摘要：本文通过对湿式电除尘器(WESP)发展历程、投资运行费用以及运行过程中存在问题的简析，并结合已上WESP的燃煤机组运行现状的分析，得出用WESP解决目前我国湿法脱硫石膏雨问题和湿法烟气PM2.5问题不容乐观的看法。
关键词：湿式电除尘器(WESP) PM2.5
1. 前言
我国自2000年左右开始大规模进行烟气脱硫治理，十多年来，我国95%以上的烟气脱硫装置采用湿法脱硫工艺，其典型工艺流程为ESP/FF(电除尘/袋式除尘)+WFGD(湿法脱硫)，因脱硫装置位于除尘器之后，所以湿法脱硫装置决定了烟气中细微颗粒物的最终排放浓度。
我国大量的湿法脱硫装置在设计上不规范，在遇到前级除尘器效率低影响脱硫系统正常运行时，盲目取消GGH再热装置，烟气排烟温度低，加上许多除雾器的质量差和运行维护跟不上，导致“石膏雨”问题严重，加剧了阴霾的问题。
另外，随着电厂SCR脱硝装置的不断增加，SCR催化剂极大地提高了烟气中的SO3浓度，而湿法脱硫对SO3的脱除效率低，导致从湿法脱硫逃逸的SO3所形成的二次PM2.5粒子，混在湿法脱硫烟气中，使“白烟”变成了“黄烟”。
为了解决湿法脱硫后烟气中的石膏雨问题和降低PM2.5细颗粒物排放浓度。目前一些企业考虑在WFGD后安装湿式电除尘器(WESP)，然而，从已投运的WESP的运行效果分析，用WESP解决湿法脱硫石膏雨和PM2.5是不容乐观的。
2. WESP工作原理和布置型式简述
2.1 工作原理
图1 WESP除尘原理示意图
湿式电除尘器的工作原理：金属放电线在直流高电压的作用下，将其周围气体电离，粉尘在电场中荷电并在电场力的作用下向集尘极运动，当运动到集尘极表面时，随集尘极上的液体膜流下而被除去。由此可知，WESP收集颗粒物(PM)的工作原理与干式电除尘器(DESP)基本相同：荷电、收集和清灰。主要的区别在于，干式电除尘器采用振打清灰方式，振打落入电除尘器灰斗的干态烟尘，经气力输送装置排出;而湿式电除尘器采用的是用液体冲洗集尘极表面来清灰，液体冲洗清除下来的泥浆落入灰斗，通过浆液泵排出，其原理示意图见图1。
2.2 布置型式
WESP主要有两种布置型式：整体式(湿式吸收塔塔顶布置)和分体式(塔外地面布置)，其结构示意图如下图2所示。
整体式WESP：WESP直接布置在湿式吸收塔塔顶，布置紧凑、占地面积小，但维护难度高。另外，吸收塔需要额外增加的高度较高，使重量大幅度增加，原有吸收塔的钢支架及基础是否能满足要求，需要重点考虑;且整体式WESP中冲洗水和烟气的流向刚好相反，要保持稳定的水膜较难，最大处理烟气量常常受最大烟气流速的限制，因此，WESP用于现有湿法烟气脱硫吸收塔的改造，困难很大。
分体式WESP：WESP塔外地面布置，根据脱除SO3以及细微颗粒物效率的不同，电场数从一~三不等，另外，需要额外布置烟道及加水冲洗装置等，使分体式WESP体积庞大，因此，占地大，费用也相对较高。相对塔顶布置的WESP，虽然维护方便，但对于改造机组，一般可用场地极其狭小，恐难以满足。
因此，在实际工程应用中多数采用垂直烟气流向的塔顶布置的整体式WESP。
图2 WESP塔顶式和分体式布置示意图
3. WESP的发展历程
在美国，湿式静电除尘器最早在1907年开始应用于硫酸和冶金工业生产中，直到1986年才首次
被应运用到燃煤电厂(美国的AES Deepwater电厂，容量为155MW，主要燃料为石油焦)当中[1-2]。
此后，在2002年New Brunswick(N&B)电力公司对Cloeson Cove电厂(1050MW)进行改造，增设了WESP，用于控制酸雾排放。日本的湿式电除尘技术最早是由三菱重工开发的，从1975年开始应用于处理化工厂的重油锅炉产生的烟气，目前共有约25台套投运于锅炉后烟气治理，其典型案例为碧南电厂(3×700MW机组湿式电除尘器)。在欧盟，第一台安装于湿法脱硫后的WESP，是在1997年由三菱公司设计的。到目前为止，全球只有约50套的WESP应用于美国、欧洲及日本的电厂中[3]。国内这方面的研究相对滞后，发展也较晚，目前在大型机组上的应用几乎空白。
4. WESP存在的几个主要问题
WESP可高效去除WFGD无法收集的酸雾(尺寸为0.1~0.5μm)和PM2.5，改善湿法脱硫后烟气浊度高的问题[4]，对解决湿法脱硫存在的石膏雨和进一步降低细微颗粒物的浓度有利。但WESP在实际应用中受许多因素的制约，加上投资大、运行维护要求高，因此，虽然技术开发早，但实际运用程度不高。WESP在运行过程中存在的主要问题如下[5]：
(1)集尘极液体分布不均匀冲洗不彻底导致板结问题：由于液体的表面张力作用和集尘极表面存在凸凹，液体在集尘极分布不容易均匀，导致清灰不彻底，局部出现积灰板结问题，时间一长，将导致烟尘捕集效率降低、维护量增加。这一问题，在前级电除尘器低、湿法脱硫除雾效果不佳的情况下，将愈发严重。
(2)灰水的二次污染问题：WESP冲洗水虽然采用闭式循环，但水中含尘量增加，则需不断补入原水，排出废水，这可能需要另外设置废水处理设施。废水量与烟气中含尘量成线性关系。我国大量湿法脱硫前的除尘器效率不高，除雾器效果差，因此，WESP的灰水的二次污染问题可能非常严重。
(3)场地问题：分体式湿式静电除尘器布置在脱硫系统后，虽然循环水箱和水泵等均可布置在湿式电除尘器下部，但仍需占用炉后的位置，特别是对于老机组改造，由于可供改造的场地有限，场地布置将成为一个主要难题。
(4)板结问题：国内湿法脱硫系统后普遍存在烟尘和石膏浆液浓度较高的问题。由于石膏的硬结特性，湿式电除尘器内的许多干湿交界处极易板结，维护工作量大。
(5)腐蚀问题：湿式静电除尘器虽然原理和结构并不复杂，但机构长期在潮湿环境中工作，甚至浸泡在酸性液体环境中，特别是湿法脱硫烟气中含有氯，因此，对设备的防腐性能提出了很高的要求。设备防腐处理不当，极易腐蚀。
(6)一次投资高、运行费用增加的问题：WESP的壳体、阳极板和芒刺线、喷嘴等接触烟气的部件需采用特殊的耐蚀材料和防腐处理，甚至采用特殊的不锈钢，设备投资非常高。近几年，阳极虽然采用了PP材料替代钢材以应对硫酸雾滴的腐蚀，但由于PP材料不耐高温，当冷却水系统发生故障时，高温烟气直接接触阳极，容易损坏阳极，导致电除尘器停运。在运行维护费上，除电除尘器增加的电耗外，辅助的循环水泵、浆液输送泵等还将增加一部分的电耗;另外，冲洗用水的水质要求较高，其中为了调节喷淋水pH值而添加的NaOH溶液也将提高一部分运行成本;此外定期喷嘴更换和泵的维护也额外增加了一定的维护费用。
5. WESP经济分析
根据国外公布的WESP资料所摘录的WESP主要经济指标的估算值详见表1。从表1中各项金额可以看出，增设一台WESP设备需要付出一笔很大的投资费用，运行维护费用也不菲。
注：WESP年运行时间为8000h
6. 国内WESP应用的一些情况
国内WESP在电力行业的应用处于起步阶段，从应用的一些项目看，才运行几个月就出现腐蚀、堵塞现象，而且烟囱效果无法达到预期的效果，烟囱依然有大量雾滴外排，甚至烟囱雨现象不见返增，一些用户正在考虑拆除WESP。
由于WESP要用新鲜干净水进行清灰，因此用水量增加不少，废水也增加不少。一台300MW机组要增加用水量在10t/h，对缺水地区增加了用水的负担。
以下是一些WESP出口的烟囱效果。
图3 国内WESP的运行烟囱情况
7. 结论
整体式WESP需要在原有的湿法脱硫塔顶搭接，一般湿法脱硫塔及其土建基础的设计没有考虑这一承载量，需要将整个脱硫塔报废重新设计、建造，造成投资成本高;分体式WESP额外占地大，对于改造机组，一般炉后场地没有预留，难以实施。再者WESP设备费用昂贵，以及运行维护工作量的大幅度增加，绝大多数的企业在经济上难以承受。
通过在WFGD后安装WESP，来解决“石膏雨“问题和降低PM2.5细颗粒物排放浓度，无法实现烟气污染物近零排放(超洁净排放)的要求。
另外，我国大量湿法脱硫“石膏雨”严重，不仅仅是因为取消了GGH造成的，还因为前级的除尘器由于设计、制造和维护不当造成故障率高、效率低，如果事先不解决这些问题，简单地增设湿式电除尘器，很容易造成WESP极板结垢、失效。
加剧我国阴霾的湿法脱硫“石膏雨”问题的解决，必须创新思维，另寻解决方案。
参考文献
[1] Triscori R, Kumar S, Lau Y L A, et al. Performance Evaluation of WetElectrostatic Precipitator at AES Deepwater[J], 2007.
[2] Triscori R, Kumar S, Lau Y L A, et al. Performance Evaluation of WetElectrostatic Precipitator at AES Deepwater[J], 2007
[3] Staehle R C, Triscori R J, Kumar K S, et al. Wet ElectrostaticPrecipitators for High Efficiency Control of Fine Particulates and SulfuricAcid Mist[C]. Institute of Clean Air Companies (ICAC) Forum, 2003
[4] Staehle R C, Triscori R J, Kumar K S, et al. The Past, Present, andFuture of Wet Electrostatic Precipitators in Power Plant Applications[C]. MegaSymposium, May, 2003: 19-22
[5] 刘鹤忠, 陶秋根. 湿式电除尘器在工程中的应用[J]. 电力勘测设计, 2012 (3): 43-47
[6] WESP Reduces Opacity Below 10 Percent at DGC. NEWSLETTER, PRECIP.2003(3). No. 326
作者公司：福建龙净脱硫脱硝工程有限公司
