WESP在燃煤電廠粉塵“近零排放”工程的應用

來源:《電力科技與環?!?

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關鍵詞:煤電清潔高效利用 近零排放 燃煤電廠

    介紹了濕式電除塵器的工作原理以及技術特點,并對目前國內大型燃煤電廠實現出口粉塵1mg/Nm3以下“近零排放”的技術路線進行了分析:可采用低低溫電除塵器改造、濕法脫硫協同除塵改造以及濕式電除塵器改造的技術路線;此外,重點介紹了濕式電除塵器在國內600MW機組燃煤電廠“近零排放”改造工程中的應用。


    0引言


    隨著改造工作的不斷深入,個別燃煤電廠旨在尋求粉塵1mg/Nm3以下“近零排放”的目標:如浙江國華浙能發電有限公司#4爐660MW機組經過濕式電除塵器(以下簡稱WESP)改造后,出口粉塵排放0.575mg/Nm3,是國內首臺600MW以上機組實現出口粉塵1mg/Nm3以下“近零排放”的投運機組。本文重點介紹了WESP技術在國華寧海電廠#4機組中的應用,以期為大型燃煤電廠實現“近零排放”目標提供有力借鑒。


    1WESP工作原理及技術特點


    1.1WESP對微細粉塵的去除原理


    WESP是一種用來處理含濕氣體的高壓靜電除塵設備,在燃煤電廠中通常布置在脫硫設備后,其工作原理和干式電除塵器基本相同,都要經歷電離、荷電、收集和清灰四個階段,煙氣通過進口封頭后進入電場,在高壓電的作用下氣體電離粉塵被荷電,荷電后的粉塵在電場力的作用下向集塵極移動,隨集塵極表面的水膜去除。WESP工作原理如圖1所示。



    在電除塵器中對粉塵顆粒有兩種類型的荷電過程,


    對于直徑大于1μm的顆粒,電場荷電是主要作用,顆粒碰撞沿電力線運動的負離子而帶電,這時電壓的強弱是影響這個過程的最主要因素。


    對直徑小于0.5μm的微細顆粒,擴散荷電是主要作用,亞微米粒子在隨機運動時與負離子碰撞而帶電,此時注入的電流密度是影響擴散放電最重要的因素。


    在WESP中,因放電極被水浸潤后,電子較易溢出,同時水霧被放電極尖端的強大電火花進一步擊碎細化,使電場中存在大量帶電霧滴,大大增加亞微米粒子碰撞帶電的機率,而帶電粒子在電場中運動的速度是布朗運行的數十倍,這樣就大幅度提高了亞微米粒子向集塵極運行的速度,可以在較高的煙氣流速下,捕獲更多的微粒。


    1.2WESP技術特點


    WESP獨特的清灰方式以及工作環境,使其較干式除塵器具有很多的特點:


    不受粉塵比電阻影響,無反電暈及二次揚塵等特點;


    不僅可以有效除去煙氣中的PM2.5,同時還可協同脫除SO3、汞及煙氣中攜帶的脫硫石膏霧滴等污染物,抑制“石膏雨”和“煙囪白煙”的形成;


    可達到其它除塵設備難以達到的極低的煙塵排放限值;


    同時設備本體結構小、占地面積小等特點。



    2“近零排放”技術路線選擇


    目前,國內燃煤電廠“超低排放”改造技術路線主要分為基于污染物末端治理理念的改造技術路線和基于污染物協同控制理念的改造技術路線。第一種技術路線主要是在脫硫塔后增加WESP,第二種技術路線主要是對電除塵器和脫硫塔進行升級改造從而實現粉塵協同脫除的目的。


    國內已有個別大型燃煤電廠將以上兩種技術路線的優勢合并后,實現出口粉塵1mg/Nm3以下的“近零排放”,其采用的技術路線主要包括SCR脫硝裝置、低溫省煤器、低低溫電除塵器、協同除塵濕法脫硫塔和WESP,該技術路線的最大特點既利用了低低溫除塵器的高效除塵性能,同時通過改造脫硫塔內部結構和增加高效除霧裝置提高脫硫塔的協同脫除粉塵的能力,最后通過WESP的深度凈化處理,使最終出口粉塵排放確保小于1mg/Nm3。


    2.1粉塵近零排放改造主要技術


    2.1.1低低溫電除塵器改造


    為滿足超低排放的要求,低低溫電除塵器技術已經開始被國內很多電廠所應用。主要功能是實現煙塵的高效脫除,同時實現SO3的協同脫除。當煙氣經過熱回收器時,煙氣溫度降低至酸露點以下,SO3冷凝成硫酸霧,并吸附在粉塵表面,使粉塵性質發生了很大變化,不僅使粉塵比電阻降低,而且提升了擊穿電壓、降低煙氣流量,從而提高除塵效率。其對SO3的脫除率一般不小于80%,最高可達95%。而且低低溫電除塵器的出口粉塵粒徑會增大,可大幅提高濕法脫硫裝置協同除塵效果。


    2.1.2濕法脫硫協同除塵改造


    由于通過低低溫電除塵器的出口煙塵平均粒徑大于3μm,可大幅提高濕法脫硫裝置協同除塵效果。通過優化設計脫硫塔及調整除霧器布置并改善其性能,除霧器出口煙氣攜帶霧滴濃度可達到或優于20~40mg/m3的指標。


    通過改善噴淋層設計,保證吸收塔塔內氣流分布均勻度,保證每個噴嘴入口壓力均勻。


    采用單塔或組合式分區吸收技術,改變氣液傳質平衡條件,并優化漿液pH值、液氣比、漿液霧化粒徑、氧硫比等參數,提高脫硫效率。優化塔內煙氣流場,有效降低液氣比,降低能耗。通過以上措施改造過,一般濕法脫硫裝置的SO2脫除效率不低于98%,煙塵協同脫除效率大于70%。


    2.1.3濕式電除塵器改造


    WESP作為燃煤電廠尾氣治理精處理技術裝備,一般安裝于脫硫塔后,脫硫后煙氣經WESP精處理后,排至煙囪。WESP獨特的運行環境以及清灰方式,使其可有效捕集其它煙氣治理設備捕集效率較低的污染物(如PM2.5等),消除“石膏雨”,可達到其它污染物控制設備難以達到的極低的排放限值,一般情況下,其對微細粉塵的去除率能夠達80%-90%。


    3工程應用


    3.1工程概況


    國華寧海電廠位于象山港底部,在寧??h橋頭胡區強蛟鎮境內下月岙村,距強蛟鎮約1.5公里,距寧??h城23公里,距寧波80公里,為保護環境,體現國企社會責任,響應神華集團“綠色發電計劃”,實現大氣污染物“近零排放”的要求,國華寧海電廠對#2、#4機組實施環保改造工程。國華寧海電廠粉塵“近零排放”技術路線主要采用低低溫電除塵器改造、濕法脫硫改造、WESP改造,其技術路線示意圖如圖2所示。



    煙氣先經過脫硝系統去除NOx,然后經低低溫電除塵器去除大部分粉塵,要求低低溫電除塵器設計出口粉塵小于15mg/Nm3,之后再經過協同除塵濕法脫硫塔,要求出口粉塵小于5mg/Nm3,最后經過WESP后要求出口粉塵小于1mg/Nm3,實現粉塵“近零排放”的目標。


    3.2WESP設計參數以及性能要求


    針對國華寧海電廠#4爐的煙氣特性,并結合電廠實際場地條件限制因素,對WESP進行了優化選型設計,主要的設計參數及性能要求見表2。



    3.3技術方案特點


    本項目WESP采用金屬板式濕式電除塵器技術,由于脫硫塔出口煙氣具有高濕度、強腐蝕特性,因此從WESP的結構要求以及材質防腐性能兩方面做了綜合考慮,經優化設計后,保證該技術方案滿足寧海電廠脫硫塔出口的實際煙氣特性。


    3.3.1高效的噴淋系統


    采用的是單線連續的噴淋技術,可實現對陽極板、陰極線的同時連續的噴淋,噴嘴經過特殊的設計,霧化效果良好,經合理排布后能確保噴淋無死角且覆蓋率達120%以上,充分保證系統運行穩定可靠,有效去除濕煙氣中粉塵、PM2.5、SO3氣溶膠等復合污染物。


    3.3.2特殊的極配型式


    陽極板和陰極線通常被認為是整個WESP結構中最重要的部件,此項目中采用金屬平板的陽極板配針刺型的陰極線,同極間距300mm。平板型的陽極板經過特殊的加工工藝,能確保板面成膜均勻,針刺型的陰極線具有剛性強、放電強度高的特點,這種極配和高壓供電相匹配,可以獲得最佳電氣運行參數,有效保證長期實現“近零排放”。


    3.3.3循環穩定的水系統


    通過計算寧海電廠實際收集的粉塵量以及消耗的水量之間的關系,建立了一套針對寧海電廠#4爐的粉塵與廢水平衡系統,使大部分水循環使用,一小部分水外排,且通過控制外排水的濃度,使這部分水直接作為脫硫系統的補充水使用,對電廠而言基本實現WESP零水耗。


    3.3.4優化的結構材料選擇


    結構材料的防腐性能直接影響到WESP的使用壽命。寧海電廠項目中,主要的內構件如陽極板、陰極線的材質選用的是2205雙相不銹鋼的材質,這種材質具有強度高、抗酸腐蝕性能強的特點,能夠完全適應WESP內部高濕、強腐蝕性的運行環境;對其他結構件的材質一般選用普通碳鋼涂覆玻璃鱗片進行防腐;此外,WESP內部的循環水是經過NaOH加堿中和過的,使循環水的pH一般呈現中性偏堿性的狀態,能夠對WESP內部的結構件起到有效的抗酸腐蝕的保護作用,延長WESP的使用壽命。


    3.4運行效果


    2015年12月26日,寧海電廠#4爐660MW機組煙氣粉塵“近零排放”工程順利并入系統運行,低低溫電除塵器改造、脫硫提效改造以及WESP改造等設施全部投運,成功完成了各項建設目標。


    2016年1月16日,經權威部門測試結果顯示,該機組的出口粉塵排放量僅為0.575mg/Nm3,實現了大型燃煤電廠煙氣粉塵的“近零排放”改造目標。


    寧海電廠#4爐是國內首臺600MW以上機組實現出口粉塵1mg/Nm3以下“近零排放”的投運機組,將為推動我國煤電清潔高效利用和能源技術革新提供了有力借鑒。


    3結論


    WESP基于其特殊的清灰方式和技術特點,可作為燃煤電廠粉塵精處理系統的技術裝備使用,經過合理的技術路線選擇,可實現燃煤電廠粉塵的“近零排放”的目標。國華寧海電廠#4爐660MW機組的成功應用經驗表明,通過WESP的深度凈化作用后,可以實現大型甚至超大型燃煤電廠的出口粉塵低于1mg/Nm3的“近零排放”,大大改善電廠的周邊環境,為大型燃煤電廠采用WESP實現“近零排放”提供了有益的參考。

    (審核編輯: Doris)

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