【干货】湿式静电除尘技术的工艺设备选型分析

摘要：本文介绍了目前国内湿式除尘设备的主要类型，依据当前国内湿式除尘设备的投入运行实际情况，分析了影响湿式除尘设备高效稳定运行的几个关键参数，并对不同的工艺路线和设备选型方法提出了若干建议。

关键词：湿式静电;工艺;选型;超低排放

一、导言

对于燃煤烟气排放的细颗粒物，三部委要求中、东、西部地区新建和东部现役燃煤电厂烟尘排放浓度标准基本达到或接近燃气轮机组排放限值，鼓励加装湿式静电除尘装置(WESP)等成熟适用的环保改造技术。在美国、日本、德国等世界发达国家，自1991~1992年开始，湿式静电技术用于脱硫尾部烟气处理方面开始有工业应用案例。在我国，自2014年下半年开始，国内陆续建成一批湿式静电除尘改造工程，公布的烟尘排放浓度也越来越低，从10mg/Nm3，到5mg/Nm3，到3mg/Nm3，甚至于1mg/Nm3，结合高效脱硫、脱硝技术，“超净排放”“近零排放”的概念逐渐成为环保热词。WESP作为高效除尘的尖端精处理设备在处理复杂湿烟气PM2.5组分方面具有明显的优势，得到行业人士的普遍认可，本文仅就WESP目前在国内的应用情况进行讨论和分析。

二、WESP技术分类

WESP除在处理复杂湿烟气PM2.5组分具备明显优势之外，其对高比电阻粉尘、酸雾、汞、重金属、二恶英等气溶胶颗粒也具有优异的协同脱除效果，严格来讲，“深度净化、联合脱除”才是该技术应用于燃煤烟气污染物末端脱除的准确表述，而不是常规理解的仅仅实现的除尘功能。随着湿式静电除尘设备的大规模应用，业主单位在选择湿式除尘设备时，通常按照阳极材质不同来分类，即：

1、柔性阳极湿式除尘设备

该技术采用柔性有机纤维作为做阳极，利用纤维结构的毛细现象，使其在运行过程中自然形成“全表面”均匀水膜，不会出现刚性极板常见的“沟流”及“枝杈”现象，降低了阳极发生结垢的可能性。柔性有机纤维材料耐腐蚀性能优越，运行过程中不需要额外使用碱液进行保护性冲洗，无二次废水产生。柔性阳极能够在极板自然形成并保持一层均匀水膜，起到“自冲刷”的水力冲灰效果，无需大量冲洗水。该技术由山东神华山大能源环境有限公司自主研发，专门针对燃煤湿烟气的特点，具备完全自主知识产权，是国内电力行业最早大型化应用(300MW机组以上)的湿式除尘设备技术，可根据需要采用立式或卧式布置方式，运行费用是国内外同类技术的40%~50%。

2、刚性极板湿式除尘设备

(1)不锈钢阳极湿式除尘设备：该技术采用316L不锈钢作为阳极材料，其技术来源为日本三菱、日立公司，国内也有部分环保企业通过消化吸收以上技术推出了自己的不锈钢阳极WESP技术，该技术均采用卧式方式布置。由于316L不锈钢在脱硫后高腐蚀环境烟气中长期运行存在显著的腐蚀结垢风险，采用金属极板的湿式静电除尘器都设计有碱液(NaOH溶液)保护系统，虽然一定程度上延长了阳极板的使用寿命，但是却由此产生了大量碱性废水，须另行处理，也对电厂的废水处理系统带来了一定的压力。

(2)玻璃钢阳极WESP

该技术采用导电玻璃钢作为阳极，具备良好的耐腐蚀性能，运行中不需要碱液保护冲洗。玻璃钢阳极湿式静电曾在国内化工行业(除酸雾)广泛应用，与燃煤烟气不同，化工行业使用的湿式静电除尘器烟气处理流速一般在1m/s左右(一般处理燃煤烟气为2~3m/s)，且尾气成分相对从简单，基本为SO3酸雾，H2S等(燃煤烟气中含有尘、盐类等多组分杂质)，因此该技术在燃煤烟气处理中的应用还有待进一步验证。

三、WESP技术工艺及设备选型分析

清灰方式合理，阳极表面能够持续保持清洁是湿式除尘设备长期稳定运行的关键。因此选择不同的技术工艺，重点应对阳极清灰方式和效果以及由清灰方式衍生的问题予以考虑。WESP设备若按清灰水膜形成类型划分，主要有：自清灰型(依靠静电收集液体形成均匀水膜，完成电极冲洗，以湿烟气环境为前提，代表性技术柔性阳极);喷雾冲刷型(雾化喷嘴产生气水混合物，在电极表面形成均匀水膜，代表性技术刚性阳极)。阳极材料的异同，其形成水膜的机理差异加大。对于柔性阳极而言，其阳极材料选用耐酸碱腐蚀性优良的有机纤维，材料编制结构特性引入毛细作用，利于在超低水耗量(甚至紧靠捕集脱硫携带的液滴量)即可在表面形成均匀水膜，正常运行耗水量基本为零;刚性阳极需要重点提升极板表面加工偏差和降低表面张力，水膜形成过程要利于液膜铺展，否则会在极板表面形成“沟流”、“枝杈”现象，有造成极板结垢的严重风险，或者需要使用外加水源频繁对阳极进行冲洗，这会使得运行水耗、电耗和运行成本偏大，严重者会影响脱硫系统水平衡。因此需尽量降低冲洗水耗量，从而减少设备出口液滴浓度超标风险增加，降低烟羽脱尾视觉污染。

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湿式除尘器作为国内近几年推广应用的大型烟尘精处理设备，其长期运行安全可靠性和经济性，对每个电厂单独核算烟尘控制排放精度和吨除尘成本影响较大。WESP技术大型化应用于燃煤电厂烟气深度净化开始于2012年，国电益阳发电厂300MW机组采用柔性阳极WESP技术，成功的在降低烟尘排放浓度(设计烟尘排放浓度小于20mg/Nm3)的同时，根本性的解决了该厂严重的“石膏雨”问题。随后该技术，在九江、荥阳、民权等国内多台机组推广应用。上述项目陆续投运获得行业的持续关注后，国内多家环保企业开始涉足WESP技术的引进或研发，并作为企业的主要环保产品进行市场推广。2013到2015短短两年的时间，国内先后数几十家电力、冶金企业建成并投运了湿式静电除尘装置，无论选用哪种技术工艺，已运行设备所暴露出的问题或长期运行安全可靠性、经济性在选型调研时均需给予重点关注。

超低排放指标的实现，需要设备具备实现细颗粒高效捕获的技术参数。其中1、明确关键设计参数尤为重要。对静电除尘技术而言，比集尘面积、运行电压、二次电流、烟气流速、极板长度等关键数值是对静电除尘器性能进行客观评价的科学参数，根据研究机构的数据和大量工程应用证明，WESP要达到80%以上的运行效率，其比集尘面积、电流密度须分别在22 m2/m3/s(按照设备主结构估算，同等设备体积下不锈钢阳极比集尘面积是玻璃钢阳极和柔性阳极的60%左右)、0.35mA/m以上，关键是烟气流速需在2.5m/s以下，否则因细颗粒物惯性力和捕获液滴被烟气自身携带因素，其实际运行效果肯定会大打折扣，这需要应用单位应在招标采购阶段对此类关键参数给与严格界定。随着WESP市场的持续升温，加之没有明确的国家、行业标准，没有统一的准入门槛，各环保厂家在环保工程竞标方面基本处于无序竞争状态，出现超低技术参数配置下但宣传达到3mg/Nm3、1mg/Nm3类似违背技术原理的结果。或者为了达到招标文件限制指标，环保厂家出现违背保障技术安全可靠运行的盲目削减技术参数情况。2、控制气流均布(流场模拟)是基础条件。WESP技术要求实现5mg/Nm3以下的烟尘排放指标，其捕获目标为1微米以下的超细颗粒物，即便局部的气流分布不均或扰动都有可能造成被捕获颗粒的逃逸，引起排放增长，因此WESP设计前都应严格进行流场数值模拟，控制烟气均布系数在0.13以下。3、选择合理选择设备防腐工艺。WESP装置运行环境十分恶劣，对于设备自身的耐腐蚀性能提出了很高的要求，应当综合考虑造价和可靠性两方面的需求。目前较为普遍的设计原则是：壳体及结构支撑部件采用碳钢+鳞片防腐，并严格控制施工质量(鳞片防腐质量问题目前多有发生);阴、阳极构件、导流装置采用有机纤维、玻璃钢、PP、双相钢、钛等耐腐蚀材料。4、确保设备制作及安装精度。WESP内部件均是采用模块化设计，阴、阳极数量巨大，极间距的均匀、准确直接影响其集尘性能。在阴、阳极构件加工阶段就要明确各项误差标准并严格检验，并在运输、吊装、安装过程中妥善保护直至精准定位。加工、安装质量偏差是造成的WESP装置不能正常投运的常见原因之一。

四、结束语

目前我国采用的烟尘浓度测试规范1991标准，按照该规范中采用的测试分析方法和现有的测试仪器并不能完全满足烟尘超净排放的技术要求，极小的操作偏差或现场干扰就有可能造成测试结果出现颠覆性的差异。近期国家环保部已经组织相关部门、专家制定针对超净排放指标的新测试规范，相信不久之后会有指导性的文件发布，届时将对判定烟尘超净排放提供更为精准的第三方测试结果，并监督、促进市场良性发展。

虽然WESP技术在造价、运行费用、运行可靠性方面还有待于经历市场长期的考验，但这并不能否认该技术在这一领域的领先地位，相信随着越来越多WESP装置的投入运行，技术的不断完善优化，上述问题将会得到有效的解决，该技术也必将为环保产业发展、大气环境质量改善贡献更大、更重要的力量。

作者：宋家秋(山东神华山大能源环境有限公司)

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