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湿式静电除尘器在百万燃煤机组的应用
来源: | 作者:净美 | 发布时间: 36天前 | 28 次浏览 | 分享到:
本文简要介绍了湿式静电除尘器(简称WESP)的技术原理、发展历程和国内外的应用情况。重点介绍了 湿式静电除尘器在宁波北仑电厂百万机组超低排放项目上的应用,通过加装湿式静电除尘器前、后的烟气排放成分分析,说明湿式静电除尘器可以有效地去除烟气中 的粉尘微粒、SO3气溶胶和经WFGD所携带的石膏等成分,达到近零排放。

  近年来,随着我国的国民经济高速发展,一些“粗放”式发展模式下的弊端也逐渐显现出来---环境污染日益严重,在以京津冀、长三角、珠三角为代 表的经济发达地区集中爆发了严重的雾霾污染,对公众的健康造成威胁。燃煤电厂排放的烟气是大气污染的主要来源之一,也是大气污染治理的重点。

  为贯彻可持续发展观,国家对燃煤电厂的节能减排提出了新的要求,根据《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223-2011)的规定,重点地区的二氧化硫、氮氧化物及粉尘的排放浓度限值分别为100、50、20mg/Nm3,由于环保的压力,这些地区已经按照燃气机组的标准50、35、5 mg/Nm3开始要求。

  为了达到这些排放要求,需要一种能够去除这些细微颗粒物的环保设备。湿式静电除尘器(WESP)作为大气污染物控制的终端深度处理系统,对 S03气溶胶、氮氧化物和PM2.5粉尘等都具有很高的脱除效率,同时汞的脱除效果也很好。因此,在我国燃煤电厂研究和推广应用湿式静电除尘技术具有非常 重要的意义。

  1. 湿式静电除尘器

  1.1. 除尘原理

  湿式静电除尘器通过阴极线直流高压放电,将周围空气电离,烟气中的粉尘荷电后,受电场力驱使被收集到集尘板上,与干式电除尘不同的是,湿式静电除尘用喷淋水替代振打来达到清灰的功能。

  如图1所示,湿式静电除尘器一般布置在湿法脱硫之后。湿法脱硫出口烟气中的大部分粉尘已被干式电除尘除去,并成为夹带石膏颗粒的湿饱和烟气,通过湿式静电除尘器处理后,达到排放要求,由烟囱排出。

  

  图 1湿式静电除尘布置位置

  1.2. 国内外应用情况

  湿式静电除尘技术在美国、欧洲、日本等发达国家已较为成熟,有近30年的燃煤电厂应用经验,已有近百套不同类型的WESP在电厂大型机组上成功 运行,如:2000年投运的美国NB电力公司Dalhousie电厂315MW机组;2001年投运的日本中部电力碧南电厂(2×1000MW)机组 [1];2002年投运的美国Xcel能源公司Sherburne电厂750MW机组等。

  在国内,湿式静电除尘器在冶金、硫酸行业已有30多年的成功应用[2],已制定《煤气用湿式电除尘》(JB/T6409-2008)的行业标准。近两年随着环保要求的提高,在火电行业开始大面积应用,据不完全统计已有近百台合同业绩,10余台投运业绩。

  1.3. 蜂窝管式WESP工业试验平台

  为了验证湿式静电除尘器的效果,我们设立了一个导电玻璃钢蜂窝管式WESP工业试验平台,如图2所示,应用于脱硝催化剂生产窑炉的烟气深度治 理,其治理的主要污染物为粉尘、气溶胶和PM2.5,处理的烟气量为10000Nm3/h,烟气温度为50~70℃,入口的粉尘浓度为55mg/Nm3, 设计除尘效率为91%。

  如图3所示,开启试验平台的蜂窝管式WESP后,肉眼基本看不到白烟了。经烟尘仪测量,开启WESP后的粉尘排放浓度减至4.3mg/Nm3, 实际的粉尘去除效率达到92.18%,PM2.5的去除率达到85.5%,雾滴的去除率达到78.7%,设备的阻力为185Pa。实测数据表明了该蜂窝管 式WESP可有效去除催化剂窑炉烟气中的粉尘、PM2.5和雾滴,达到超低排放。

  

  图 2蜂窝管式WESP三维模型图

  

  图 3蜂窝管式WESP试验平台投运前、后对比图

  2. 湿式静电除尘器应用在百万机组燃煤火电厂超低排放项目

  目前我国燃煤机组最大装机容量为1000MW,湿式静电除尘器在燃煤电厂百万机组的应用实例并不多,因此对百万机组的应用实例分析具有一定的实 际参考意义。本节给出了国电宁波北仑电厂三期#7机组(1000MW)加装湿式静电除尘的应用实例,通过对装WESP前、后的烟气排放成分分析及对比,证 明了湿式静电除尘器可有效去除燃煤电厂烟气中的SO3气溶胶、氮氧化物、粉尘和PM2.5等污染物,满足百万燃煤机组的超低排放要求。

  2.1. 应用背景

  为达到国家的燃煤机组大气污染排放新标准,实现燃煤机组在完成改造之后的烟气排放达到天然气机组标准,由南京国电环保科技有限公司与浙江德创环保合作EPC总承包,对国电宁波北仑电厂三期#6、#7机组(2×1000MW)加装湿式静电除尘设备。

  2.2. 工程概况

  国电宁波北仑电厂#6、#7机组(2×1000MW)湿式静电除尘器的阳极系统运用模块化设计,将整个阳极系统分为48个阳极模块,模块由车间 生产并通过公路运输,现场再按图纸安装成整体。阳极管(收尘集)采用的导电玻璃钢具有非常好的耐腐蚀性能[2],且具有很强的疏水性,能有效地阻隔灰尘和 石膏对阳极壁的粘结。导电玻璃钢极板具有耐腐蚀、重量轻、导电性能好、抗燃、抗氧化性好等方面拥有的突出特点,在技术风险和可靠性、运行费用上占有较大的 优势,代表着湿式静电除尘技术的发展方向。

  阴极线采用2205不锈钢材料制作的管状针刺线,具有强度高,耐腐蚀性能好等特点,能适用于饱和湿烟气环境长期工作。阴极线固定于上下框架上, 框架通过设置于壳体外部的绝缘箱支撑,绝缘箱内吊杆采用陶瓷管支撑,绝缘箱内配有电加热装置,其内部温度维持在120~140 ℃,同时绝缘箱还配有热风吹扫装置,以保证绝缘箱时刻保持干燥绝缘状态。阴极铅垂布置,底部有固定防摆装置,装置内设置的拉杆采用陶瓷材料并配有加热功能 保证其干燥绝缘。

  进、出口烟道以及阳极模块以下部分采用玻璃鳞片防腐,阴极大梁、阳极模块以上本体采用衬预硫化定基橡胶防腐,阴极上框架其余部分全部采用2205不锈钢制作。

  目前,#7机组的湿式静电除尘器已完成安装、调试及试运行,并正式投入使用。本文使用的测试数据均来自于#7机组。

  2.3. 运行情况

  #7机组于2009年6月建成投产,其脱硫系统(WFGD)改造于2013年1月完成,如图4所示,#7机组的湿式静电除尘器布置在WFGD 后,考虑到电厂的空间和湿式静电除尘器的体积重量等因素,采用塔外钢支架独立布置的形式,不影响吸收塔安全,支架的支撑梁避开地下铺设的管道。#7机组的 WESP进口烟气流量约为2950000Nm3/h,湿饱和烟气由WFGD流向WESP,烟气流向“上进下出”。

  蜂窝管湿式电除尘在阳极管上部设置有一层间歇喷淋,此喷淋由冲洗水泵供水,采用高压力及专用的无堵塞冲洗喷嘴,正常运行时,湿式电除尘温降仅为 2~3℃,间断喷淋时,温降为5~7℃。喷淋时集尘极表面形成一层连续水膜,收集下来的烟尘随水膜重力自流至下部集液槽,实现在线清灰。温度40℃以上 时,石膏易溶于水,粘度下降,不易粘结在阳极管上,整个设备在运行过程中不会产生灰尘和石膏的粘结现象。

  #7机组的湿式静电除尘器自2015年3月投运至今已正常运行2个多月,系统运行的各项指标正常、稳定。

  

  图 4国电宁波北仑电厂#7机组(1000MW)湿式静电除尘器

  2.4. 应用分析

  国电北仑电厂#7机组湿式静电除尘器正常运行2个月来,通过对各项监测数据的采样和收集,可对湿式静电除尘器的效果作出定量和定性的分析。

  首先通过肉眼观察,如图5所示,#7机组烟囱排放的烟气在湿式静电除尘器投运前、后有比较直观的对比,湿式静电除尘器投运后烟囱排放的白烟明显减少,说明湿式静电除尘器对雾滴和粉尘的去除效果明显。

  再从定量的角度分析, #7机组完成湿式静电除尘改造后的“168”小时满负荷试运行。该机组的实时环保数据为:二氧化硫11.6 mg/Nm3、氮氧化物40.4 mg/Nm3、烟尘2.2 mg/Nm3,这标志着该燃煤机组经过超低排放改造,污染物排放指标已经达到甚至优于燃气轮机标准。据测算,改造后#7机组每年可在原基础上减排二氧化硫 约500吨、氮氧化物约500吨、减排烟尘约27吨[3]。

  

  图 5国电北仑电厂#7机组WESP投运前、后烟囱排放对比图

  3. 结论及展望

  湿式静电除尘器因其稳定、高效的除尘效果在发达国家的火电厂已有相当广泛的应用,目前在我国火电行业也在积极推广。本文通过对国电宁波北仑电 厂#7机组(1000MW)燃煤机组湿式静电除尘器的应用实例分析,证明湿式静电除尘器可以有效去除燃煤烟气中的SO3气溶胶、氮氧化物和粉尘等主要污染 成分。随着国家和公众对环境保护的日益重视,相信湿式静电除尘器会更快普及到各大燃煤电厂,在我国大气污染治理的进程中起到重要作用。

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