湿式电除尘器在化工燃煤锅炉的应用前景分析

（刘飞，河南科技大学 机电工程学院， 河南 洛阳  471000）

 文章已被化工环保杂志社录用，化工环保杂志投稿网址链接：http://www.zazhi114.cn/huagonghuanbao

摘要：近几年，电厂的烟气排放已经引起了国家环保部门的高度重视，也正在一步步的进行整顿和改善，可是化工厂燃煤锅炉也是烟尘排放的主要产生源。化工厂锅炉烟气经过湿法脱硫等一系列装置处理后PM2.5等细微颗粒得不到有效地控制，烟气二次污染更带来了石膏雨以及蓝烟等问题。湿式电除尘器作为专门控制烟气污染物的精细处理装置，可以作为排放前的最后一道技术关卡。现根据化工厂烟气排放现状，提出对PM2.5的有效控制技术的改进建议。

关键词：化工厂燃煤锅炉；PM2.5；湿式电除尘器

Abstract: in recent years, the power plant flue gas emissions has caused the state environmental protection department attaches great importance to, is to rectify and improve step by step, but chemical plants burning coal boiler and one of the main source of carbon. Chemical plant boiler flue gas after dealing with the wet desulphurization device such as a series of PM2.5 fine particles such as is not effectively controlled, brought gypsum flue gas secondary pollution and rain and blue smoke. Wet electrostatic precipitator as a special control of flue gas pollutants fine processing equipment, can be used as emissions before a final technical levels. According to the situation of chemical plant flue gas emission, and puts forward the Suggestions for improvement of the effective control of PM2.5 technology.

Key words: chemical plant coal-fired boiler; PM2.5; Wet electrostatic precipitator.

0  引言

随着我国工业的快速发展，由工业发展而带来的环境问题越来越严重。尤其是近几年，全国各地都或多或少的出现雾霾天气，严重影响了人民的健康和日常生活，雾霾问题引起了有关部门和专家高度重视。在大气污染方面，PM2.5、PM10污染最为突出。环境部于2016年5月20日发布的《2015年中国环境状况公报》显示，2015年我国PM2.5年均浓度50ug/m3(超过国家二级标准0.43倍)，全国338个地级以上城市达标比例为22.5%；经过对大气颗粒物的深入研究，表明PM2. 5比表面积较大、表面活性及吸附性强，容易附着各种重金属、有机污染物等有毒物质，且在空气中悬浮时间长，传输距离远，是导致大气能见度低、雾霾、酸雨等重大环境问题的 “罪魁祸首”^［1］。在我国的一次能源消耗中，煤炭占到消耗总量的70%，且约有75%的煤炭用于燃烧。最大的耗煤行业为电厂，约占50%，其次是化工厂燃煤锅炉等，约占20%^［2］。煤炭燃烧是造成PM2.5增加的主要原因除去电厂外，化工厂锅炉产生的烟尘的微细颗粒物也不容忽视。目前国内的化工厂燃煤锅炉除尘方式多为干式除尘器、袋式除尘器、电除尘器等。这些除尘器对 PM2. 5 的脱除都不是很彻底，而且会产生二次污染，这些除尘设备设计上均布置于湿法脱硫系统上游，对脱硫系统上游产生的污染物起到一定的控制作用，但对湿法脱硫系统运行过程中产生的酸雾、微细颗粒物、气溶胶等却起不到作用^［3］。随着国家对环保标准的日益严格，以及人民对健康生活环境的要求，相信在最近几年内，化工厂燃煤锅炉烟气排放前烟气处理设计中加装湿式电除尘器这一工序将成为一个建设工程的强制性标准。

1  湿式电除尘器的工作原理和技术特点

1.1  湿式电除尘器的工作原理

湿式电除尘器最主要就是静电收尘和湿电除尘两个系统，收尘系统原理是在高压的作用下电晕放电，使周围气体电离，烟气中的粉尘和酸雾表面荷电，经过荷电的粒子在电场力的作用下向集尘板移动并富集，集尘板上方喷淋水，水流由集尘极上方流下，在集尘板上形成一层均匀的水膜，水膜向下流动，将集尘板上收获的粉尘冲刷到灰斗中随水排出。干式电除尘器收尘原理和湿式电除尘器类似，与其不同的是粉尘清理干式靠的是机械振打或声波清灰。湿式电除尘器的基本原理简图如下：

湿式电除尘器示意图

1.2  湿式电除尘器的技术特点

湿式电除尘器具有除尘效率高、系统压力损失小、操作简单、能耗小、无运动部件、无二次扬尘、维护费用低、结构形式设计多样化，因此可以与其他设备一体化设计。其与干法电除尘相比，具有以下优点：

（1）湿式静电除尘器收集的粉尘不受高比电阻粉尘的影响，可以达到极低的排放标准（颗粒物排放浓度≤5mg/m³）；

（2）在不利条件下，湿式静电除尘器对粉尘的收集比干式静电除尘器更能适用对气体净化过程和性能方面要求很高的行业；

（3）放电极采用独特的形状和安装方法，不会由于振动或腐蚀而损坏；

（4）能有效去除 PM2.5、SO3气溶胶、Hg 和石膏微液滴，去除率在 85% 以上，对控制 PM2.5、蓝烟和石膏雨起到很好的控制作用；

（5）堆尘不会附着在电极上；

（6）无运动部件、基本没有易损件；

（7）无二次扬尘。

1.3  湿式电除尘器存在的问题

（1）排烟温度需低于冲刷液的绝热饱和温度，因此在结构上必须采用良好的抗结露措施^［4］；

（2）必须要有较高的防腐蚀条件；

（3）冲洗水虽采用闭式循环，但耗水量仍较大，且要与脱硫水系统联合设计^［5］，污水排放必须经过处理达标后才可进行排放；

（4）湿式除尘器工作环境极其恶劣，大部分部件需要用耐腐蚀材料，单次设计成本较高；

（5）新建项目需单独占用场地，对老系统改造将会有场地占用布置问题。

2  湿式电除尘器的设计布置

当前，国内化工厂燃煤锅炉烟气处理工艺一般都是由脱硝、静电除尘、脱硫三部分组成。现有的工艺设计控制不了脱硝过程产生的重金属、除尘系统未捕集细微颗粒物以及脱硫工段产生的SO₃和石膏的排放。而在湿法脱硫工段后加装湿式电除尘器装置能有效地解决以上问题，并且能达到低于国家现有排放标准的效果。新的烟气处理流程如下：

3  国内环保政策背景及应用现状

3.1  国内政策背景

为贯彻落实《大气污染防治行动计划》，确保“十二五”节能减排降碳目标的实现， 2014 年，国务院下发了《2014-2015 年节能减排低碳发展行动方案》，提出 2014-2015 年的减排总目标。行动上主要从两个方面落实：一是注重源头节能减排，转变能源结构、控制面源污染排放；二是强化末端治理，推进重点行业治理。2015年1月1日起实施的《中华人民共和国环境保护法》被称为史上最严环保法，监管的绝对严格成为此法所具备的一个核心要素：不仅污染损害担责主体更加明确，企业违法成本大幅增加，还增加了直接责任人行政拘留以及追究刑事责任等处罚措施。新的《大气污染防治法》已于2015年8月29日通过，2016年1月1日起施行，该法律强调应当加强对燃煤、工业、机动车船、扬尘、农业等大气污染的综合防治，推行区域大气污染联合防治，对颗粒物、二氧化硫、氮氧化物、挥发性有机物、氨等大气污染物和温室气体实施协同控制，明确了对无证、超标排放和监测数据作假等行为的处罚措施。2016年12月，国务院发布《“十三五“节能减排综合工作方案》，大气污染治理目标大幅提高。相比“十二五”期间对SO2、 NOx 分别下降 8%的减排目标，“十三五”期间二者减排目标分别为 15%、 10%。

同时，《河南省大气污染防治条例》2018年3月1日起实施。《条例》规定， 对钢铁、石油、化工、煤炭、电力、有色金属、水泥、平板玻璃、建筑陶瓷等重点行业依法实施清洁生产审核，支持采用先进清洁生产技术、工艺和装备。《条例》细化监管职责，明确将大气污染防治考核结果作为对政府部门及其负责人考核评价的内容。同时规定，对一些严重违法行为给予停业、停产整治、关闭、拆除等处罚措施。

3.2  国内现状

锅炉是我国重要的热能动力设备，我国是个农业大国，化工厂燃煤锅炉也是占有很大一部分的，作为通用工序广泛应用于化工厂生产过程。截至2015年底，全国工业锅炉为57.16万台，燃煤锅炉约46万台（占80%），其中10t/h及以下燃煤锅炉数量占全国燃煤锅炉总量的46%，10t/h~35t/h燃煤锅炉数量占全国燃煤锅炉总量的45.7%，35t/h及以上燃煤锅炉数量占全国燃煤锅炉总量8.3%。

在国家全面实施燃煤电厂超低排放后，火电行业污染物排放大幅削减。相比之下，工业锅炉特别是化工厂等燃煤工业锅炉量大、面广、布局相当分散、平均容量小、热效率较低、锅炉烟囱低矮、排烟温度高，且大多数除尘脱硫设备落后，有些老厂甚至无除尘脱硫装置，污染物排放浓度甚至是大火电厂的十几倍，环境污染大、管控难，采暖季节尤其严重，是当前我国颗粒物、硫氧化物、氮氧化物等多种大气污染物的重要排放源。

4  化工厂燃煤锅炉应用湿式电除尘器的关注点

4.1  拥有控制复合污染物的强大功能

湿式电除尘器的性能试验结果表明，其对锅炉烟气中的复合污染物具有良好的控制能力，可以同时脱除烟尘、PM2.5、SOx 、NOx 、气溶胶、Hg 等有害物质。经处理后烟尘排放浓度低于5mg/m³，汞等重金属的浓度也明显降低，同时湿式电除尘器还能去除湿法脱硫产生的水分和石膏，减少石膏雨的发生。

4.2  灰水的循环和利用

湿式电除尘器使用水力清灰，在清灰过程中耗水量很高，这就需要采用合理的循环水处理工艺，以减少水量消耗。湿式静电除尘器可以采取间断冲洗工艺减少排污水，并与湿法脱硫建立水平衡，在湿法脱硫后粉尘量已大幅减少，湿式静电除尘器灰水中含尘量只有 2‰ 左右，不会对石膏品质产生影响。

4.3  增加比集尘面积提高脱除效果

比集尘面积是反映湿式电除尘器性能的重要指标，在相同条件下，比积尘面积越大，处理污染物能力越强。湿式电除尘器的比集尘面积只有干式电除尘器的1/3～1/2，根据对污染物的控制要求，对于粒径相对较大的粉尘，可以选取小的 SCA，而对亚微米级颗粒、SO3 气溶胶等污染物，选取较大的 SCA 和较长停留时间才能达到理想的脱除效果。

4.4  烟气流和水冲洗方面问题

湿法脱硫后烟气游离水含量较高是造成石膏雨的重要原因。在湿式电除尘器设计时需要考虑烟气流向与冲洗水流向的匹配问题，在立式湿式电除尘器中烟气和冲洗水同向流动时，可以安装除雾器，烟气和冲洗水逆向流动时，能减少水分夹带，降低烟囱雨的发生。在卧式湿式电除尘器中，烟气方向与冲洗水呈交叉流动，在末级电场采用间断冲洗的方式能够很好的减少水分夹带。

4.5  湿式电除尘器应用难点

应用难点：一是关键技术的优化；二是降低单位投资。湿式电除尘器如果应用于化工燃煤锅炉的污染物排放控制，许多关键技术点仍然需要继续研究在湿式电除尘器内部烟气采用较高流速以减少场地通过极板、极线与内部构件材质的优化选择，内部构件连接方式优化、电源分区，增设电场数量等方式，实现设备高可用率^［6］ 优化清灰方式，简化管件连接，优化关键技术。

5  结语

随着国家对大气污染物排放的要求日益严格，排放标准不断提升，化工厂燃煤锅炉的烟尘排放控制也将会下发新的标准，争取实现多行业、多污染源、多污染物的超低排放。湿式电除尘器作为一种高效治理多样化污染物（尤其是PM2.5）装置，具有很大的技术优势^［7］。未来随着我国其他行业的发展，不仅仅在化工燃煤锅炉上得到广泛应用，在其他会产生粉尘及复合污染物的行业也会得到越来越多的应用。

参考文献：

［1］赵琴霞,陈招妹,周超炯,等.湿式电除尘技术及其在电厂的应用前景探讨［J］.电力科技与环保,2012,28（4）:24－26.

［2］史妍婷,杜谦,高建民,等.燃煤锅炉PM2.5控制现状及改进建议［J］.节能技术，2013,(4):345.

［3］胡志光,李丽,徐劲.新排放标准下燃煤电厂湿式电除尘器应用分析［J］.电力科学与工程,2016,(8):70.

［4］薛建明,纵宁生.湿式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］刘鹤忠,陶秋根.湿式电除尘器在工程中的应用［J］.勘测设计电力，2012(3):43－47．

［6］沈浩.湿式电除尘器用于控制燃煤烟气污染物的测评［J］.电力与能源，2014,3(1)54-58.

［7］周益辉,曾毅夫,刘彰,等.湿式电除尘器对PM2.5的治理效果及应用前景［J］.聚焦PM2.5，2014,(4):8-9.

刘飞，1988年出生，中共党员，2008年-2012年就读于新乡学院机械设计制造及其自动化专业，毕业后至今在河南省安装集团有限责任公司工作,2016年考入河南科技大学在职研究生机械工程专业。