赵琴霞，陈招妹，周超炯，尹得仕

(浙江菲达环保科技股份有限公司，浙江诸暨 311800)

湿式电除尘技术及其在电厂的应用前景探讨

赵琴霞，陈招妹，周超炯，尹得仕

(浙江菲达环保科技股份有限公司，浙江诸暨 311800)

作为大气复合污染物控制系统的终瑞精处理技术装备，湿式电除尘器可用于控制PM2.5、酸雾、气溶胶、亚微米颗粒物、汞、重金属及二恶英等污染物的排放。论述了湿式电除尘器的工作原理、技术特点、结构及设计形式，探讨了湿式电除尘器在我国燃煤电厂的应用前景。

湿式电除尘器(WESP);燃煤电厂;复合污染物;湿法烟气脱硫系统

0 引言

现代工业的迅速发展给人类带来便利的同时也带来了严重的环境污染，环境问题已成为全球性问题之一，由燃煤电厂及工业锅炉产生的污染物是大气环境污染的主要来源。

《火电厂大气污染物排放标准》(GB 13223－2011)规定燃煤电厂粉尘排放限值30mg/m3，而对于国土开发密度较高、环境承载能力开始减弱或大气环境容量较小、生态环境脆弱、容易发生严重大气环境污染问题而需要严格控制大气污染物排放的重点地区，其燃煤电厂粉尘排放限制降至20mg/m3，单纯的干式电除尘器已经较难满足该要求。

此外，随着人们对火力燃煤电厂及工业锅炉微细颗粒物(包括PM2.5粉尘、SO3酸雾及气溶胶等)、重金属(如Hg、As、Se、Pb、Cr等)、有机污染物(如多环芳烃、二恶英等)等复合污染物排放的日益重视，这些复合污染物也成为国际社会广泛关注的焦点，发达国家已经对PM2.5微细颗粒物、汞的排放进行了限制。以PM2.5为例，研究发现其可长时间悬浮于空气中，表面活性和吸附性强，容易吸附烟尘中的多环芳烃、二恶英(PCDD/Fs)等有机污染物和各种重金属元素等致癌物质和基因毒性诱变物质，从而对人类健康危害极大。基于此，美国环保署(EPA)早在1997就在原有PM10的标准上增加了PM2.5的排放标准，规定PM2.5的三年平均年浓度低于15μg/m3，三年中平均99%的24h浓度低于15μg/m3;欧盟环境委员会在欧盟空气质量新指令方面达成了政治协定，新大气质量标准首次规定微细颗粒物PM2.5年均限值为20μg/m3。

因此，寻找适合于中国国情的高效除尘设备已经迫在眉睫，根据国外的实际应用情况，湿式电除尘器(以下简称WESP)可作为高效除尘的终端精处理设备，它具有控制复合污染物的强大功能，对微细的、黏性的或高比电阻粉尘及烟气中酸雾、气溶胶、汞、重金属、二恶英等的收集都是理想的。目前大部份燃煤电厂使用湿式烟气脱硫系统，也为WESP在电厂的应用创造了有利条件，所以有必要研究湿式电除尘技术，为燃煤电厂提供一个既能满足极低排放又能控制复合污染物的前瞻性可靠技术。

1 WESP的原理及特点

1.1 WESP的原理

湿式电除尘器的工作原理是: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，随液体膜流下而被除去。由此可知，WESP运行的三个阶段与干式ESP相同:荷电、收集和清灰。然而，与振打清灰不同的是，WESP采用的是液体冲洗集尘极表面来进行清灰，同时粉尘形成泥浆而排出去。由于上述差别，WESP具有一定的优点，同时也存在一些问题［1－3］。

1.2 WESP的优点

湿式电除尘器的优点:收尘性能与粉尘特性无关，对黏性大或高比电阻粉尘能有效收集，同时也适用于处理高温、高湿的烟气;没有二次扬尘，出口粉尘浓度可以达到很低;由于没有如锤击设备的运动部件，可靠性较高;由于在电除尘器内的电场气流速度较高及灰斗的倾斜角减小，设备布置可以更紧凑;对于亚微米大小的颗粒，包括SO3酸雾和微细粉尘、湿烟气中的气溶胶都能有效收集。

1.3 问题及措施

湿式电除尘器的主要问题及处理措施:进入WESP电场的烟气温度需降至饱和温度以下。因为即使运行温度仅高于冲刷液绝热饱和温度10℃，也会使粉尘颗粒干燥，产生污染物，因此在结构上必须采取良好的抗结露措施［4］;在高粉尘浓度或高SOX浓度下的烟气条件下，不宜采用WESP;需要设置废水处理设备;需采取防腐措施，WESP各主要部件选用的结构材料，均需有一定的抗腐蚀特性，尤其是阴、阳电极。但是若WESP布置在湿法烟气脱硫系统的下游，上述前三个问题均可得到解决。

2 WESP的结构型式

WESP从结构上可分为管式和板式两种。管式WESP只有垂直方向烟气流，而板式WESP设计既可以采用水平烟气流也可采用垂直烟气流。总的来说，管式WESP比板式WESP效率更高且由于外形简单而占用更少的空间。这两种WESP的其他不同点在于［5］:对于给定的除尘效率，电极长度相同的前提下，管式 WESP所允许的烟气流速是板式WESP的两倍;对于给定的除尘效率，管式WESP的局部干燥区比板式WESP要小。

管式WESP既可设计为垂直向上烟气流也可设计为垂直向下烟气流。在垂直向上烟气流、管式WESP中，烟气从底部进入电除尘器并向上流动，冲洗喷嘴即可置于装置底部并向上喷淋，也可在电场上方设置向下喷淋的喷嘴。在垂直向下烟气流设计中，烟气从顶部进入WESP中并向下流动，喷嘴置于顶部并向下喷淋，方向与烟气流同向。

在某些场合，向下烟气流设计会使连接烟道的使用最少化，但它需要在烟气进入烟囱之前设置一台机械式除雾器来捕获随烟气携带出来的水雾。相反地，1台向上烟气流、管式WESP具有捕获亚微米液滴的能力，因而可作为1台性能优良的除雾器而不再需要增设任何机械式除雾器。

3 WESP设计情况

3.1 主要形式

目前在国外电厂有几种设计形式的WESP的实际工程应用，绝大多数采用垂直的烟气流向，在工业和电厂应用较多的WESP有以下三种设计形式:

(1)垂直烟气流独立设计。这种设计便于安装和维修，很多时候这种形式的系统采取模块形式供货然后在工地以多种方式连接起来。该形式广泛应用在工业领域中，但其需要提供专门的布置空间。

(2)水平烟气流独立设计。有时这种形式也被提供给电厂或类似的工业领域。这种布置方法做成模块式的设计会有困难，像垂直烟气流独立布置方式一样，该布置方式需要专门的空间。

(3)垂直烟气流与WFGD整体式设计。这种方式采用经典的垂直布置方式，这也是近些年来WESP常用的布置方式，同时成本和运行费用也是最低的，占地面积也很小(见图1)。

图1 垂直烟气流与WFGD整体式WESP

3.2 设计形式的考虑因素

如果设计合理，上述三种形式的WESP都可以在电厂运行。在实际选择时要考虑下列因素［6］:

(1)垂直气流的WESP作为酸雾脱除装置已经优先成功地应用几十年，而水平烟气流的WESP仅有为数不多的工程实例。

(2)整体布置的WESP的可靠性高已经在多个电厂得到证明。这种设计在结构上没有活动内件，可靠的刚性电极，正确选择的结构材料，所以在线维护工作量很小。

(3)整体布置的WESP主要优势:没有内部连接管道，也没有相应的压降;没有与独立布置式WESP相关的内部连接管道，支撑结构，检修门孔，土建等;简化酸液收集/存储/工艺系统;由于接入烟囱的位置较高，减少了烟囱内衬费用;优化了的清洗水喷雾冲洗能适用于顺流(向上喷水)和逆流(向下喷水)，并能保证完全冲洗、且冲洗水能直接作为补给水被下面的WFGD所利用;省掉了独立式WESP系统的冲洗和酸处理系统相关的管道、阀门、箱罐、控制、仪表等设备，简化了运行、减少了维护工作量。整体式WESP系统中，酸液直接流到下部的FGD的石灰石浆液中并在其中中和。

(4)在检修维护方面，独立式WESP比整体式WESP方便，因整体式WESP在脱硫塔上部，设备布置的位置相对较高。

(5)对于现场的改造项目，WESP系统的选择需要有针对性的考虑。除了设备和安装费用外，场地的约束和相关的停机次数也要考虑在运行成本中。

3.3 结构材料

WESP壳体采用普通钢制作，为防止腐蚀，其表面涂有薄层防腐材料。除尘部分可由任意可导性材料制作而成。但选择的材料必须是防腐的。根据应用场合不同，WESP选用的结构材料有可导性玻璃纤维、碳钢、各种不锈钢及各种高端合金钢。在去除复合污染物时，一般在WESP之前采用洗涤器以去除具有腐蚀性的酸性气体。作为替代做法，可对喷淋水进行处理以中和WESP中收集到的酸物质。适当的pH控制对保持设备正常运行很重要。

4 结语

目前我国WESP主要用在中小型转炉或燃气－蒸汽联合循环发电机组的煤气净化、板坯火焰清理机的烟气治理、水泥立窑的精除尘等，以钢厂应用居多，在燃煤电厂锅炉烟气治理方面的应用仍然是空白。而国外WESP在电厂已经具有近30年的应用历史，且有近50套WESP应用于美国、欧洲及日本的电厂［7］。不过可以预见，未来随着我国的粉尘及复合污染物排放控制法规的出台，其将在燃煤电厂得到越来越多的应用。

(1)目前颗粒物是大气环境的重要污染物之一，WESP能高效收集对人体危害特别大的微细颗粒物PM2.5，而干式电除尘器对微细颗粒物除尘效率低。随着国家环保要求的提高，在燃煤电厂应用湿式电除尘器来进行烟气处理是顺势而行的。

(2)随着电厂SCR脱硝及湿法脱硫的不断应用，使WESP这一能高效控制微细颗粒和酸雾等复合污染物排放的技术将得到更多应用。一般来讲，配置WFGD+WESP系统的燃煤电厂颗粒物排放可降低80%以上，WESP还可降低85%以上的SO3排放。这些方法结合起来可将新建电厂的湿烟囱排放的可见烟气混浊度降到10%以下。

(3)在燃煤电厂推广使用湿式电除尘器，能解决环保设备更新改造难题，采用垂直烟气流与WFGD系统整体式设计的WESP，通过取消传统WFGD中的除雾器装置，在相应位置安装WESP，经过该装置处理后的烟气无需安装GGH来提高烟气温度防止烟囱腐蚀，同时也能避免产生石膏雨的问题。

［1］Altman R，Buckley W，Ray I.Wet electrostatic precipitation:demonstration promise for fine particulate control:Part II［J］.Journal of Power Engineering，2001，105(1):42－44.

［2］黄三明.电除尘技术的发展与展望［J］.环境保护，2005，(7):59－63.

［3］Huang Sheng Hsiu，Chen Chih Chieh.Loading characteristics of a miniature wire plate electrostatic precipitator［J］.Aerosol science and technology，2003，(37):109－121.

［4］薛建明，纵宁生.湿法电除尘器的特性及其发展方向［J］.电力环境保护，1997，13(3):40－44.

［5］闫克平.Electrostatic Precipitator:11th International Conference on Electrostatic Precipitator［M］.杭州:浙江大学出版社，2001.

［6］Richard C Staehle，Ronald J Triscori.使用湿式电除尘器(WESP)收集湿法烟气脱硫(WFGD)后的酸雾和细小颗粒［C］.中国国际脱硫脱硝技术与设备展览会暨技术研讨会.北京:2004.

［7］Staehle R C，Triscori R J，Kumar K S，et al.Wet Electrostatic Precipitators for High Efficiency Control of Fine Particulates and Sulfuric Acid Mist［C］.Institute of Clean Air Companies Forum.Nashville，Tennessee:2003.

Discussion on wet ESP technology and its application prospect in coal－fired power plants

Wet electrostatic precipitation can be used to control PM2.5，acid mists，aerosol，sub－micron particulate，mercury，heavy metals and dioxins/furans as the final polishing device within an multi－pollutant air pollution.The working mechanism，technology characteristics，configurations and some design manner of wet ESPs were described.The application prospect of wet ESPs in coal－fired power plants was proposed.

wet electrostatic precipitator(WESP);coal－fired power plant;multi－pollutant;WFGD

X701.2

B

1674－8069(2012)04－024－03

2012-04-24;

2012-06-05

赵琴霞(1966-)，女，浙江诸暨人，高级工程师，主要从事烟气净化工程科研及管理工作。E－mail:pennyzhqx@163.com