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 王嫻娜1,2，朱林1,2，王東歌1,2，王康1,2

（1．南京信息工程大學(xué)江蘇省大氣環(huán)境與裝備技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇南京  210044： 2．國(guó)電科學(xué)技術(shù)研究院，江蘇南京210031）

摘  要：結(jié)合濕式靜電除塵器工程應(yīng)用實(shí)例，探討了燃煤電廠濕式靜電除塵器對(duì)細(xì)顆粒物的去除效果。濕式靜電除塵器能夠較好地減少細(xì)顆粒物（如PM2.5、PM10等）的排放，但在濕式靜電除塵器的出口處，部分細(xì)顆粒物仍出現(xiàn)小峰值。為進(jìn)一步脫除細(xì)顆粒物，應(yīng)用了相變凝聚均流器技術(shù)。結(jié)果表明，聯(lián)合使用相變凝聚均流器與濕式靜電除塵器技術(shù)，對(duì)細(xì)顆粒的脫除有很大改善，對(duì)PM1、PM2.5的脫除效率均達(dá)80%以上，整個(gè)除塵系統(tǒng)的除塵效率可大于90%,并使火電機(jī)組煙塵排放達(dá)到“超低排放”要求。

關(guān)鍵詞：燃煤電廠；濕式靜電除塵器；相變凝聚：細(xì)顆粒物：減排

中圖分類號(hào)：TK09;X77DOI：10.11930/j．issn.1004-9649.2016.06.157.04

0引言

 現(xiàn)有燃煤電廠干式靜電除塵器的除塵效率可達(dá)99%．但其對(duì)于細(xì)顆粒物（代表性顆粒物PM2.5）或粒徑小于1μm的亞微米級(jí)超細(xì)顆粒物（代表性顆粒物H2SO4微液滴）的捕獲率相對(duì)較低．導(dǎo)致這些顆粒物進(jìn)入大氣形成氣溶膠。大氣中這些顆粒物90%以上表面附著了豐富的微量重金屬元素(如Hg)及有機(jī)污染物，對(duì)人體危害極大。為控制污染物排放．2011年9月國(guó)家出臺(tái)了《火電廠大氣污染排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 13223-2011)，要求在一般地區(qū)粉塵排放濃度（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，下同）應(yīng)小于30mg/3，重點(diǎn)地區(qū)排放限值小于20 mg/m3。為進(jìn)一步控制大氣污染物排放，2014年9月12日，國(guó)家發(fā)改委、環(huán)保部、能源局聯(lián)合印發(fā)了《煤電節(jié)能減排升級(jí)與改造行動(dòng)計(jì)劃( 2014-2020)》，要求東部地區(qū)11個(gè)省市新建燃煤發(fā)電機(jī)組煙塵、二氧化硫、氮氧化物排放濃度（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，下文凡與體積有關(guān)數(shù)值均已換算至標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)）分別不高于10、35、50 mg/m3。對(duì)于燃煤電廠炯?xì)膺M(jìn)行深度凈化處理，濕式靜電除塵技術(shù)是主要技術(shù)之一．也是滿足國(guó)家最新相關(guān)環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的推薦技術(shù)之一。濕式靜電除塵器( WESP)作為高效除塵的終端精處理設(shè)備，不僅具有控制石膏雨等復(fù)合污染物的強(qiáng)大功能，還對(duì)微細(xì)、黏性或高比電阻粉塵及炯?xì)庵兴犰F、氣溶膠、汞、重金屬、二嘿英等的收集具有一定的效果。此外，目前大多燃煤電廠采用濕法煙氣脫硫T藝，這也為濕式靜電除塵器在電廠的推廣應(yīng)用創(chuàng)造了有利條件。本文結(jié)合工程實(shí)踐，對(duì)濕式靜電除塵器和相變凝聚均流器技術(shù)的應(yīng)用及相關(guān)研究結(jié)果予以介紹。

1  濕式靜電除塵技術(shù)工程應(yīng)用

 國(guó)電民權(quán)發(fā)電有限公司2x600 MW燃煤機(jī)組于2008年投入運(yùn)行，采用雙室四電場(chǎng)干式靜電除塵器并采用高頻電源，煙氣脫硫丁藝采用濕式石灰石一石膏煙氣脫硫工藝，無氣一氣換熱器( GGH)。由于流速、溫度等原因，炯?xì)庠诮?jīng)過濕法煙氣脫硫裝置后出現(xiàn)較嚴(yán)重的“石膏雨”現(xiàn)象、考慮到干式靜電除塵器改造受場(chǎng)地限制，最終決定在濕法煙氣脫硫裝置后加裝濕式靜電除塵器。該除塵改造項(xiàng)目于2014年10月初投入熱態(tài)運(yùn)行．在400 MW及500 MW負(fù)荷條件下，在同一高壓(46 kV)下，濕式靜電除塵器對(duì)不同粒徑顆粒物的分級(jí)脫除效率如表1和表2所示。由表1和表2可知，加裝濕式靜電除塵器后，PM,（本文指粒徑小于或等于1μm的顆粒物）、PM2.5、PM10的除塵效率在400 MW運(yùn)行負(fù)荷下均比500 MW有不同程度的提高，原因可能是負(fù)荷降低，濕式電除塵器的煙氣速度也將下降，顆粒物在濕式靜電除塵器內(nèi)停留時(shí)間增加，從而除塵效率提高。 

機(jī)組負(fù)荷400 MW試驗(yàn)工況下濕式靜電除塵器入口和出口的粒徑分布如圖1所示。

 在濕式靜電除塵器的入口和出口取樣，對(duì)所采集的顆粒物進(jìn)行分析后，得到使用dm/d (1gDp)表示的濕式靜電除塵器入口、出口的顆粒物粒徑分布曲線。其優(yōu)點(diǎn)在于表示寬粒徑分布的顆粒時(shí)，可以比較好地通過圖示方法分析、比較1μm以下粒徑范圍內(nèi)的顆粒物，其中

 由圖1可知，燃煤電廠煙氣經(jīng)過干式靜電除塵器及濕法煙氣脫硫裝置后，其排放以粒徑PM，以下的亞微米級(jí)顆粒物和PM2.5、PM10為主，雖然排放物的質(zhì)量濃度不高，但是顆粒物的粒子數(shù)量較大．是霧霾等危害性天氣的元兇。濕式靜電除塵器人口的顆粒物分布在0.05μm及2.5μm處較多．出口處顆粒物分布一曲線較平緩，說明濕式靜電除塵器對(duì)亞微米及微米級(jí)顆粒物有較高的脫除率．尤其對(duì)亞微米粒子脫除效果較好。需要指出的是．濕式靜電除塵器出口處細(xì)顆粒物仍會(huì)出現(xiàn)小峰值，可見濕式靜電除塵器設(shè)備對(duì)該粒徑范圍的顆粒物的脫除效果有限，此現(xiàn)象可能與電除塵器荷電機(jī)理相關(guān)聯(lián)。

2濕式相變凝聚均流器技術(shù)及其工程應(yīng)用

2.1  濕式相變凝聚均流器技術(shù)原理

 所謂濕式相變凝聚均流器技術(shù)，是利用飽和煙氣自身攜帶的水蒸氣，在降溫過程中發(fā)生相變，水蒸氣在微細(xì)顆粒物表面凝結(jié)，并同時(shí)產(chǎn)生熱泳和擴(kuò)散泳作用，促使細(xì)顆粒遷移運(yùn)動(dòng)并相互碰撞接觸．不斷長(zhǎng)大，最后通過毛細(xì)管表面予以收集。該方法可以有效脫除燃煤污染物中的細(xì)顆粒物，同時(shí)可以冷凝出大量煙氣中的水，并除去大部分SO3，解決濕法煙氣脫硫裝置出口煙道SO3腐蝕的難題。在凝聚脫除顆粒物的同時(shí)，凝聚器內(nèi)均勻布置的大量毛細(xì)管可以對(duì)氣流再分布，使煙氣分布更均勻。對(duì)于在濕法煙氣脫硫裝置后加裝濕式靜電除塵器的工藝，在濕式靜電除塵器前端特別適合加裝相變凝聚均流器。由于脫硫吸收塔出口煙氣中水蒸氣均為飽和或接近飽和，通過外部冷源可方便控制煙氣中水蒸氣相變，實(shí)現(xiàn)高效凝聚、微細(xì)顆粒物脫除以及均流的目的。

2.2  相變凝聚均流器主要技術(shù)指標(biāo)

 國(guó)電常州發(fā)電有限公司2x600 MW機(jī)組于2006年投運(yùn)，相變凝聚均流器技術(shù)已成功在該機(jī)組得到工程應(yīng)用。整個(gè)相變凝聚均流裝置由相變凝聚器本體、冷卻水循環(huán)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、PLC系統(tǒng)等幾部分組成，其中相變凝聚均流器主要技術(shù)指標(biāo)如表3所示。

2.3試驗(yàn)結(jié)果與分析

 機(jī)組運(yùn)行負(fù)荷在390～600 MW條件下，當(dāng)?shù)卮髿鈮簽?.026x105 Pa．對(duì)相變凝聚均流器進(jìn)、出口抽取煙氣樣、然后冷凝，進(jìn)行水樣收集，再將其進(jìn)行激光粒度分析，得到的相變凝聚均流器進(jìn)、出口粉塵顆粒度分布如圖2所示。

 由圖2a）可見，濕式相變凝聚均流器人口即脫硫后顆粒物粒度分布峰值在0.25μm和2.5μm附近，且細(xì)顆粒的體積分?jǐn)?shù)遠(yuǎn)大于大顆粒物。由圖2 b）可見，經(jīng)過濕式相變凝聚均流器后，濕式相變凝聚均流器出口處顆粒物峰值在1.2μm和13μm處，且后者的體積分?jǐn)?shù)遠(yuǎn)大于前者，說明在濕式相變凝聚均流器中存在顯著的細(xì)顆粒凝并過程．其可促進(jìn)設(shè)備及整個(gè)濕式除塵器系統(tǒng)對(duì)微細(xì)顆粒物的脫除。

 圖2反應(yīng)了濕式相變凝聚均流器設(shè)備內(nèi)部沿?zé)煔饬鲃?dòng)方向上微細(xì)顆粒物的凝聚規(guī)律。設(shè)備人口顆粒物平均粒徑D=1.34μm，出口顆粒物平均粒徑D=4.25μm，得到此時(shí)的凝聚指數(shù)η為3.17。η值越大，表示凝聚性能越好，當(dāng)η≥3時(shí)，表示凝聚器凝聚性能優(yōu)異。從結(jié)果可以看出，濕式相變凝聚均流器對(duì)亞微米級(jí)顆粒物的凝聚效果良好。

2.4  顆粒物分級(jí)脫除效率

 分級(jí)脫除效率可用來量化表征濕式靜電除塵器對(duì)不同顆粒物的脫除效果，機(jī)組運(yùn)行負(fù)荷600MW、電壓60 kV 工況下．PM1、PM2.5、TSP（總懸浮顆粒物）的脫除效率如表4所示。

 由表4可見．機(jī)組滿負(fù)荷且濕式靜電除塵器電壓設(shè)定60 kV時(shí)．煙氣進(jìn)口顆粒物質(zhì)量濃度為13.59 mg/m3，排放值為1.044 mg/m3，相變凝聚均流器與濕式靜電除塵器聯(lián)用．對(duì)顆粒的適應(yīng)性上相對(duì)于傳統(tǒng)的除塵設(shè)備有了很大的改善，對(duì)PM1、PM2.5的脫除效率均為80%以上，對(duì)整個(gè)除塵系統(tǒng)的除塵效率大于90%。

3討論

 濕式靜電除塵技術(shù)在燃煤電廠應(yīng)用已有25年左右的歷史。從國(guó)內(nèi)運(yùn)行狀況來看，濕式靜電除塵器布置在濕法煙氣脫硫裝置之后．可有效除去細(xì)顆粒物（如PM2.5、PM10等），本研究表明其對(duì)細(xì)顆粒物PM1和PM2.5的去除率在70%～80%；機(jī)組負(fù)荷會(huì)影響除塵效率，負(fù)荷降低，細(xì)顆粒物脫除率提高．

 隨著國(guó)家對(duì)環(huán)境污染控制的要求日趨嚴(yán)格．限制顆粒物，尤其是PM2.5的排放是當(dāng)前一項(xiàng)重要的工作。工程應(yīng)用中濕式靜電除塵器對(duì)亞微米級(jí)顆粒物有較高的脫除效率，但在濕式靜電除塵器的出口細(xì)顆粒物仍會(huì)出現(xiàn)小峰值．可見濕式靜電除塵器對(duì)該粒徑范圍的細(xì)顆粒物的脫除效果有限．此現(xiàn)象可能與濕式靜電除塵器荷電機(jī)理相關(guān)。

 相變凝聚均流器技術(shù)可以加強(qiáng)對(duì)細(xì)顆粒物的凝聚，從而可優(yōu)化細(xì)顆粒物的脫除效率。濕式相變凝聚均流器+濕式靜電除塵器技術(shù)在圍電常州發(fā)電有限公司進(jìn)行的成功應(yīng)用表明：相變凝聚均流器+濕式靜電除塵器的除塵系統(tǒng)對(duì)PM1、PM2.5的脫除效率均為80%以上．對(duì)整個(gè)除塵系統(tǒng)的除塵效率大于90%，大大降低了細(xì)顆粒物的排放水平。

4結(jié)語

 本文研究結(jié)果表明，燃煤電廠僅采用濕式靜電除塵器難以使超細(xì)顆粒物排放降至更低水平。國(guó)電常州發(fā)電有限公司的實(shí)踐結(jié)果證明，可以通過采用相變凝聚均流器與濕式靜電除塵器聯(lián)用方式．進(jìn)一步脫除細(xì)顆粒物，從而滿足火電機(jī)組“超低排放”要求。