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湿电除尘处理燃煤锅炉细微颗粒物效果如何?

作者:www.sdjxhbsb.com     文章发布时间:2017-07-07

我国对颗粒物的排放控制主要靠安装除尘装置对粉尘进行捕集,常用的除尘器包括重力沉降室、惯性除尘器、旋风除尘器、电除尘器、布袋除尘器、洗涤式除尘器等 。其中燃煤烟气多使用高压静电除尘器和袋式除尘器收集烟气中的飞灰。传统高压静电除尘器在正常运行工况下除尘效率可达到99 %以上,但是对于粒径0. 1~1. 0μm 的亚微米颗粒来说,仍有高达15 %的颗粒会排入大气 。布袋除尘主要是采用滤袋过滤的方法脱除烟气中的粉尘,理论上适用于脱除粒径≥0. 1μm 的粉尘,而通常烟气除尘中采用的滤料纤维直径为2~2. 5 D(D —旦尼尔,1 D = 10. 1μm) ,采用布袋脱除PM2. 5 以下的微细粉尘,所需要的滤料纤维直径越细,其旦尼尔值就越小,制作的滤料孔径也更加细小,粉尘排放也就越低,但是滤袋的成本也就越高,系统阻力也越大,运行费用就越高。

 

1. 2  微细颗粒物控制

传统的除尘技术难以控制微细颗粒物的排放,因而研究微细颗粒物凝并促进技术具有重要的意义。微细颗粒的凝并促进技术主要有声凝并、电凝并、热凝并、湍流边界层凝并、光凝并和化学凝并[5 ] 。我国目前大部分燃煤锅炉已经使用了电除尘器,因此电凝并的方式更适合电除尘器改造。电凝并是通过增加微细颗粒的荷电能力促进微细颗粒以电泳方式到达飞灰颗粒表面的数量,从而增加颗粒间的凝并效应。微粒在电场中被极化而产生极化电荷,无论在非均匀电场或在均匀电场,粒子的偶极效应将使粒子沿着电力线移动,在很短的时间内就会使许多粒子沿电场力方向凝结在一起,形成灰珠串型的粒子集合体。只要有电场的存在,粒子就会极化,就会有凝并现象发生,而且这种粒子的偶极效应不仅发生在电场空间,形成空间凝并,即使在电除尘器的收尘极板上,已释放电荷的粒子间仍由于极化作用的存在凝并在一起。

 

2  强化型湿式电除尘技术

目前,我国燃煤锅炉烟气综合治理主要采用的是“电除尘(布袋、电袋除尘) + 湿式石膏法(氨法、氧化镁法及双碱法等) 脱硫”工艺,由于脱硫处理后烟气中不仅含有除尘后逃逸的粉尘,而且很多脱硫生成物及气溶胶叠加在一起,粉尘排放浓度很难达到新的国家标准(2012 年实施,30 mg/ m3) 。这一部分粉尘粒径集中在0. 05~2μm ,因此,要进一步去除烟气中微细粉尘(PM2. 5) 并使粉尘排放浓度达到新的国家排放标准,需增加除尘装置。由于湿法脱硫后烟气基本为饱和湿烟气,故不宜采用布袋式除尘器,只能采用湿式电除尘器。

中国重型机械研究院有限公司在消化国内外先进微细颗粒控制技术的基础上,根据在电除尘器方面积累的多年经验,自主研发了针对微细粉尘脱除的强化型湿式电除尘器。强化型湿式电除尘器将传统电除尘器原理与电凝并技术结合在一起,通过增强荷电液滴除尘技术和优化湿式电除尘器的清灰方式,使强化型湿式电除尘器对烟气中微细颗粒物的捕集有很高的效率。强化型湿式电除尘器适用于燃煤锅炉湿法脱硫后的饱和湿烟气、且烟气中粉尘浓度超标或需要脱除微细粉尘。

 

2. 1  关键技术

(1) 荷电喷雾技术。利用荷电水雾捕尘,首先要使雾化的水荷电,然后通过静电引力及惯性碰撞等作用使荷电雾滴与粉尘结合,粉尘颗粒由于凝聚而变大,改变了粉尘的比电阻范围,最后经过收尘电场捕集。

水雾捕集空气中粉尘的机理比较复杂,目前认

为是惯性碰撞、截留、重力、扩散等多种机理的综合作用,水雾荷电后,其捕尘机理主要是惯性碰撞、截留和静电力。其中雾滴荷电后对粒径为2μm 以下粉尘捕集能力显著增强,这主要是由于荷电雾滴对微细粉尘的静电力吸引作用,另外水滴荷电后,其表面张力下降,与之接触的粉尘更易于粘附在水滴上,同时喷雾后粉尘表面湿润,增强了亲水性,粉尘与水滴及粉尘之间更易于粘合在一起。雾滴捕集到粉尘后,凝聚成较大的颗粒,当气流通过收尘电场时,达到除尘的目的。

(2) 静电凝并技术。静电凝并除尘器主要由凝并区和收尘区两部分组成,并沿气流方向依次布置。凝并区由电晕极板和反电晕极板组成,电晕极板和反电晕极板上均装有针状芒刺,芒刺垂直于板面。芒刺之间呈矩阵状分布,且电晕极板和反电晕极板上的芒刺交错布置,每一根芒刺的尖端都指向对面极板四根芒刺所组成矩形的中心。芒刺交错布置可以防止正、负电晕放电时产生的正、负离子电量中和,还可以提高外加电压。收尘区为传统电除尘器,有线性放电极和收尘极板组成。

当微细颗粒通过由电晕极板与反电晕极板组成的电场时,与电场中大量的正、负离子发生碰撞,从而对称地使一部分粉尘荷正电,另一部分粉尘荷负电。在电晕放电产生的强离子风和电场力的驱动下,带负电的粉尘向反电晕极板运动,带正电的粉尘向电晕极板运动,从而使大部分荷电粉尘在凝并区直接被收集下来。同时,由于电场中存在大量荷电颗粒,它们在离子风和电场力的作用下向相反的方向运动,途中发生频繁碰撞,大大增加了微细颗粒的凝并效果。凝并后形成的粒径较大的颗粒团,一部分在凝并区沉降下来,另外一部分进入收尘区。在收尘区,凝并后的颗粒团再次充分荷电,粒径增大的颗粒团在电场力的作用下以较高的速度向收尘极板运动,更易于被收尘极板收集下来。

(3) 连续水膜清灰技术。连续水膜系统是通过在电场上部设置的细雾滴小流量喷嘴喷入细微水滴(40~70μm) ,在阳极板表面形成均匀连续流动水膜,可将吸附在阳极板上的粉尘带入灰斗中。该技术是决定湿式电除尘器除尘效果的关键,电场水膜系统中喷雾喷嘴的分布状况影响雾滴在极板表面形成水膜的均匀程度。因此,连续水膜系统中喷嘴的选型和分布状况是水膜形成的关键因素,根据该公司进行的连续水膜喷雾试验可以发现,喷嘴喷出液滴的直径越小,极板表面形成的水膜均匀程度越好,当液滴直径在100μm 以下时,电场异常放电现象明显降低,而液滴直径在40~70μm 范围内,收尘效率较高。通过喷嘴的分布试验可以发现,电场上部喷嘴的覆盖率严重影响了连续水膜的均匀程度。湿式电除尘器的冲洗系统主要是将粘结在除尘器气流分布板、极板、除雾器和灰斗上的粉尘冲刷出除尘器的装置,其分布示意见图1。

湿式电除尘器喷淋系统中喷嘴对于喷淋水质也有严格的要求,要是喷淋水中的杂质较高,会影响喷嘴喷雾的效果,导致湿式电除尘器运行不稳定,收尘效果低。而且,粉尘的排放标准日渐严格,电力行业的粉尘排放也提高至30 mg/ m3 ,根据该公司在湿式电除尘器方面的设计和运行经验,喷淋水中含有杂质(包括水中的硬度) 会影响排放烟气中的粉尘浓度。

 

湿式电除尘器的冲洗系统

 

2. 2  技术特点

强化型湿式电除尘器可采用立式结构或卧式结

构布置。

(1) 适用于电厂等大规模燃煤烟气的处理,能脱除粒径≥0. 01μm 的粉尘颗粒及烟气中的气溶胶,可保证粉尘排放达到国家最新标准或更高,对于PM2. 5 的脱除效率可达到90 %。

(2) 可以设置在石膏法、氨法、氧化镁法及双碱法等湿法脱硫方法之后,系统改造简单。

(3) 采用特殊的极配型式,保证连续水膜清灰,并可根据除尘效率的不同,调节极配间距,提高除尘效率。

(4) 采用特有的静电凝并技术,增强了微细粉尘的凝聚程度,提高微细粉尘的收尘效率。

(5) 清灰方式采用在线喷淋清灰方式,清灰效果好,无二次扬尘。

(6) 可以同时脱除烟气中的气溶胶,增加除雾装置,烟囱排放视觉效果好。

(7) 增强型湿式电除尘器具有多种污染物脱除的效果,对SO2 、NOX 及Hg 等重金属的脱除都具有不错的效果。

(8) 系统阻力小,投资、运行费用低。

 

3  工程应用

中国重型机械研究院有限公司针对微细颗粒物的控制技术,于2010 年在浙江某工业窑炉生产线建立烟气除尘用湿式电除尘器,实测除尘效率远高于设计的排放要求(30 mg/ m3) 达到20 mg/ m3 以下,最低可达到12 mg/ m3 , 且设备运行稳定, 维护简单。

某工业窑炉烟气粉尘检测