火电厂超低排放及湿式电除尘器的改造探讨

火电厂超低排放及湿式电除尘器的改造探讨

王美侠

大唐太原第二热电厂山西太原030002

摘要：目前火电厂面临严峻的环保压力，进行烟气超低排放改造是火电厂必然的选择。通过大量的理论研究分析了火电厂超低排放优化技术路线，并通过大量的现场超低排放改造的实际工程案例，理论密切联系工程实践，验证了提出的超低排放优化技术路线的可行性。

关键词：湿式；电除尘；改造；应用

《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223－2011）颁布，标准规定：自2012年1月1日起，全部新建火力发电燃煤锅炉，执行烟尘排放标准为30mg/m3。GB13223－2011被称作史上“最严格”的标准。火电厂燃煤锅炉是烟尘、二氧化硫（SO2）、氮氧化物（NOx）等主要大气污染物的排放源之一，随着我国对大气污染治理力度的加大，多数燃煤电厂对污染物排放浓度进行了严格控制。尤其是燃煤电厂进行超低排放改造以后，要求粉尘、SO2、NOx的排放浓度达到天然气燃气轮机组标准的排放限值，即分别不高于5mg/Nm3，35mg/Nm3，50mg/Nm3。比《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223－2011）中规定的燃煤锅炉重点地区特别排放限值分别下降75%、30%和50%，是燃煤发电机组清洁生产水平的新标杆。而在具体工程实践中，实现粉尘排放小于5mg/Nm3是非常困难的，而采用湿式电除尘器是最可靠，也是最稳定的方法。

1湿式电除尘器简介

1.1湿式电除尘器原理

湿式电除尘器是在干式电除尘器的基础上发展而来的，其收尘原理与干式电除尘器相同，但清除阳极板上附着灰尘的方式不同。

湿式电除尘器的收尘原理为：通过阴极线放电并使周围空气电离，从而使烟气中的粉尘颗粒荷电，荷电粉尘颗粒在电场力的作用下向阳极板运动被阳极板捕获，吸附在阳极板上的粉尘在阳极板上水膜的冲刷下被带走，完成烟气中粉尘的清除工作。

1.2哈锅湿式电除尘器结构

哈尔滨锅炉厂有限责任公司所生产的湿式电除尘器结构比较紧凑，其主要由以下几个部分构成：

（1）湿式电除尘本体：入口封头、入口气流均布板、阴极系统、阳极系统、除雾器、出口封头等；

（2）电气系统：高频电源、高压隔离开关、穿墙套管、支撑绝缘子等；

（3）水系统：循环水系统、冲洗水系统、碱液系统、喷头等；

（4）支撑结构：本体下部支撑结构。

1.3湿式电除尘器的优点

湿式电除尘器具有电极上无积灰、无移动部件且易损件少、不受粉尘比电阻影响、无二次扬尘、除尘性能稳定等优点。

2机组原有除尘系统介绍

大唐太原第二热电厂2×330MW机组除尘系统采用的是SDHBD/TR-42443-16-2长袋低压脉冲袋式除尘器，每台锅炉配备布袋除尘器设备两套，露天布置。设备进气方式采用水平进气、水平出气，每台除尘器设16个灰斗，每台炉布袋除尘器设16个仓室。处理烟气量1268197Nm3/h，除尘器出口含尘浓度<47.36g/Nm3，保证效率≥99.93％，设计过滤面积42443m2，过滤风速正常运行时＜0.96m/min，本体阻力袋式除尘器投入运行初期≤1200Pa，布袋保证使用寿命30000h。布袋除尘器运行时，锅炉尾部排放的烟气经各气室进口挡板进入布袋除尘器，烟气中的烟尘被吸附在外滤式布袋的外表面，洁净烟气经各气室出口挡板进入净气室，再经引风机送入烟气脱硫系统，布袋清灰采用脉冲清灰方式。布袋除尘器设计有旁路，当锅炉点火初期投油助燃，采取布袋除尘器旁路运行方式。

3改造方案的确定

原除尘器采用的是纯布袋除尘器，从测试情况看目前的布袋除尘器具有较高的除尘效率，本工程应围绕布袋除尘器开展改造方案的论证。

3.1对布袋除尘器进行改造，增加过滤面积，与脱硫系统协同除尘。现有的除尘器除尘效率已经达到了99.93%，对布袋除尘器本体进一步改造来提高效果不明显，脱硫系统按照常规的除尘效率基本在50%，本工程通过了测试，除尘效率在55%左右，即使采用布袋增容改造+脱硫也无法达到5mg/m3的标准。

3.2布袋除尘器+增加二级除尘器与脱硫系统协同除尘，这种方案应该能够实现烟尘达标排放，目前国内相对比较成熟的除尘技术应用情况分析，只有在脱硫塔后面布置一个湿式电除尘器方可将烟囱入口的粉尘浓度控制在5mg/m3（标态、干基、6%O2）以下。

3.2.1湿式静电除尘器简介

湿式静电除尘器是目前国内、国际最为先进的除尘器。湿式电除尘器也是电除尘器的一种，是直接将水雾喷向电极和电晕区，水雾在芒刺电极形成的强大的电晕场内荷电后分裂进一步雾化，在这里，电场力、荷电水雾的碰撞拦截、吸附凝聚，共同对粉尘粒子起捕集作用，最终粉尘粒子在电场力的驱动下到达集尘极而被捕集；与干式电除尘器通过振打将极板上的灰振落至灰斗不同，湿式电除尘器则是将水喷至集尘极上形成连续的水膜，采用水清灰，无振打装置，流动水膜将捕获的粉尘冲刷到灰斗中随水排出。

湿式静电除尘脱除的对象是粉尘和雾滴。能克服传统干式电除尘技术的反电晕、二次扬尘等瓶颈，具有极高的除尘效率，根据国外经验以及国内相关单位的试验结果：湿式电除尘器对酸雾、有毒重金属以及PM10，尤其是PM2.5的细微粉尘有良好的脱除效果，所以，可以使用湿式电除尘器来控制电厂的SO3酸雾、PM2.5，并且还具有联合脱除多污染物，如“汞”的效果。

3.2.2湿式静电除尘系统的性能指标

在锅炉为100%BMCR工况，燃煤为设计煤种，入口含尘浓度（石膏+粉尘）20mg/m3，入口雾滴浓度35mg/m3条件下：湿式电除尘器出口烟尘（尘+石膏）保证排放浓度：≤5mg/m3；出口液滴保证排放浓度：<5mg/m3；液滴脱除效率不低于75%；保证除尘效率≥75%；PM2.5脱除效率≥70%；SO3脱除效率≥70%；湿式电除尘器本体（不包括烟道）阻力<300Pa；漏风率≤1%；使用寿命30年。

3.2.3湿式除尘器的布置方式

湿式除尘器有垂直独立布置、水平烟气流独立布置、垂直烟气流与脱硫塔整体式布置等布置方式。本机组同期进行脱硫增容改造，脱硫改造方案确定新增二级吸收塔，由于新建塔作为二级吸收塔，湿式除尘器采用塔顶式布置，直接布置在新建二级吸收塔上部，从改造工程量、施工工期、投资运行成本等方面都是最佳的。

4改造后的监测与试验

工程改造完成后从运行实时监测数据看，达到了预期的效果，为了进一步验证工程的实际效果，分别委托有关单位进行了性能考核试验和环境监测试验，具体试验情况如下：

4.1性能检测试验结果

经过连续3天的性能测试，湿式电除尘器在100%BMCR运行工况下，入口烟尘浓度平均为21.4mg/m3，出口烟尘浓度为2.0mg/m3，实测除尘效率为90.78%，满足出口粉尘浓度不大于5mg/m3，除尘效率不小于75%的性能要求；除尘器本体阻力平均为175Pa，满足性能保证值不大于300Pa的要求；湿式除尘器入口SO3浓度为24.7mg/m3，出口SO3浓度为7.29mg/m3，SO3脱除效率为70.5%，满足不小于70%性能要求；只有雾滴脱除效率56%，未能达到不低于75%的性能要求。

4.2环境监测试验结果

中国环境监测总站针对本项目进行了连续5天的现场监测，煤质选取的近两年环保指标最差煤质、设计煤质、近期常用煤质三种分别进行了测试，测试结果显示湿式除尘器后净烟气烟尘排放小时平均浓度均低于1mg/m3，对于布袋除尘器后，烟气脱硫前的烟尘浓度进行了两组测试，结果分别是12.3mg/m3，10.5mg/m3。测试结果表明，该机组烟气经布袋除尘器后烟尘浓度较低，再经过脱硫和湿式电除尘后，监测期间烟尘浓度达到了相当低的排放水平。

结束语：随着国家环境保护政策标准的不断升级以及管理力度的持续加大，火电企业面临的环保压力也日趋加码，原有的一些除尘设施已无法满足和适应新的环保形势。除尘新工艺、新技术应运而生。湿式电除尘器在烟气超低排放中的应用，不仅能够进一步提升烟气超低排放工作的整体效果，而且对现代良好生态环境的构建也产生了重要的影响。

参考文献：

[1]李晓敏，王立军，曾晶，等.适应烟气超低排放的现役超临界燃煤火电机组环保设施改造［J］.东北电力技术，2017，38（09）：30~32，37.

[2]刘学冰.基于双流化床（DFBB）燃烧的锅炉烟气超低排放技术［J］.节能与环保，2017（02）：61~63.