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火力发电厂湿式除尘器应用中若干问题的思考
时间:2018-07-30 09:14:29

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我国是能源大国,每年消耗的电力能源中,大多数都是通过火力发电厂产生的,由于火力发电厂需要燃烧煤炭等矿石能源,因此会产生一些有害物质,而目前我国对于环保要求越来越严格,火力发电厂的排放指标也日益嚴格,湿式除尘器已经在火电行业中比较普遍了。本文主要从我国现行的排放标准出发,通过分析不同种类的湿式除尘器在火力发电厂的适用性,并且对使用过程中出现的问题进行探讨,为火力发电中的烟气除尘系统的设计提供依据。

我国能源消耗巨大,其中电力能源是最主要的能源之一,目前我国绝大部分的电力能源都是由火力发电获得,而我国火力发电主要用煤炭作为燃料,我国的煤炭资源较为丰富,但是煤炭燃烧容易形成大量的污染物质,包括粉尘、硫化物等。

2014年9月,我国对于火力发电行业做出一系列规范,日前对于大气中的污染物的排放,我国出台相应的规章制度,其中《煤电节能减排升级与改造行动计划(2014年-2020年)》中指出:高效的除尘设施应该在新建的电力发电厂应用,以达到除尘的标准。目前我国的火力发电厂对于除尘的效率还存在一定的困难,传统的除尘设备对于颗粒直径小于2.5 μm的粉尘脱除率很低,而想要达到“超清洁排放”的要求粉尘浓度不高于5 mg/Nm?(6%含氧量)。

传统的除尘设备对于烟气中的粉尘去除情况还是比较差的,例如石灰石-湿法脱硫的机组中被烟气携带出来的雾滴大于5 mg/Nm?。目前为了除尘,比较常见的做法就是增设一台湿式除尘器在烟囱入口以保障能够超洁净排放。湿式除尘器的效果比,传统的方法还是比较明显的,已经减少大量粉尘的排放,但是其还有一些缺陷,包括占地面积大、废水排放等问题。本文主要结合不同的湿式除尘的技术路线,对其在应用过程中发现的问题进行探讨,为后续湿式除尘的研究改进提供参考。

1 湿式除尘原理

湿式除尘的工作原理主要是带电水雾吸附粉尘,首先在放置电极和电晕区域喷射水雾,这样水雾就能带电,然后粉尘、气溶胶等颗粒就会被水雾拦截,由于水雾带着电荷,因此在电场的作用下能够收集到集尘极。湿除喷淋系统将集尘极上的粉尘粒,通过冲洗水冲刷到灰斗中。

2 湿式除尘器的极板类型探讨

目前在我国比较常见的湿式除尘器的类型主要有以下几类,如间断冲洗管式(简称管式)的管式极板,有连续冲洗板式(简称板式)中的板式极板,还有采用柔性电极。

金属、导电玻璃钢和织物纤维这3种是比较常见的应用到湿式电除尘器中阳极板的材质,由于其各有特点,因此在不同的环境或不同的极板中运用不同的阳极材料。其中平行悬挂不锈钢板是金属极板一般采用的形式,因为阳极板是金属,因此其抗腐蚀性比较差,通常会搭配喷淋系统,利用喷射的水在极板上形成一层水膜以及时清除表面的粉尘和防腐,因此除尘设备的用水量比较大,此外由于排出的水主要是酸性,通过水引入碱系统来中和,这样水系统就比较复杂,不过其寿命通常在15年左右。阴极线一般悬挂在两个极板之间,芒刺线的材质是采用合金钢的,因为其具有耐腐蚀性,电流密度高等优点。

导电玻璃钢极板一般用于布置蜂窝状结构,由图2可以看到,蜂窝就像蜜蜂的巢一样,形状为正六边形,烟气可以从内部垂直通过,而在蜂窝的正中间有一根线,那就是以合金钢作为材料的阴极线。以玻璃钢加碳纤维作为阳极材料具有很好的导电性,耐腐蚀性,但是由于除尘过程中依旧会有酸物质,因此还是需要在运转一段时间后,用喷淋来除去。相比来说其性能居中,使用寿命一般在12年左右。

柔性极板也是蜂窝状的,主要差别在材质上,其运用的是刚性较弱的纤维织物,不过需要架设张紧装置以增加其刚性,防止极板在使用过程中产生晃动影响其稳定性。相对于金属极板需要复杂的水系统,织物纤维由于本身亲水性较好,因此能够长时间保留水分,能够大大减少水分的消耗,但是这既是优点,也存在问题,由于冲洗的间隔时间比较长,所以在没有冲洗的后期,粉尘的积累就比较多了,会对设备的除尘效果产生较大的影响,使其除尘效率大大降低。由于纤维织物耐用性较差,因此更换的比较频繁,一般寿命在6年以内。

刚式极板是我国的火力发电厂用得比较多的湿式除尘器,通过表1对比结果可以看出,每种结构均有其优势和缺陷。

3 湿式除尘的排水系统

由于火力发电厂一般用煤炭作为燃料,因此脱硫是一项比较重要的工序,其中包括废气、废水、废物中脱硫,一般火力发电厂的脱硫方式都是集中脱硫,而湿式除尘器采用喷淋冲洗的方式,其废水中也会含有硫及化合物,排放到原有的脱硫系统中,就会增加其工作量,使原有的脱硫系统失衡。

在线路上换热器一般设置在上游,将烟气冷却,使得烟气进入脱硫塔后能够被脱硫塔喷淋下来的水吸收,减少水的蒸发量,从而减少脱硫中水的使用,因此如果除尘的用水量过于巨大,就会使得脱硫系统无法消纳其产生的废水,主要对于用水较多的刚式极板具有较大影响,而柔式和导电玻璃钢极板相对较小,因此对于刚式极板的污水处理要考虑周全,不然使得脱硫系统水平衡破坏。

对于污水的情况,主要通过对于喷淋方式的改进来优化,目前常见的有以下几类:首先是直排式,这种方式比较粗狂,就是将工业用水直接用于湿除的喷淋,然后污水进入废水箱,再进入脱硫系统处理。这种方式冲洗水质好,效果佳;但是用水量就比较大。

为此可以采用间隙喷淋,以减少耗水量。其次是自循环-较差间隙冲洗,此方法就是将喷淋的污水收集后进入过滤水箱,将其中的杂质排出湿除系统,过滤后进入循环水箱,再次用于喷淋。虽然这种方法能够将水循环使用,使最后的用水量降到最低,但是在除尘效果有待商榷,循环水的水质比较差,对于设备的影响较大,减少设备的使用寿命,也影响除尘效果。

最后是自循环-连续喷淋,湿除系统的废水进入过滤水箱后,首先将一些浓度比较高、污染物较多的污水排除,然后另一部分较为清洁的水回到喷淋系统,用于前几级电场的喷淋,最后用水质较好的工业水,这样既能够保障除尘效果,还能够节约整体水耗,这也是目前工程中采取较多的方案。

4 湿式的布置方式

一般来说湿除系统的布置有两种方式,分别是卧式和立式。其各有各的使用特点和适用的结构,首先当烟气是水平流向并且使板式结构就可以采用卧式;而烟气垂直的管式就可以使用立式。此外立式还能根据其在脱硫塔的位置上分为脱硫塔上布置和外布置,其中的外布置还能分为顺流式和逆流式。在我国大部分湿除系统都是引进外国,一般日本采用卧式布置,美国采用立式布置,如图3所示。

结语

目前我国的火力发电行业对于湿式除尘器的选用都比较谨慎,不再像几十年前一样,采用粗犷、不顾环保要求的系统,一般采用在满足排放前提下,立足原有的系统进行充分优化,将其潜力尽力挖掘,从而能够提高去除粉尘的效率,降低污染的排放。结合实际需求,对除湿技术路线的选择更加合理,使得火力发电行业能够在超洁净排放上有更高的成就。


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