板式湿式电除尘器系统的技术研究及应用

湿式电除尘作为一种先进的烟气治理技术，在国内外各大电厂得到广泛应用，其性能稳定可靠、效率高，可有效收集微细颗粒物(PM2.5 粉尘、SO3 酸雾、气溶胶)、重金属(Hg、As、Se、Pb、Cr)、有机污染物(多环芳烃、二英)等，在湿法脱硫后增设湿式电除尘器的技术能使烟尘排放可降低至10mg/m3- 5mg/m3 以下，由此实现超低排放的效果。
湿式电除尘器根据结构形式和阳极材料主要分为非金属管式和金属板式两种类型，本文结合具体工程对金属板式湿式电除尘器项目的本体结构系统进行综述及研究。为便于叙述，以下简称金属极式湿式电除尘器为湿式电除尘器。
1 湿式电除尘器原理

图1 湿式除尘器工作原理简图
湿式电除尘器的工作原理与干式电除尘器类似，主要分为气体电离、粉尘荷电、尘粒捕集和清灰处理四个阶段，其主要工作原理是在集尘极和放电极之间施加数万伏直流高压电形成强电场，同时直接将水雾喷向放电极和电晕区。水雾在强电场内荷电后分裂进一步雾化，电场力、荷电水雾的碰撞拦截、吸附凝并，共同对粉尘粒子起捕集作用，终粉尘粒子在电场力的驱动下到达集尘极而被捕集。图1 为湿式除尘器的工作原理示意图。
与干式电除尘器清灰方式不同的是，湿式电除尘器没有干电的振打装置，不会产生二次扬尘，湿式电除尘器采用液体冲刷集尘极表面来进行清灰，通过水膜冲洗达到清灰目的，冲洗下来的废水经处理后实现循环利用。
湿式电除尘器的喷淋系统及均匀水膜的形成规律、阴阳极配、本体结构、高压供电等技术才是实现其有效脱除酸雾、细微粉尘等多种污染物的关键所在。
采用湿式电除尘技术工艺，由于其终端把关的技术特点，布置在湿法脱硫后的除尘装置，只要满足湿法脱硫工艺要求即可。这样，既可以降低前端除尘装置的投资和运行成本，又能够解决脱硫设备前的场地紧张问题。
同时，由于湿式电除尘器运行中的喷淋作用，对烟气中的SO2 具有一定的洗涤脱除作用，有效缓解下游烟道、烟囱的腐蚀，减少了湿法脱硫的投资和运行成本，具有较好的经济性。
2 湿式除尘器结构与组成
板式湿式电除尘器主要由本体结构系统、水处理系统和电控系统三大部分组成，细分为本体结构、阴阳极、喷淋、水循环、电气仪控等分系统组成。
其本体结构系统与干式电除尘器基本相同，包括：进出口喇叭、壳体、灰斗、阴极放电极、阳极收尘极、绝缘子、喷淋装置及管道等。
本文就湿式电除尘器的本体结构系统作综述和研究，图2 为金属极板湿式除尘器的结构示意图。
水处理系统增加了喷淋系统和水循环系统，由于湿式电除尘器运行时内部为饱和湿烟气，为防止饱和湿烟气在支承绝缘子内壁上遇冷结露，导致支承绝缘子开裂甚至爆炸，故增加了绝缘子保温箱的热风吹扫系统，起到加热和气密的作用。

图2
湿式电除尘器电控系统分为高频电源系统、水冲洗系统、废水处理系统和热风吹扫系统等子系统。高频电源控制系统使用DSP 控制器采用通讯方式介入DCS 系统，其余子系统均可直接纳入DCS 脱硫系统，由此保证脱硫控制室操作站上实现系统内所有设备的控制和监控。
3 本体结构系统研究
3.1 主要结构部件材料
由于湿式电除尘器处理的烟气工质为湿法脱硫后出来的饱和湿烟气，且烟气温度仅50℃左右，含有大量腐蚀性较强的酸性雾滴，因此主要结构部件材料选用应注意防腐蚀性质。
从结构上讲，进出口锥体、灰斗、顶盖及壳体等，本体外壳通常采用普通碳钢，但为防止腐蚀，其内表面接触烟气处均需涂玻璃鳞片等防腐材料。
阳极板整体工作均在腐蚀性烟气环境中，为保证其收尘效果，其材质需具有抗腐蚀性。因为极板一旦受腐蚀而发生故障，不仅会影响收尘效果，还会干扰电场，导致除尘性能下降。湿式电除尘器配置连续喷淋系统，形成水膜覆于极板表面，且循环水已经加碱调整至合适的PH 值，降低了对极板的腐蚀，由此阳极板材料采用316L 不锈钢即可。
阴极线、阴极框架及内部喷淋管道与阳极板所处的工作环境相同，为保证阴极放电而防止其表面粉尘凝结和结垢，故阴极线至少也应选用与阳极板一致的材料。
内部其他部件，如尘中走道、挡风板、气流均布板等，由于防腐施工困难且施工质量不可控，因此也可选用316L 不锈钢。
3.2 良好极配形式
阴阳极作为湿式电除尘器的核心内件，是保证除尘效率的重要部件。
阳极板在结构设计阶段应考虑其结构形式有利于形成均匀水膜，从而消除一般极板的“沟流”现象，现今国内金属极板的主流型号有低波纹C450、C590、818 等几种。
阴极线宜采用低电晕、易冲洗的极线型式，有效保证针刺的针尖放电能力和降低液滴腐蚀。目前主流湿式电除尘器的阴极线型主要有针刺线、芒刺线等。芒刺线起晕电压低，而针刺线放电强，性能各有优劣。
阳极板、阴极线长度与实际处理烟气参数性质相匹配，这样的极配形式与喷淋系统和高压供电配合，可以使电除尘器获得的运行参数和除尘效果。
3.3 喷淋装置结构
经研究及实验表明，喷淋管高度提高，喷嘴雾化角增大，喷淋管间距增大，喷嘴与极板间距增大，更易形成均匀水膜．喷嘴布置在极线之上更优，故喷淋布置于极板、极线上方。一般烟气入口封头内还设有气流均布板，为防止长时间下均布板积尘和被腐蚀，在气流均布板前方也布置两道间歇冲洗的喷淋装置。
湿式电除尘器采用喷嘴喷淋清灰方式，当喷嘴的喷淋流量过小，在收尘极板上易形成沟流，长期运行则造成极板结垢，影响系统放电特性；当喷淋量过大时，则会造成对水资源的浪费，同时加重循环水处理系统的负担。
因此，合理的喷嘴排布方式及喷嘴选型可在较小水量下实现液膜均匀分布，在湿式静电除尘器设计中极为关键。
4 具体工程应用及优化
浙江浙能乐清、兰溪、北仑、嘉兴等电厂8 台燃煤机组于2015 年超低排放改造，增加湿式电除尘器，其电除尘器的设计除尘效率为75% 以上，出口烟尘浓度排放4.5mg/Nm3 以下；浙江温州特鲁莱电厂#3 机组于2016 年增加湿式电除尘器，其设计效率85%以上，出口粉尘浓度4.5mg/Nm3 以下。分别于2016 年与2017 年改造完毕并成功投入运行，地实现了燃煤电厂烟尘超低排放的指标。
极配形式方面比较，前者8 台湿式电除尘器采用C450 低波纹阳极板搭配芒刺阴极线，而浙江温州特鲁莱#3 机组湿式电除尘器采用C590阳极板配合针刺线，阴阳极材料均采用SUS316L 不锈钢材料,抗腐蚀能力强，确保设备长时间稳定运行。本体结构方面，进出口喇叭、灰斗及壳体等主要本体外壳结构，后者在前者的基础上进行了一定优化和改进，降低材料成本，提高了经济效益。
5 结论
通过对湿式电除尘器结构系统的技术研究，并结合实际工程项目的应用得出如下结论：
(1) 对阳极板、阴极线等内件应选用抗腐蚀性较强的不锈钢材料，对本体壳体等结构部件采用普通碳钢材料加鳞片防腐即可，这样的材质选择既能满足运行环境要求，也存在较大的经济性。
(2)良好的极配型式可以保证获得运行参数，并保证设备整体运行的稳定性。
(3)合理的喷淋装置有利于阳极表面形成均匀水膜，防止结垢，确保极板良好的收尘效果。湿式电除尘器完善的结构系统主要在于特殊材料选用、良好极配形式、合理喷淋设置。完善的结构系统、水处理系统，电控系统三大部分组合成一个整体湿式电除尘系统，为实现燃煤电厂烟气超低排放、治理PM2.5 提供了保障。