板式濕式電除塵器系統的技術研究及應用

濕式電除塵作為一種先進的煙氣治理技術，在國內外各大電廠得到廣泛應用，其性能穩定可靠、效率高，可有效收集微細顆粒物(PM2.5 粉塵、SO3 酸霧、氣溶膠)、重金屬(Hg、As、Se、Pb、Cr)、有機污染物(多環芳烴、二英)等，在濕法脫硫后增設濕式電除塵器的技術能使煙塵排放可降低至10mg/m3- 5mg/m3 以下，由此實現超低排放的效果。
濕式電除塵器根據結構形式和陽極材料主要分為非金屬管式和金屬板式兩種類型，本文結合具體工程對金屬板式濕式電除塵器項目的本體結構系統進行綜述及研究。為便于敘述，以下簡稱金屬極式濕式電除塵器為濕式電除塵器。
1 濕式電除塵器原理

圖1 濕式除塵器工作原理簡圖
濕式電除塵器的工作原理與干式電除塵器類似，主要分為氣體電離、粉塵荷電、塵粒捕集和清灰處理四個階段，其主要工作原理是在集塵極和放電極之間施加數萬伏直流高壓電形成強電場，同時直接將水霧噴向放電極和電暈區。水霧在強電場內荷電后分裂進一步霧化，電場力、荷電水霧的碰撞攔截、吸附凝并，共同對粉塵粒子起捕集作用，終粉塵粒子在電場力的驅動下到達集塵極而被捕集。圖1 為濕式除塵器的工作原理示意圖。
與干式電除塵器清灰方式不同的是，濕式電除塵器沒有干電的振打裝置，不會產生二次揚塵，濕式電除塵器采用液體沖刷集塵極表面來進行清灰，通過水膜沖洗達到清灰目的，沖洗下來的廢水經處理后實現循環利用。
濕式電除塵器的噴淋系統及均勻水膜的形成規律、陰陽極配、本體結構、高壓供電等技術才是實現其有效脫除酸霧、細微粉塵等多種污染物的關鍵所在。
采用濕式電除塵技術工藝，由于其終端把關的技術特點，布置在濕法脫硫后的除塵裝置，只要滿足濕法脫硫工藝要求即可。這樣，既可以降低前端除塵裝置的投資和運行成本，又能夠解決脫硫設備前的場地緊張問題。
同時，由于濕式電除塵器運行中的噴淋作用，對煙氣中的SO2 具有一定的洗滌脫除作用，有效緩解下游煙道、煙囪的腐蝕，減少了濕法脫硫的投資和運行成本，具有較好的經濟性。
2 濕式除塵器結構與組成
板式濕式電除塵器主要由本體結構系統、水處理系統和電控系統三大部分組成，細分為本體結構、陰陽極、噴淋、水循環、電氣儀控等分系統組成。
其本體結構系統與干式電除塵器基本相同，包括：進出口喇叭、殼體、灰斗、陰極放電極、陽極收塵極、絕緣子、噴淋裝置及管道等。
本文就濕式電除塵器的本體結構系統作綜述和研究，圖2 為金屬極板濕式除塵器的結構示意圖。
水處理系統增加了噴淋系統和水循環系統，由于濕式電除塵器運行時內部為飽和濕煙氣，為防止飽和濕煙氣在支承絕緣子內壁上遇冷結露，導致支承絕緣子開裂甚至爆炸，故增加了絕緣子保溫箱的熱風吹掃系統，起到加熱和氣密的作用。

圖2
濕式電除塵器電控系統分為高頻電源系統、水沖洗系統、廢水處理系統和熱風吹掃系統等子系統。高頻電源控制系統使用DSP 控制器采用通訊方式介入DCS 系統，其余子系統均可直接納入DCS 脫硫系統，由此保證脫硫控制室操作站上實現系統內所有設備的控制和監控。
3 本體結構系統研究
3.1 主要結構部件材料
由于濕式電除塵器處理的煙氣工質為濕法脫硫后出來的飽和濕煙氣，且煙氣溫度僅50℃左右，含有大量腐蝕性較強的酸性霧滴，因此主要結構部件材料選用應注意防腐蝕性質。
從結構上講，進出口錐體、灰斗、頂蓋及殼體等，本體外殼通常采用普通碳鋼，但為防止腐蝕，其內表面接觸煙氣處均需涂玻璃鱗片等防腐材料。
陽極板整體工作均在腐蝕性煙氣環境中，為保證其收塵效果，其材質需具有抗腐蝕性。因為極板一旦受腐蝕而發生故障，不僅會影響收塵效果，還會干擾電場，導致除塵性能下降。濕式電除塵器配置連續噴淋系統，形成水膜覆于極板表面，且循環水已經加堿調整至合適的PH 值，降低了對極板的腐蝕，由此陽極板材料采用316L 不銹鋼即可。
陰極線、陰極框架及內部噴淋管道與陽極板所處的工作環境相同，為保證陰極放電而防止其表面粉塵凝結和結垢，故陰極線至少也應選用與陽極板一致的材料。
內部其他部件，如塵中走道、擋風板、氣流均布板等，由于防腐施工困難且施工質量不可控，因此也可選用316L 不銹鋼。
3.2 良好極配形式
陰陽極作為濕式電除塵器的核心內件，是保證除塵效率的重要部件。
陽極板在結構設計階段應考慮其結構形式有利于形成均勻水膜，從而消除一般極板的“溝流”現象，現今國內金屬極板的主流型號有低波紋C450、C590、818 等幾種。
陰極線宜采用低電暈、易沖洗的極線型式，有效保證針刺的針尖放電能力和降低液滴腐蝕。目前主流濕式電除塵器的陰極線型主要有針刺線、芒刺線等。芒刺線起暈電壓低，而針刺線放電強，性能各有優劣。
陽極板、陰極線長度與實際處理煙氣參數性質相匹配，這樣的極配形式與噴淋系統和高壓供電配合，可以使電除塵器獲得的運行參數和除塵效果。
3.3 噴淋裝置結構
經研究及實驗表明，噴淋管高度提高，噴嘴霧化角增大，噴淋管間距增大，噴嘴與極板間距增大，更易形成均勻水膜．噴嘴布置在極線之上更優，故噴淋布置于極板、極線上方。一般煙氣入口封頭內還設有氣流均布板，為防止長時間下均布板積塵和被腐蝕，在氣流均布板前方也布置兩道間歇沖洗的噴淋裝置。
濕式電除塵器采用噴嘴噴淋清灰方式，當噴嘴的噴淋流量過小，在收塵極板上易形成溝流，長期運行則造成極板結垢，影響系統放電特性；當噴淋量過大時，則會造成對水資源的浪費，同時加重循環水處理系統的負擔。
因此，合理的噴嘴排布方式及噴嘴選型可在較小水量下實現液膜均勻分布，在濕式靜電除塵器設計中極為關鍵。
4 具體工程應用及優化
浙江浙能樂清、蘭溪、北侖、嘉興等電廠8 臺燃煤機組于2015 年超低排放改造，增加濕式電除塵器，其電除塵器的設計除塵效率為75% 以上，出口煙塵濃度排放4.5mg/Nm3 以下；浙江溫州特魯萊電廠#3 機組于2016 年增加濕式電除塵器，其設計效率85%以上，出口粉塵濃度4.5mg/Nm3 以下。分別于2016 年與2017 年改造完畢并成功投入運行，地實現了燃煤電廠煙塵超低排放的指標。
極配形式方面比較，前者8 臺濕式電除塵器采用C450 低波紋陽極板搭配芒刺陰極線，而浙江溫州特魯萊#3 機組濕式電除塵器采用C590陽極板配合針刺線，陰陽極材料均采用SUS316L 不銹鋼材料,抗腐蝕能力強，確保設備長時間穩定運行。本體結構方面，進出口喇叭、灰斗及殼體等主要本體外殼結構，后者在前者的基礎上進行了一定優化和改進，降低材料成本，提高了經濟效益。
5 結論
通過對濕式電除塵器結構系統的技術研究，并結合實際工程項目的應用得出如下結論：
(1) 對陽極板、陰極線等內件應選用抗腐蝕性較強的不銹鋼材料，對本體殼體等結構部件采用普通碳鋼材料加鱗片防腐即可，這樣的材質選擇既能滿足運行環境要求，也存在較大的經濟性。
(2)良好的極配型式可以保證獲得運行參數，并保證設備整體運行的穩定性。
(3)合理的噴淋裝置有利于陽極表面形成均勻水膜，防止結垢，確保極板良好的收塵效果。濕式電除塵器完善的結構系統主要在于特殊材料選用、良好極配形式、合理噴淋設置。完善的結構系統、水處理系統，電控系統三大部分組合成一個整體濕式電除塵系統，為實現燃煤電廠煙氣超低排放、治理PM2.5 提供了保障。