湿式电除尘器对PM2.5的治理效果及应用前景

摘要：作为大气复合污染物控制有效治理技术装备，湿式电除尘器在治理PM2.5、酸雾、气溶胶、亚微米颗粒物、汞、重金属及二噁英等污染物具有广泛的应用前景，本文论述了湿式电除尘器的工作原理、主体结构、技术特点，探讨了湿式电除尘器在我国的应用前景。

1、前言

我国各地日渐增多的灰霾天气给人们生活健康带来不可估量的影响，由此PM2.5引起了社会的广泛关注。PM2.5产生的主要来源，是日常发电、工业生产、汽车尾气排放等过程中经过燃烧而排放的残留物。现阶段，我国90%的电能来自于火力发电，而火力发电和工业生产需要燃烧大量煤炭，燃煤电厂要工业锅炉产生的大气污染物已成为大气污染的主要来源。《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 30 mg/m3，而对于重点地区燃煤电厂粉尘排放限制降至20 mg/m3，单纯的干式电除尘器已经很难满足该排放要求[1]。

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)、重金属汞、挥发性有机化合物等复合污染物排放的日益重视，这些符合污染物的治理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严格的限制。据国外PM2.5治理先进技术和经验，湿式静电除尘器对酸雾、有毒重金属以及PM10，尤其是PM2.5的微细粉尘有良好的脱除效果，可以使用湿式静电除尘器来控制电厂的SO3酸雾，具有联合脱除PM2.5、酸雾和重金属汞及其氧化物等符合污染物的前景。 此外，湿式静电除尘技术作为一种终端精处理技术，不仅在燃煤电厂，还在燃煤锅炉、化工、冶金等领域具备广泛的应用前景，将产生巨大的社会和经济效益。

2 湿式电除尘技术特点

2.1技术原理

湿式电除尘器和与干式电除尘器的收尘原理相同，都是靠高压电晕放电使得粉尘荷电，产生大量电子和离子，在电场力的作用下向两极移动过程中，碰撞到烟气中的粉尘颗粒使其荷电，荷电粉尘在电场力作用下与气流分离向极板或极线运动，荷电粉尘到达极板或极线时由静电力吸附在极板或极线上，从而使烟气净化。但在对集尘板上捕集到的粉尘清除方式上WESP与DESP有较大区别，干式电除尘器一般采用机械振打或声波清灰等方式清除电极上的积灰，而湿式电除尘器则采用冲刷液冲洗电极，在极板上形成连续的液膜，使粉尘随着冲刷液的流动而清除。

2.2主体结构

湿式静电除尘器主要由进出口烟道、除尘器壳体、导流板、整流格栅、阳极收尘板、阴极线、绝缘箱、冲洗水系统、电源及控制系统等组成。

2.3技术特点

湿式电除尘器具有除尘效率高、压力损失小、操做简单、能耗小、无运动部件、无二次扬尘、维护费用低、生产停工期短、可工作于烟气露点温度以下、由于结构紧凑而可与其它烟气治理设备相互结合、设计形式多样化等优点。其与干法电除尘相比，具有以下优点：

1、湿式静电除尘器利用水处理被收集的粉尘，其不受高比电阻粉尘的影响，可达到很高的除尘效率(湿式静电除尘器出口含尘量有可能≤1mg/Nm3)。

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程度要求很高的产业。

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、采用特定形式的电极及最佳的喷嘴排列，使其达到最有效的清洗效果。

5、电极上无堆尘。

6、无运动部件、基本没有易损件。

7、无二次扬尘。

除此之外，采用湿式电除尘器脱除烟气中的汞对于燃烧高硫煤或低硫煤的的电厂来说，是一项极富前景的控制汞排放的方式。烟气中的汞如果以水溶性的氧化物形式存在就可以直接以颗粒物形式脱除，而如果以元素汞形式存在就可以被吸附剂吸附后再间接脱除。

表1 ESP干法电除尘与WESP湿法电除尘技术的比较

3 湿式电除尘应用于火电污染物治理

湿式电除尘技术是去除PM2.5的最有效手段，是当前国际领先水平的除尘环保技术，在欧美等世界发达国家有数百个项目应用湿式静电除尘技术，有效地除去烟气中的PM2.5粉尘。

基于湿式电除尘在脱除PM2.5方面具有的独特优势，在引进技术的基础上，结合我国燃煤及发电行业的技术特点，凯天环保科技股份有限公司开展了湿式电除尘器的技术研发工作，并自主设计制造了国内领先的湿式电除尘器试验平台、除尘系统试验平台、理化分析试验台、CFD数值模拟仿真研究室等试验研究平台，实施湿式静电除尘器关键技术的研发。

在湿法脱硫之后控制PM2.5、控制SO3酸雾、脱除汞等重金属，一方面取消了振打，避免了粉尘的二次飞扬，可将烟尘排放浓度控制在5mg/m3以下，也就是大大降低了PM2.5;另一方面还可以对SO3酸雾、汞等重金属进行有效控制。在电除尘器内部通过喷雾增湿，荷电后的SO3酸雾在静电凝聚作用下粒径增大，被捕集于极板并与水膜形成稀酸，去除效率可达95%以上。同时，基于电除尘器内部过饱和环境和静电脱除效应，对烟气中颗粒汞、氧化汞的脱除效率高达60%以上。以下为湿式电除尘在火电行业的实际应用情况：

某电厂300MW燃煤发电机组尾部烟气处理采用石灰石—石膏湿法全烟气脱硫，一炉一塔系统配置，脱硫系统未设置GGH。湿式电除尘器系统投运前电除尘器除尘效率为98.69%;出口烟尘浓度为392.8mg/ Nm3，超出环保标准排放限值要求。湿式电除尘器系统投运后机组满负荷工况，除尘器进口烟尘浓度30004mg/m3(标态、干基)条件下，达到如下效果：

1、烟囱入口总固体颗粒排放质量浓度平均值为18.5mg/m3(标态、干基)，低于重点地区大气污染物特别排放限值20mg/m3(标态、干基)的要求;

2、机组烟囱入口液滴排放质量浓度平均值为13.46mg/m3(标态、干基)，符合设计指标—液滴排放质量浓度≦20mg/m3(标态、干基)的要求;

3、烟囱出口烟气带水和“石膏雨”问题得到质的改善，装置出口2.5μm粒径以上细颗粒基本完全脱除，出口细颗粒物数量上以0.07~0.8μm 细颗粒物居多;

4、 装置脱酸效果显著，烟囱冷凝酸性液体量降低大于70%，冷凝液中H+离子浓度降低约60%，烟囱腐蚀压力大力减缓;

5、 设备正常运行时，平均电耗130KWh，水耗率为零。

4 结语

随着大气污染物尤其是排放标准的日趋严格,PM2.5的治理已提到议事日程 ,研究开发适合中国国情、经济可靠、治理效率高的技术和设备势在必行。湿式电除尘作为一种高效治理复合污染物(尤其是PM2.5)具有强大的经济技术优势，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[2]。可以预见， 未来随着我国的粉尘及复合污染物排放法规的出台，湿式电除尘将会在燃煤电厂、工业锅炉烟气治理等领域得到越来越多的应用。

编辑：张伟