电厂完成。 这是两台750MW的机组，该WESP系统改装项目解决了过去该电厂由于燃烧Powder River Basin煤的粉尘所造成的烟气混浊度问题。下面的例子虽不是严格意义的WESP在电厂应用，但这也是一个大型120万ACFM改造项目，完成于2001年。它位于北达科它州Buelah的Dakota煤气厂，WESP系统设在氨 氢吸收塔下游以控制氨和硫的混合物排放。这个改造项目有效地将烟气混浊度降低到 10% 以下 。在2002年，NB电力与B&W 公司签定了关于为Coleson Cove电厂的3x350MW机组 提供两套配有整体式WESP的WFGD系统的合
6、同。该系统计划于2004年秋季投运。umuj.EnPinFnxam附图1表示Coleson Cove电厂的整体式WFGD/WESP的简图。图 1 垂直上升烟气流整体式 WESPWFGD 系统上述所讨论的 WESP 系统都是应用在特定情况下的，近来对新建燃煤电厂的新排放要 求已要求电厂考虑采用WESP技术以达到必要的性能指标。2. 向 WESP 喷入不同的吸收剂以解决硫酸问题向烟气中喷入添加剂的方法来减少硫酸排放的研究已经开始了。相对于WESP系统的 设备价格而言，该方法的主要吸引力在于能够减少初投资。然而， 喷入添加剂的方法却会 带来高的运行成本，并且影响干式除尘设备，空气预热器或其他锅炉设备
7、的性能，同时还会 影响飞灰的最终处理（含有添加剂反应产物），导致无法控制非酸性微粒子排放，而这原是 WESP系统固有的优点。以前公布的经济分析已经指出，以电厂总的寿命为基础，若按酸脱除效率为50%计算， 注入吸收剂的花费将是采用WESP的1.5到5.5倍；若按酸脱除效率为95%计算，前者的花 费将是后者2到6.5倍。这些成本比较需要根据目前的信息和技术进行细调。另外，这些对 比没有估计因WESP总排放 低（可低于0.005 lbs/MBtu）而带来的额外的和潜在的效益。 这些是吸收剂喷射技术所无法达到的。现场的特定参数如空气预热器出口温度，煤的特性，是否装有干式ESP或布袋除尘器，ESP 的热
8、端和冷端的位置，允许的排烟混浊度，消耗品和处理费用，资金状况等等，将最终 决定采用哪一种技术来控制新旧机组的羽状烟尘和粉尘。因此，选择酸和细颗粒的控制技术 应该具有长远的眼光，而不仅仅局限于眼下存在的问题。3. WESP设计情况一主要形式近百年来，数以百计的 WESP 应用在工业领域来控制硫酸和微粒排放。今天数以千计 的WESP模件在世界范围内投入商业运行。目前有几种形式的WESP设计在实际运行中得 到验证。 WESP 内部结构既可用管状的也可以用平行板状的收集电极。管状的 WESP 只用 于垂直烟气流向，板状的则既有水平烟气流向也有垂直烟气流向。绝大多数已经安装的 WESP采用垂直的烟气流向
9、，这和北美电厂WESP的应用情况是一致的。垂直式的WESP 已经 象水平干式电除尘器一样在电厂中经常采用。这样，一般有三种主要形式的WESP将 来可能要会在市场上出现：（1）垂直烟气流独立布置。很多时候这种形式的系统可以以模件形式供货然后在工地 以多种方式连接起来。这种设计便于安装和解列维修。该形式广泛应用在工业领域中，但其 需要提供专门的布置空间。 AES Deepwater 电厂应用的就是这种形式；（2）水平烟气流独立布置。有时这种形式也被提供给电厂或类似的工业领域。这种布 置方法作成模块式的设计会有困难，像垂直烟气流独立布置方式一样，该布置方式需要专门 的空间。 Dakota 煤气厂就应
10、用这种形式；（3）垂直烟气流，与WFGD系统整体式布置。这种方式采用经典的垂直布置方式，这 也是近些年来 WESP 的最常用的布置方式，同时成本和运行费用也是最低的，占地面积也 很小。 Dalhousie 电厂和 Coleson Cove 电厂用的就是这种形式。4. WESP设计情况一主要形式的考虑如果设计合理，上述的三种基本形式的 WESP 都可以在电厂成功运行。在实际选择时 要考虑下列因素：（1）垂直气流的 WESP 作为酸雾脱除装置已经优先成功地应用几十年，而水平烟气流 的WESP仅仅有为数不多的工程实例。（2）整体布置的WESP的高可靠性已经在Dalhousie电厂得到证明。此型设计在
11、结构上 没有活动内件，可靠的刚性电极，正确选择的结构材料，所以在线保养和维修量工作量很小。（3）整体布置的WESP具有比任何一种独立布置的WESP大得多的优势： 没有内部连接管道，因此也没有相应的压降； 没有与独立布置式WESP相关的内部连接管道，支撑结构，检修门孔，土 建和 BOP 等； 简化酸液收集/存储/工艺系统； 由于接入烟囱的位置较高，减少了烟囱内衬费用。（4）事实上，所有的 WESP 都需要一定形式的冲洗或洗涤来维持正常运行。洗涤可分 为连续洗或定期喷雾清理。整体布置式的WESP内件较之水平布置式的WESP冲洗更强烈，具体情况如下： 在一个在线工作的水平式WESP中，收集板上的冲洗
12、水膜由于重力的作用而流下， 但同时也因烟气流动能的作用会水平运动到下游。问题是这样就不能保证整个板 上都会盖满水，尤其是在下部和上游的 角部区域。对于为电厂设计的大型水平式 WESP来说，庞大的烟气流量要求集灰板的高度大大增加，从而使得的这个问题更 严重。它会导致集灰板清理不彻底、湿 界面分界有问题、和集灰能力下降或维修 量增加等。在整体式 WESP 中，优化了的清洗水喷雾冲洗、能适用于顺流（向上 喷水）和逆流（向下喷水）、并能保证完 全冲洗、且冲洗水能直接作为补给水被 下面的WFGD所利用，而且整体式的WESP的较短的集灰板也进一步提高了清洗 效率； 为了在运行中对水平式WESP的内件得到适
13、当的冲洗，冲洗水的耗量会比整体式 的 WESP 大为增加。这种情况下，要考虑循环使用冲洗水。再循环水滴重新进入 烟气中大概也会增加出口烟气的颗粒量。同时，必须考虑再循环冲洗系 统的初投 资和运行/维护费、诸如设备维护和与之相关的停机或解列。通过比较可见，整体 式 WESP 的清洗系统的高效率可以极大的减小冲洗水的用量。 对于水平式的WESP系统，还应该考虑来自临近电场的冲洗水和捕捉的酸液滴的 携带可能会导致下游电场的电气故障（过早放电）从而增加总排放水平。从出口 电场来的清洗水和酸再携带，特别是当清洗时，如果没有采用最后的消雾 器，就 能逃逸到烟囱中，当然也会增加排放量。通过对比，整体式的WE
14、SP收集的酸和 冲洗水通过精心设计的内部流槽系统排除，减少潜在的、在运行和冲洗时出现的 电场相互间的电气干扰，同时由于已考虑了最后的出口 除雾器，最大程度的降低 整个电厂的排放水平。（5）整体式WESP系统省掉了独立式WESP系统的冲洗和酸处理系统相关的管道、阀 门、箱罐、控制、仪表等设备，大大的简化了运行、减少了维护。整体式WESP系统中，酸 液直接流到下部的FGD的石灰石浆液中并在其中中和；（6）对于现场的改造项目，WESP系统的选择需要有针对性的考虑。除了设备和安装费 用外，场地的约束和相关的停机次数也要在运行成本中考虑。对有些电厂来说，经过全面衡 量，独立式的WESP是最好的选择。5.
15、 WESP设计情况一结构材料对于设计用来作为酸液脱除设备的 WESP 系统的来说，结构材料的选用一直是最主要 的问题。以铜冶炼过程中的焙烧炉为例，被处理的烟气中SO2的浓度往往超过10%，这是 因为矿石中黄铁矿含量较高。为减少SO2的排放量，要求回收SO2,并将其且转化成一种 可用的资源一硫酸。为此，WESP对工艺过程中的氧化钒催化剂提供了额外的保护，通过减 少酸转化设备前的颗粒物和SO3防止其中毒和堵塞。同时WESP通过脱除烟气中所含的如 砷、铬、铅等痕量元素提高了硫酸的品质。由于这些原因，WESP成为这个领域中的常用 设备。在上世纪中九十年代中，用于酸雾控制的典型的 WESP 通常采用防腐
16、的铅作收集器和 用铅包裹的高压电极（板和管子），用铅保护低炭钢的高电压支撑 系统，以及用铅在金属框 架表面烧熔并覆盖从而保护金属护板和框架不受酸性烟气流的腐蚀。由于铅的机械性能较 差，加之下游制酸设备运行压力和脉冲压力导致其 泄漏，这样它下面的金属便会迅速地遭 受严重的腐蚀。另外，在运行温度高于150F时，铅也易于加速机械故障。这些问题导致几 乎在每一次停机都需要彻底的 保养和维修。最终，包复板设计也发展为选择如玻璃纤维加强的塑料（FRP）来包复铅和由其包裹的 内件。这种新设计提高了 WESP的寿命同时也将对专门的烧铅技工的需求降到了最低。在 这个进程中，一些制造厂开始使用塑料和 FRP 收集电极来进一步减少铅的用量。这要求专 门设计来保证运行时的表面导电率。在20世纪70年代，一些制造厂 开始使用特殊的不锈 钢来代替他们设计中仍保留的铅包裹的部件。因为使用铅使结构复杂化和维修费
