为防止硫酸雾滴对除尘器腐蚀,巴威公司与F.L.SthAirtech公司合作,于1999-2005年改造WESP极板与极线模块,采用6%钼合金材料替代原有非金属材料,至今运行良好。其采用芒刺线为阴极线,从装置顶端喷淋水雾并在收尘板上形成水膜,气体停留时间为4.2s。
测试结果表明,细颗粒脱除效率可达99%,酸雾脱除效率达91%,粉尘排放浓度可降低至3mg/m3以内,酸雾可脱除至1×10-6,不透明度可降低到10%[26-27]。对NorthernStates电力公司2×750MW加装立式湿式静电除尘器,使用两电场管状结构设计,实现95%以上的PM脱除效率[27]。
与NewBrunswiek电力公司(N&B)合作对Colesoncove电厂1050MW机组进行改造,极线采用芒刺线结构,极板采用C-276不锈钢,为高效利用空间,采用12个气流通道(图7),硫酸雾滴浓度可脱除至5×10-6,细颗粒物可脱除至18.5mg/m3,脱除效率高于90%,可协同脱除NOx、SOx、汞等多种污染物[26]。
美国Croll-Reynolds于2001年BruceMansfield电站安装调试流量为141.584m3/min管式湿式电除尘器,实验测得细颗粒物脱除效率96%,SO3脱除效率为92%,汞脱除效率达77%[2]。
该公司2003年与俄亥俄大学共同开发研究一种膜式的湿式静电除尘器,把收尘极换成了一种有毛细作用的纤维薄膜,这样相比于传统的WESP可以节约成本,减少重量,与普通金属湿式静电除尘器对比表明,PM及SO3脱除效率均有小幅度提高。
美国AMP-ohio公司对480MW燃煤锅炉脱硫塔后进行改造,颗粒物脱除可降低到18.5mg/m3,SO3脱除可降低到9.25mg/m3,能见度可降低到20%。
在欧洲,湿式静电除尘技术的应用领域很广泛,ALSTOM公司[30-31]生产的湿式静电除尘包括水平板式和垂直管式结构,采用连续喷流或间断性喷淋清灰装置,其中对ElmRoad[32]电厂2×650MW机组燃煤锅炉脱硫塔后进行WESP改造,该WESP采用4电场两通道,阳极板采用2205钢,设计气流流速2.46m/s,出口粉尘浓度可达5.2mg/m3。
德国鲁奇公司开发研究的管式静电除雾器[33],首次采用PVC作为阳极板材料,电场内硫酸雾粒的平均迁移速度已达10~15cm/s,气体流速达2.5~3m/s,单台设备最大处理气量约为100000m3/h[33]。
AirPolHP[34]公司针对重金属脱除生产的湿式静电除尘器,喷淋系统采用水循环装置,收尘板采用特种合金,不需要停工清洗,采用多点电极提高电晕放电,能见度可降低到5%,细颗粒物脱除效率高达99%以上。
日本湿式静电除尘器工程应用相对成熟,其中以日立与三菱重工公司为代表。日立公司的湿式静电除尘器(图8)于2001年开始应用于中部电力的碧南电厂4、5号1000MW机组上[35],极间距选用300mm,喷淋形式采取阳极板与阴极线分开喷淋,间断喷淋阴极线,连续喷淋阳极板[35]。
除尘器的壳体、喷嘴、放电极和集尘极等与烟气和水接触的部件均采用SUS317耐蚀不锈钢制作,长度在9m左右,基本上不会腐蚀现象发生。湿式电除尘中的烟气流速较高,达到3.6m/s左右。投产后运行情况良好,排放烟气中粉尘浓度长期保持在2~5mg/m3水平。
目前,三菱公司(图9)共有30多台套用于处理燃煤烟气的湿式静电除尘器投入运行。1997年尤其制造的一套WESP装置安装于werndorf电厂2#锅炉,这是欧洲电厂第一套安装于WFGD后的WESP装置,该装置至今运行良好。
在横须贺电厂265MW煤油混烧锅炉后脱硫塔后安装WESP(烟气量为972000m3/h(湿))运行结果表明,粉尘浓度从29.4mg/m3降低到10.0mg/m3;在碧南电厂1、2、3号机组(700MW(烟气量2500000m3/h))脱硫塔后出口烟道安装湿式静电除尘器,设计烟气流速2.4m/s,实现粉尘排放浓度低于5mg/m3。
我国湿式电除尘器目前主要应用于钢铁、化工、冶金等行业。龙净环保目前正在自主研发湿式静电除尘技术,已完成20t/h锅炉的中试示范项目,菲达环保已引进日本三菱的湿式静电除尘技术。国内高校如浙江大学、山东大学等目前也正在进行相关方面的刘媛,等湿式静电除尘技术研究及应用87第37卷研究,部分也建立的用于工业锅炉脱硫塔后的WESP应用示范。
3总结与展望
WESP可有效控制脱硫塔后细颗粒物、硫酸雾滴及石膏浆液等污染物的排放,受到国内外各研究团队的关注。目前实验室研究集中在运行参数、结构参数对污染物脱除效率影响等方面,对于材料的选择、运行稳定性等方面开展了一定的探索,部分研究团队正在进行更高性价比极板材料选择研究工作。
工程应用方面,湿式静电除尘技术在化工、制酸、造纸、煤气化等领域均有广泛应用,在美国、欧洲、日本等发达地区大型燃煤电厂脱硫塔后已实现应用,可实现粉尘排放浓度低于10mg/m3,甚至可低于2mg/m3,同时可有效脱除SO3、石膏雨等污染物。
随着火电厂大气污染物排放新标准的实施,市场对湿式静电除尘器将会有较大的需求,且对粉尘排放需求不仅仅满足30mg/m3,重点地区20mg/m3的排放要求,部分地区/电力公司提出达到5mg/m3的天然气燃气轮机粉尘排放要求,甚至达到3mg/m3以内的近零排放要求,这将对湿式静电除尘技术的研究及应用提出更高要求。
近年来我国湿式静电除尘技术发展很快,国外引进技术与自主研发技术将在未来几年内得到大规模的应用。因此,需要在政策方面对湿式静电除尘技术的应用进行正确引导,规范湿式静电除尘行业,尽快出台湿式静电除尘器设计、加工、安装等相关国家/行业标准,促进湿式静电除尘技术在国内的有效应用。