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湿式除尘器与超净脱硫技术浅析

浏览:2 发表时间:2018-09-20 11:51:07

为达到火电厂污染物排放标准的不断提高近零排放标准,湿式电除尘技术和超净脱硫技术是目前火电厂除尘系统的两种主流技术。本文分析这两种方案的技术特点,通过实例计算比较除尘效果重点分析不同的适用范围,为除尘系统的设计提供参考。

为满足不断提高的火电厂污染物排放标准,燃煤电厂必须采取新的工艺方法降低污染物排放水平。湿式电除尘器技术和超净脱硫技术是近期得到日益广泛的应用,可以满足烟尘排放浓度小于5mg/Nm3标准的两种主要技术方案。对这两种新技术进行详细的对比和分析,对合理选择燃煤电厂除尘方案尤为重要。

1、湿式电除尘器

湿式电除尘器作为除尘系统的末端处理装备,可有效去除湿法脱硫无法收集的酸雾、控制PM2.5微细颗粒物及解决烟气排放浊度等问题,国内以往主要应用于化工、冶金行业,近两年有多个电厂的湿式电除尘器项目投产,达到了5mg/Nm3排放标准。

粒径小于0.5μm粉尘的主要荷电作用是扩散,电流密度是此时最重要的影响因素。放电极被浸润后电子较易溢出,水雾被电火花进一步击碎使电场中充满大量的带电雾滴,增加了微细颗粒的荷电机率,荷电后的粒子被捕集的速度也迅速提高。因此湿式电除尘器可以在高烟速下捕获更多的煤灰粉尘和石膏液滴,由于SO3在205℃以下时以粒径小于0.4μm的H2SO4液滴形式存在,因此对SO3也有很高的脱除率。

湿式电除尘器有金属、纤维和导电玻璃钢三类极板材料:金属极板采用刚性金属材料作为收尘极板,采用喷淋系统水膜清灰,是国外湿式电除尘器的主流技术。但要求水膜连续均匀以防止极板腐蚀,因此需要设置复杂的污水处理系统防止碱性水膜进入石膏系统影响石膏脱水率。纤维极板采用柔性纤维织物制成,除尘效率易受极板间距变化影响,稳定性差,目前已较少选用;导电玻璃钢极板用合成树脂粘合碳纤维和玻璃纤维,兼具导电性和耐腐蚀性,无需循环水系统和加药中和环节,维护费用较低,但导电玻璃钢电导率较低,电耗比金属极板高。

湿式电除尘器有管式和板式两种基本结构:管式湿式电除尘器的集尘极为多根并列的圆形或多边形竖直管,放电极位于圆管或多边形管的轴线,只能用于处理竖直流动的烟气;板式电除尘器集尘极呈平板状,极板间均布电极线,可处理水平或竖直流动的烟气。相对于板式结构,管式结构的极线和极板间电场分布较均匀,有利于根据粉尘特性调节电场;管式电除尘器的结构紧凑,总体积相同时的有效收尘面积大,可以获得较高的除尘效率。

湿式电除尘器按布置方式分为卧式和立式,卧式湿式电除尘器结构与常规电除尘器基本类似,采用金属极板、烟气水平进出。冲洗喷嘴布置在电极上方对收尘极和放电极同时进行连续喷淋,喷淋水经下部灰斗收集后自流至循环水箱。立式湿式电除尘器的阳极布置成方形、圆形或六角形套筒,烟气竖直进出,与脱硫塔分开单独布置时上进下出,与脱硫塔合并布置时下进上出。合并布置方案可以节省占地,减少烟道长度,但对脱硫塔所能支撑的荷载要求较高,需与脱硫塔联合设计,施工周期较长。

2、超净脱硫

由国内部分发电公司首先提出的超净脱硫烟气协同治理方案,通过多个设备协同处理提高除尘效率,在达到超净排放要求的同时节省了湿式电除尘器投资,已有多家电厂采用并顺利通过环保验收。此方案不同于由单一设备处理单一污染物的传统设计理念,提出由锅炉尾部多个设备协同处理多种污染物,特定设备在脱除主污染物同时也间接脱除其它污染物,并为其他设备脱除污染物创造条件。具体到粉尘系统中将常规工艺中的脱硫、除尘两个的独立系统协同考虑,在脱硫塔中加装高效除雾器,并通过对烟气流程中各设备的一系列改进,最终达到在满足粉尘排放标准的前提下节约湿式除尘器投资和场地的目的。

在脱硫塔上游,协同治理方案通过低低温除尘技术,配合在干式静电除尘器末级加装高压高频电源、移动电极或机电多复式电场等措施,使SO3冷凝附着在粉尘表面、降低粉尘比电阻以避免反电晕,并通过改善烟尘的粒径分布进一步提高脱硫塔的除尘效率。

超净脱硫技术以高效除雾器技术为核心,通过改善除雾器结构形式,优化烟气流场、加强喷淋等措施提高除尘效率。

除雾器有管式、平板式和屋脊式三种型式:管式除雾器去除大雾滴效果显著,阻力小,去除小雾滴效果较差。平板式除雾器结构简单,易引起液滴的二次夹带。屋脊式除雾器设计流速大,经波纹板碰撞下来的雾滴可集中流下,减轻烟气夹带雾滴,除雾面积比较大。超净脱硫技术一般采用多层屋脊式加管式组合型除雾器,将将管式除雾器加装在脱硫塔喷淋层和第一级屋脊式之间,借用屋脊式冲洗水实现自清洁,同时预清除大大粒径的石膏浆液,防止堵塞并通过在波纹板叶片上增加小钩脱除20~100μm的微小颗粒。

超净脱硫技术还采用列措施进一步提高除尘效率:(a)使用双头喷嘴增加喷嘴密度、通过气液比调节和背压调节实现更高的雾化覆盖率,提高粉尘吸附的概率;(b)设置带有气动乳化装置的双托盘加强塔内烟气与喷淋液的接触;(c)增设导流板、筛板、壁面分配环等装置改善流场,强化气液接触条件,同时减少塔壁的烟气逃逸;(d)增设水平烟道除雾器进一步提高脱尘除雾效率。

3、湿式电除尘器与超净脱硫技术的对比

为保证烟囱出口粉尘排放浓度达到5mg/Nm3标准,不论是湿式电除尘器方案或超净脱硫方案,都要求脱硫塔入口粉尘浓度不能超过20mg/Nm3。因此这两种方案都要求按遵循烟气协同治理理念,采用合理的高效除尘技术控制粉尘排放浓度,即包括低低温、高频高压电源等干式除尘技术,也包括脱硫塔内双头喷嘴、双托盘、导流板等装置。两种方案的主要区别在对脱硫塔高效除雾器或湿式电除尘器的选择。


以某660MW工程为例,煤质及灰分特性分析表明:设计煤种和校核煤种烟气温度达到100℃时的比电阻分别比120℃时下降3.23和3.38倍,灰硫比均超过200,低温腐蚀对下游设备的影响可以忽略,适合采用低低温除尘技术。设置五电场高频高压电源后设计煤种的干式除尘器出口粉尘浓度小于15mg/m3,校核煤种灰分较高,粉尘浓度高于20mg/m3。两种方案的烟尘排放浓度计算如表2所示:


从上述比较可以看出,湿式电除尘器相对超净脱硫技术:

设备投资高,以两台1000MW机组为例,湿式电除尘器本体投资约增加6300万(导电玻璃钢)至9200万(金属极板),超净脱硫技术设备投资增加约600万元;

系统复杂,包含了维持电除尘器电场的电控设备,尤其对于金属极板类湿式电除尘器还需要增加复杂的废水处理系统,设备投资和运行维护费用进一步增加,年运行费用比超净脱硫技术增加约1000万元;

场地要求高,湿式除尘器一般单独布置,占地较大,即使采用脱硫塔顶部布置方案,对脱硫塔支撑强度,尾部烟道布置均有较高要求,而超净脱硫技术仅脱硫塔高度稍有增加,对于改造项目优势明显;

超净脱硫技术遵循烟气协同治理技术路线,发掘无湿式除尘器的除尘流程中各设备的除尘潜能,对各设备除尘效率的要求已接近甚至超过目前的理论极值。这一方面说明目前的除尘工艺流程中,各系统的除尘能力还有一定的裕量,另一方面也提醒设计人员注意虽然已有多个工程成功通过了环保检测,但在煤种灰分较高时,排放是否能够保证稳定低于5mg/Nm3的环保要求仍有待更多的工程实践数据证明。

湿式电除尘器对于亚微米颗粒除尘效率高,因此对于SO3、石膏的微液滴以及汞等重金属的水溶性化合物微颗粒均有较高的脱除效率,对烟气的净化程度由于电场的作用高于超净脱硫技术。当前粉尘检测手段特别是在线检测手段,对于亚微米颗粒测试的灵敏度不高。随着检测技术的提高,湿式电除尘器对亚微米颗粒捕集能力的优势会更加突出。

4、结论

湿式电除尘器和超净脱硫技术是目前火电厂除尘系统为达到超净排放而采用的两种技术,遵循烟气协同治理理念,配合低低温除尘、高频电源、强化喷淋等技术手段,两种方案对于粉尘、SO3、石膏液滴均有很高的脱除效率,可以满足污染物的近零排放要求。

超净脱硫技术节约投资、系统简单可靠、施工及维护方便、场地要求较低,因此在中低灰分煤种、场地、工期或资金紧张的工程中具有比较明显的优势;湿式除尘器对烟气的净化程度高,尤其对于亚微米超细粉尘、重金属和SO3酸雾等污染物有很强的捕集能力,在煤种灰分较高,场地限制较少的工程中可以满足更高的污染物排放要求。


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