Application Analysis of Wet Electrostatic Precipitator in 1,000MW Coal-fired Power Plants
Dai Gangquan, Wang Lei , Wen Lingang, Xie Gaowang
(Zhejiang TUNA Environmental Science & Technology Co., Ltd, Shaoxing, Zhejiang, 312000, China)
Abstract: A brief induction of the Wet Electrostatic Precipitator (WESP) technology is given in this paper along with its developments and applications both domestic and international. The focus of this paper is the application analysis of our WESP in the 1000MW coal-fired power plants. The fuel gas before/after the implementation of the WESP was sampled, analyzed and compared to show that the WESP is capable to eliminate the super-fine particles, SO3 aerosol, and the gypsum after the WFGD effectively.
Keywords: Wet Electrostatic Precipitator (WESP), 1000MW, Coal-fired Power Plants, Super-fine Particles.
近年来，随着我国的国民经济高速发展，一些“粗放”式发展模式下的弊端也逐渐显现出来---环境污染日益严重，在以京津冀、长三角、珠三角为代表的经济发达地区集中爆发了严重的雾霾污染，对公众的健康造成威胁。燃煤电厂排放的烟气是大气污染的主要来源之一，也是大气污染治理的重点。
为贯彻可持续发展观，国家对燃煤电厂的节能减排提出了新的要求，根据《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223-2011)的规定，重点地区的二氧化硫、氮氧化物及粉尘的排放浓度限值分别为100、50、20mg/Nm3，由于环保的压力，这些地区已经按照燃气机组的标准50、35、5 mg/Nm3开始要求。
为了达到这些排放要求，需要一种能够去除这些细微颗粒物的环保设备。湿式静电除尘器(WESP)作为大气污染物控制的终端深度处理系统，对S03气溶胶、氮氧化物和PM2.5粉尘等都具有很高的脱除效率，同时汞的脱除效果也很好。因此，在我国燃煤电厂研究和推广应用湿式静电除尘技术具有非常重要的意义。
1. 湿式静电除尘器
1.1. 除尘原理
湿式静电除尘器通过阴极线直流高压放电，将周围空气电离，烟气中的粉尘荷电后，受电场力驱使被收集到集尘板上，与干式电除尘不同的是，湿式静电除尘用喷淋水替代振打来达到清灰的功能。
如图1所示，湿式静电除尘器一般布置在湿法脱硫之后。湿法脱硫出口烟气中的大部分粉尘已被干式电除尘除去，并成为夹带石膏颗粒的湿饱和烟气，通过湿式静电除尘器处理后，达到排放要求，由烟囱排出。
图 1湿式静电除尘布置位置
1.2. 国内外应用情况
湿式静电除尘技术在美国、欧洲、日本等发达国家已较为成熟，有近30年的燃煤电厂应用经验，已有近百套不同类型的WESP在电厂大型机组上成功运行，如：2000年投运的美国NB电力公司Dalhousie电厂315MW机组;2001年投运的日本中部电力碧南电厂(2×1000MW)机组[1];2002年投运的美国Xcel能源公司Sherburne电厂750MW机组等。
在国内，湿式静电除尘器在冶金、硫酸行业已有30多年的成功应用[2]，已制定《煤气用湿式电除尘》(JB/T6409-2008)的行业标准。近两年随着环保要求的提高，在火电行业开始大面积应用，据不完全统计已有近百台合同业绩，10余台投运业绩。
1.3. 蜂窝管式WESP工业试验平台
为了验证湿式静电除尘器的效果，我们设立了一个导电玻璃钢蜂窝管式WESP工业试验平台，如图2所示，应用于脱硝催化剂生产窑炉的烟气深度治理，其治理的主要污染物为粉尘、气溶胶和PM2.5，处理的烟气量为10000Nm3/h，烟气温度为50~70℃，入口的粉尘浓度为55mg/Nm3，设计除尘效率为91%。
如图3所示，开启试验平台的蜂窝管式WESP后，肉眼基本看不到白烟了。经烟尘仪测量，开启WESP后的粉尘排放浓度减至4.3mg/Nm3，实际的粉尘去除效率达到92.18%，PM2.5的去除率达到85.5%，雾滴的去除率达到78.7%，设备的阻力为185Pa。实测数据表明了该蜂窝管式WESP可有效去除催化剂窑炉烟气中的粉尘、PM2.5和雾滴，达到超低排放。
图 2蜂窝管式WESP三维模型图
图 3蜂窝管式WESP试验平台投运前、后对比图
2. 湿式静电除尘器应用在百万机组燃煤火电厂超低排放项目
目前我国燃煤机组最大装机容量为1000MW，湿式静电除尘器在燃煤电厂百万机组的应用实例并不多，因此对百万机组的应用实例分析具有一定的实际参考意义。本节给出了国电宁波北仑电厂三期#7机组(1000MW)加装湿式静电除尘的应用实例，通过对装WESP前、后的烟气排放成分分析及对比，证明了湿式静电除尘器可有效去除燃煤电厂烟气中的SO3气溶胶、氮氧化物、粉尘和PM2.5等污染物，满足百万燃煤机组的超低排放要求。
2.1. 应用背景
为达到国家的燃煤机组大气污染排放新标准，实现燃煤机组在完成改造之后的烟气排放达到天然气机组标准，由南京国电环保科技有限公司与浙江德创环保合作EPC总承包，对国电宁波北仑电厂三期#6、#7机组(2×1000MW)加装湿式静电除尘设备。
2.2. 工程概况
国电宁波北仑电厂#6、#7机组(2×1000MW)湿式静电除尘器的阳极系统运用模块化设计，将整个阳极系统分为48个阳极模块，模块由车间生产并通过公路运输，现场再按图纸安装成整体。阳极管(收尘集)采用的导电玻璃钢具有非常好的耐腐蚀性能[2]，且具有很强的疏水性，能有效地阻隔灰尘和石膏对阳极壁的粘结。导电玻璃钢极板具有耐腐蚀、重量轻、导电性能好、抗燃、抗氧化性好等方面拥有的突出特点，在技术风险和可靠性、运行费用上占有较大的优势，代表着湿式静电除尘技术的发展方向。
阴极线采用2205不锈钢材料制作的管状针刺线，具有强度高，耐腐蚀性能好等特点，能适用于饱和湿烟气环境长期工作。阴极线固定于上下框架上，框架通过设置于壳体外部的绝缘箱支撑，绝缘箱内吊杆采用陶瓷管支撑，绝缘箱内配有电加热装置，其内部温度维持在120~140 ℃，同时绝缘箱还配有热风吹扫装置，以保证绝缘箱时刻保持干燥绝缘状态。阴极铅垂布置，底部有固定防摆装置，装置内设置的拉杆采用陶瓷材料并配有加热功能保证其干燥绝缘。
进、出口烟道以及阳极模块以下部分采用玻璃鳞片防腐，阴极大梁、阳极模块以上本体采用衬预硫化定基橡胶防腐，阴极上框架其余部分全部采用2205不锈钢制作。
目前，#7机组的湿式静电除尘器已完成安装、调试及试运行，并正式投入使用。本文使用的测试数据均来自于#7机组。
2.3. 运行情况
#7机组于2009年6月建成投产，其脱硫系统(WFGD)改造于2013年1月完成，如图4所示，#7机组的湿式静电除尘器布置在WFGD后，考虑到电厂的空间和湿式静电除尘器的体积重量等因素，采用塔外钢支架独立布置的形式，不影响吸收塔安全，支架的支撑梁避开地下铺设的管道。#7机组的WESP进口烟气流量约为2950000Nm3/h，湿饱和烟气由WFGD流向WESP，烟气流向“上进下出”。
蜂窝管湿式电除尘在阳极管上部设置有一层间歇喷淋，此喷淋由冲洗水泵供水，采用高压力及专用的无堵塞冲洗喷嘴，正常运行时，湿式电除尘温降仅为2~3℃，间断喷淋时，温降为5~7℃。喷淋时集尘极表面形成一层连续水膜，收集下来的烟尘随水膜重力自流至下部集液槽，实现在线清灰。温度40℃以上时，石膏易溶于水，粘度下降，不易粘结在阳极管上，整个设备在运行过程中不会产生灰尘和石膏的粘结现象。
#7机组的湿式静电除尘器自2015年3月投运至今已正常运行2个多月，系统运行的各项指标正常、稳定。
图 4国电宁波北仑电厂#7机组(1000MW)湿式静电除尘器
2.4. 应用分析
国电北仑电厂#7机组湿式静电除尘器正常运行2个月来，通过对各项监测数据的采样和收集，可对湿式静电除尘器的效果作出定量和定性的分析。
首先通过肉眼观察，如图5所示，#7机组烟囱排放的烟气在湿式静电除尘器投运前、后有比较直观的对比，湿式静电除尘器投运后烟囱排放的白烟明显减少，说明湿式静电除尘器对雾滴和粉尘的去除效果明显。
再从定量的角度分析， #7机组完成湿式静电除尘改造后的“168”小时满负荷试运行。该机组的实时环保数据为：二氧化硫11.6 mg/Nm3、氮氧化物40.4 mg/Nm3、烟尘2.2 mg/Nm3，这标志着该燃煤机组经过超低排放改造，污染物排放指标已经达到甚至优于燃气轮机标准。据测算，改造后#7机组每年可在原基础上减排二氧化硫约500吨、氮氧化物约500吨、减排烟尘约27吨[3]。
图 5国电北仑电厂#7机组WESP投运前、后烟囱排放对比图
3. 结论及展望：
湿式静电除尘器因其稳定、高效的除尘效果在发达国家的火电厂已有相当广泛的应用，目前在我国火电行业也在积极推广。本文通过对国电宁波北仑电厂#7机组(1000MW)燃煤机组湿式静电除尘器的应用实例分析，证明湿式静电除尘器可以有效去除燃煤烟气中的SO3气溶胶、氮氧化物和粉尘等主要污染成分。随着国家和公众对环境保护的日益重视，相信湿式静电除尘器会更快普及到各大燃煤电厂，在我国大气污染治理的进程中起到重要作用。
