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1 日益嚴格的排放標準
國家發展改革委、環境保護部、國家能源局于2014年9月頒發了《煤電節能減排升級與改造行動計劃(2014—2020年)》的發改能源[2014]2093號文,到2020年要求煤電全部改造升級,全面達到燃氣一樣的清潔排放。
2015年7月1日開始,又強制執行新的國家標準《火電廠大氣污染物排放標準》(GB 13223-2011),對燃煤電廠煙塵特別排放限值降低至20mg/Nm3;
2014年9月頒發的發改能源[2014]2093號文《煤電節能減排升級與改
造行動計劃(2014—2020年)》,提出了更嚴要求。
新的《環境空氣質量標準》(GB 3095-2012)。增設了PM2.5濃度限值,規定一類區的PM2.5年平均濃度限值為15μg/m3,24小時平均濃度限值為35μg/m3,二類區的PM2.5年平均濃度限值為35μg/m3,24小時平均濃度限值為75μg/m3。
2016年1月1日起,全國將實施該新標準。當前已在運行的電廠,普遍達不到新標準的要求,需要加快改造升級。因此,迫切需要尋找適合于中國國情的除塵新技術、新工藝。
一些熱電機組和大型燃煤鍋爐,采用濕式電除塵技術,已取得了超低排放成果,為“缺油、少氣、多媒炭”的能源結構,提供了轉型升級的新思路,產生重大而深遠影響。
作為一種先進的煙氣治理技術, 濕式電除塵器已在歐洲、美國、日本等國家廣泛應用,效果很好。國內‘菲達’等企業自主開發的,并領先世界的濕式電除塵技術,已在300—1000MW的近百臺燃煤電廠取得成功應用。達到了5mg/m3超低排放的先進水平,還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)和有機污染物(多環芳烴、二惡英)等,其穩定可靠、效率高,徹底解決了煙囪排放問題,實現超低排放,達到燃氣電廠排放水平,有了“一勞永逸”的效果,為燃煤電廠的生存提供了可靠的保證。
2 濕式電除塵器工作原理
2.1 濕式電除塵器的工作原理
金屬放電線在直流高電壓的作用下①,將其周圍氣體電離②,使粉塵或霧滴粒子表面荷電③,荷電粒子在電場力的作用下向收塵極運動④,并沉積在收塵極上⑤,水流從集塵板頂端流下,在集塵板上形成一層均勻穩定的水膜⑥,將板上的顆粒帶走⑦。
因此,濕式電除塵器與干式ESP的除塵原理基本相同,都要經歷荷電、收集和清灰三個階段,最大的區別在于清灰方式的不同,濕式電除塵器采用液體沖刷集塵極表面來進行清灰。
2.2 濕式除塵器技術特點
(1)能提供幾倍于干式電除塵器的電暈功率,適用于去除亞微米大小的顆粒,能有效收集黏性大或高比電阻粉塵;
(2)獨特的噴水清灰工藝能有效控制二次揚塵發生;
(3)利用噴水對集塵極始終保持清潔,提高單位面積的集塵效率,達到更低的排放濃度;
(4)無運動部件,可靠性較高,大大降低了運行維護工作;
(5)設備本體結構小,設備布置緊湊,占地面積小;
(6)濕式電除塵技術可同時解決PM2.5微細粉塵、石膏雨和 SO3氣溶膠的排放問題,因此濕式電除塵技術是控制燃煤大氣污染物的最先進的技術之一。還可與其它煙氣治理設備相互結合多樣化設計。
2.3 結構型式
(1)基本型式:
濕式靜電除塵器在結構上有管式和板式兩種基本型式,管式靜電除塵器的集塵極為多根并列的圓形或多邊形金屬管,放電極均布于極板之間,管狀濕式靜電除塵器只能用于處理垂直流煙氣。板式靜電除塵器的集塵極呈平板狀,可獲得良好的水膜形成的特性,極板間均布電暈線,板式濕式靜電除塵器可用于處理水平流或垂直流煙氣。
在相同的集塵面積時,管式靜電除塵器內的煙氣流速可以是設計為板式除塵器的兩倍,因此在達到相同除塵效率時,管式除塵器的占地面積要遠小于板式除塵器。可裝在濕式脫硫塔上部,適用于50MW以下小機組,組成一體化的脫硫、除塵裝置。
(2)系統結構
濕式電除塵器是濕式靜電除塵器和水處理系統的有機結合體,主要由濕式電除塵器本體、陰陽極系統、噴淋系統、水循環系統、電控系統等組成。其本體結構與干式電除塵器基本相同,包括:進出口封頭、殼體、放電極及框架、絕緣子、噴嘴、管道以及灰斗等。
水的循環利用經過兩個環節,一是中和除酸,二是分離固體懸浮物,使污水變成適合噴淋使用的工業用水。國產技術已很成熟,完全掌握了濕式電除塵器的噴淋系統及均勻水膜形成規律、極配、結構、高壓供電等關鍵技術,并研發了懸浮物高效分離、水循環利用系統等。
垂直.煙氣流與WFGD整體式WESP
水平煙氣流獨立布置WESP圖
3 技術經濟性分析
3.1 技術特點比較
3.2 經濟性分析:降低綜合投資和運行費用,具有較好經濟性
濕式電除塵技術工藝,設一電場即可,由于其終端把關的技術特點,布置在濕法脫硫前的除塵裝置,只要滿足濕法脫硫工藝要求即可,出口排放無需做到很低。這樣,既可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,可以減少濕法脫硫的投資和運行成本。
另外,濕式電除塵器大量減少了煙氣中的SO3,有效緩解下游煙道、煙囪的腐蝕,降低煙囪防腐成本。濕式電除塵器在實現粉塵超低排放,解決石膏雨、細微顆粒物(PM2.5粉塵、SO3酸霧、氣溶膠)問題的同時,具有較好經濟性。
(1)成本分析
濕式電除塵器雖然原理和結構并不復雜,但因陽極和陰極線、噴嘴等接觸煙氣的部件采用耐腐蝕不銹鋼材料,成本較高。同時運行過程中除了除塵器本體消耗的電量外,還增加了循環水等的電量消耗。此外,循環水箱中添加NaOH溶液,噴嘴更換和泵的維護也增加了額外費用,因此濕式電除塵器的總運行成本也將高于干式除塵器。
由于濕式電除塵技術工藝具有終端把關的技術特點,可降低前端除塵裝置的投資和運行成本,以及節省一定的布置場地。
另外,濕式電除塵器大量減少了煙氣中的SO3,可有效緩解下游煙道、煙囪的腐蝕,降低煙道、煙囪防腐成本。基本上與干式電除塵器投資額相當。
(2)社會效益顯著
濕式電除塵器能實現粉塵超低排放、有效控制細微顆粒物(PM2.5粉塵、SO3酸霧、氣溶膠)的排放、解決“石膏雨”等難題,從長遠的經濟效益、社會效益來看,國內燃煤電廠濕法脫硫后增設濕式除塵器是一種很好的選擇。是完全能做到5mg/Nm3的超低排放!
設置WESP濕式除塵器后煙氣中污染物含量情況(mg/m3)
結束語
1.我國濕式電除塵技術發展迅速,從 2009 年著手研發至今,在短短幾年時間內已有近百臺工程業績,并且已有燃煤電廠 1000MW 機組的合同,正蓄勢待發,大有井噴之勢。已投運濕式電除塵器的成功經驗表明,燃煤熱電廠在濕法脫硫后增建濕式電除塵器,完全可以作為煙囪前的最后一道技術把關措施,在實現超低排放,能全面解決煙塵、 PM2.5、石膏雨、 SO3、汞、多種重金屬、二惡英及多環芳烴(PAHs)等多種污染物排放問題,為治理霧霾做出貢獻。
2.濕式電除塵器, 完全可以作為城區熱電廠污染物控制的精處理技術設備,其排放濃度能達到燃氣發電的水平,有望保證現有熱電無需搬遷,而實行低能耗的就近集中供熱,成為具有中國特色的燃煤分布式能源,得到生存發展。
3.濕式電除塵器一般與現有的脫硫、脫硝、除塵系統配合使用,不受煤種條件限制,可應用于新建工程和改造工程。地方熱電廠在除塵改造提效工程中,可按照現場場地條件進行精心設計,能夠滿足改造工程場地狹小的要求。
濕式電除塵技術在燃煤電廠的成功應用,猶如沖破霧霾的一縷陽光,使燃煤電廠實現了綜合治理超低排放,進入清潔生產的新時代,還我一片蔚藍天空。
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