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湿式电除尘选型对比分析

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  【摘 要】国电常州发电有限公司为提高除尘效率,减少SO2排放量,利用脱硫提效改造的机会,在两台脱硫后部增加了湿式除尘器,效果良好,达到了《火电厂大气污染物排放标准》(GB 13223-2011)的标准。
  【关键词】湿式除尘器;原理;材质;选型
  1、背景
  新颁布的《火电厂大气污染物排放标准》(GB 13223-2011)要求燃煤电厂粉尘排放限值由50mg/Nm3提高到30mg/Nm3,重点地区提高到20mg/Nm3,增设了汞的控制指标。《煤电节能减排升级与改造行动计划(2014-2020年)》(国办发[2014]31号)要求到2020年,东部地区基本达到,鼓励中、西部地区达到燃机标准。
  2、湿式电除尘器介绍
  2.1 湿式电除尘器工作原理
  湿式电除尘器通常简称WESP,与干式电除尘器的除尘基本原理相同,要经历荷电、收集和清灰三个阶段。
  2.2工作环境对湿式电除尘的影响
  2.2.1湿度的影响
  在静电除尘过程中,烟气的湿度对除尘器阴极线放电、内部的电场强度分布和电荷密度分布、颗粒的荷电和运动特性都有重要的影响。
  1、湿度对离子迁移率的影响:
  在电晕放电过程中,带电离子和水蒸气分子之间会相互作用,形成水合离子。水合离子的结构复杂,质量较大,在电场中的运动速度较低,从而使离子的平均迁移率减小。
  2、湿度对起晕电压的影响:
  随着相对湿度的增大,湿空气的电离系数α和附着系数η都增大,但电离系数的增加更显著,从而使湿空气的有效电离系数α-η增大,使电晕放电的起晕电压降低,电晕线表面的电场强度降低。
  2.2.2温度的影响
  1、温度对离子迁移率的影响:
  离子迁移率随温度的增大而增大。
  2、温度对起晕电压的影响:
  在相同的相对湿度下,起晕电场强度随温度的增大而减小,且减小幅度随相对湿度的增大而增大。
  3、温度对热泳力的影响
  湿式静电除尘器在除尘过程中,水膜一方面将沉降的颗粒冲刷带走,另一方面也和气体发生热交换,在静电除尘器内部形成温度梯度场,从而对颗粒产生热泳效应,促进颗粒的沉降。
  2.2.3压力的影响
  湿烟气的压力越低,电晕放电的起晕电压也越小。
  3.3.1工作原理
  不锈钢湿式电除尘器的结构形式和布置方式类似于干式电除尘器。該技术是由日本研发,主要代表是日本三菱和三立。早在1975年,不锈钢湿式电除尘器就用于处理化工厂的重油锅炉产生的烟气。
  不锈钢湿式电除尘器的技术特点如下:
  1)一般采用卧式布置,可以沿气流方向采用多电场布置,根据烟气特性,各电场使用不同的设计。
  2)连续喷淋冲洗方式可以对烟气起到洗涤作用,可以强化对粉尘、SOx的脱除效果。
  3)极板极线易于安装,极线易于更换。
  但不锈钢湿式电除尘器存在以下问题:
  1)不锈钢湿式电除尘器无法有效去除湿烟气中的水雾,甚至会增加湿烟气中的水雾含量(约100 mg/Nm3),加重烟囱冒“白烟”的现象。
  2)阳极板一般高度在8m到10m左右,要形成均匀的水膜对阳极板的设计、制造、安装以及现场运行维护有极为严格的要求。
  3)极板材质多采用316L,不具备很好的防腐性能。
  4)运行中需要连续喷水和加碱液中和,因此需要配备更加复杂的给水、循环水、排水、碱液系统,增加建设占地空间和运行维护难度,维护费用高;
  5)阳极板更换难度较大。
  3.2本体布置方式分类
  湿式电除尘器根据本体布置方式可分为卧式湿式电除尘器、立式湿式电除尘器、塔顶一体式湿式电除尘器。
  3.2.1卧式布置
  卧式布置方式烟气采用水平进水平出的方式。阳极一般采用板式布置方式。
  该方式的主要优点是:
  1)可以沿气流方向采用多电场布置形式,根据前后电场烟气条件的差异,采用不同的极间距、阴极线形式、电源型式等。
  2)根据设计效率的不同,可以采用差异化设计,选择不同大小的湿式电除尘器。
  3)未来提效改造时,可以采用增加电场、增加极板高度等扩容方式。
  4)截面有效利用率高。
  5)烟气经过弯头少,阻力相对较低。
  6)采用多电场布置时,停电冲洗同样可以实现较低的排放。
  缺点在于:
  1)存在旁路窜气问题。
  2)烟气进出口方式必须对称分布,因此对布置场地要求更高,吸收塔与烟囱水平烟道之间需要较大的距离。
  3.2.2 立式布置
  立式布置方式烟气流向可分为顺流式(上进下出)和逆流式(下进上出)两种。目前主要以蜂窝状、方形的孔状布置形式。
  立式布置形式的优点在于:
  1)烟气流经全封闭式的电离区,不存在旁路窜气问题。
  2)湿式电除尘器的烟气进口和出口方向可以任意组合,因此对场地要求较低。
  缺点在于:
  1)采用蜂窝结构时,流通截面有效利用率低;采用方形布置(或板式布置)时,可提高有效截面利用率。
  2)立式布置时,烟气流经弯头相对较多,本体截面利用率低,因此系统阻力相对较大。
  3)沿烟气气流方向分多电场布置难度大。
  4)采用蜂窝或方形结构时,极线的安装和更换难度较大。
  3.2.3塔顶一体式布置
  该种布置方式一般采用蜂窝结构、立式布置方式。该方式的优点在于:
  1)占地面积小,可适用于改造场地条件非常紧张的情况。
  缺点在于:
  1)采用蜂窝结构时,截面有效利用率低,本体大。
  2)改造项目受脱硫场地条件限制,本体支撑和基础加固难度大。
  3.3 阳极结构形式
  湿式电除尘器根据阳极结构形式可分为蜂窝式、板式以及方形三种。
  3.3.1蜂窝式或管式
  蜂窝式结构一般用于立式布置、导电玻璃湿式电除器(也有采用钛合金材质的)。
  该结构形式的优点在于:
  1)阳极收尘极的有效利用率高;
  2)可布置成方形、圆形等各种形式的湿式电除尘器;
  3)模块化布置,易于安装。
  3.2 极间距
  目前阳极同极间距类型较多,主要有以下几种:300mm,320mm,350mm,360mm,400mm,420mm等等。
  小极间距的优势:
  1)比集尘面积大。
  小极间距的缺点:
  1)对阳极加工和安装水平要求高;
  2)有效异极间距较低,影响电压的升压和稳定运行。
  3)阳极和阴极费用更高。
  4)运行电压较低、电流大,电源对需要选用大电流电源。
  3.4 喷淋方式
  喷淋方式主要有连续喷淋和间断喷淋。
  根据喷淋的对象不同可分为阳极喷淋系统和阴极喷淋系统。
  连续喷雾冲刷方式的优点:对收尘极和放电极同时进行连续喷淋,不需要断电,可以全时段时间达标排放;连续喷淋液可以对烟气冲刷,实现更高的除尘效率。
  结束语
  本文是根据常州电厂的湿除安装使用情况及国内目前常用的湿除,并结合了湿除的相关文献资料进行了介绍、阐述、分析,有些分析可能不一定适应具体情况,各公司需要根据自身特点进行可研、分析及选型,以达到最佳效果。
  参考文献:
  [1]刘鹤忠 陶秋根 《湿式电除尘器在工程中的应用》
  (作者单位:国电常州发电有限公司)
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