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周一至周日 9：00-20：00湿式静电除尘器(WESP)在百万燃煤机组的应用实例分析-技术交流-浙江德创环保科技股份有限公司
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作者：戴刚权 & 王磊 & 翁林钢 & 谢高旺Application Analysis of Wet Electrostatic Precipitator in1,000MW Coal-fired Power PlantsDai Gangquan, Wang Lei , Wen Lingang,Xie Gaowang(Zhejiang TUNA Environmental Science & TechnologyCo., Ltd, Shaoxing, Zhejiang, 312000, China)&Abstract: A brief induction of the Wet ElectrostaticPrecipitator (WESP) technology is given in this paper along with itsdevelopments and applications both domestic and international. The focus of thispaper is the application analysis of our WESP in the 1000MW coal-fired powerplants. The fuel gas before/after the implementation of the WESP was sampled, analyzedand compared to show that the WESP is capable to eliminate the super-fineparticles, SO3 aerosol, and the gypsum after the WFGD effectively.&Keywords: Wet Electrostatic Precipitator (WESP), 1000MW, Coal-fired Power Plants,Super-fine Particles.&近年来，随着我国的国民经济高速发展，一些“粗放”式发展模式下的弊端也逐渐显现出来---环境污染日益严重，在以京津冀、长三角、珠三角为代表的经济发达地区集中爆发了严重的雾霾污染，对公众的健康造成威胁。燃煤电厂排放的烟气是大气污染的主要来源之一，也是大气污染治理的重点。为贯彻可持续发展观，国家对燃煤电厂的节能减排提出了新的要求，根据《火电厂大气污染物排放标准》（GB）的规定，重点地区的二氧化硫、氮氧化物及粉尘的排放浓度限值分别为100、50、20mg/Nm3，由于环保的压力，这些地区已经按照燃气机组的标准50、35、5 mg/Nm3开始要求。为了达到这些排放要求，需要一种能够去除这些细微颗粒物的环保设备。湿式静电除尘器（WESP）作为大气污染物控制的终端深度处理系统，对S03气溶胶、氮氧化物和PM2.5粉尘等都具有很高的脱除效率，同时汞的脱除效果也很好。因此，在我国燃煤电厂研究和推广应用湿式静电除尘技术具有非常重要的意义。&1.&&湿式静电除尘器&1.1.&&除尘原理&湿式静电除尘器通过阴极线直流高压放电，将周围空气电离，烟气中的粉尘荷电后，受电场力驱使被收集到集尘板上，与干式电除尘不同的是，湿式静电除尘用喷淋水替代振打来达到清灰的功能。如图1所示，湿式静电除尘器一般布置在湿法脱硫之后。湿法脱硫出口烟气中的大部分粉尘已被干式电除尘除去，并成为夹带石膏颗粒的湿饱和烟气，通过湿式静电除尘器处理后，达到排放要求，由烟囱排出。& & & & & & & & & & & & & & & 图 1湿式静电除尘布置位置&1.2.&&国内外应用情况&湿式静电除尘技术在美国、欧洲、日本等发达国家已较为成熟，有近30年的燃煤电厂应用经验，已有近百套不同类型的WESP在电厂大型机组上成功运行，如：2000年投运的美国NB电力公司Dalhousie电厂315MW机组；2001年投运的日本中部电力碧南电厂（2×1000MW）机组[1]；2002年投运的美国Xcel能源公司Sherburne电厂750MW机组等。在国内，湿式静电除尘器在冶金、硫酸行业已有30多年的成功应用[2]，已制定《煤气用湿式电除尘》（JB/T）的行业标准。近两年随着环保要求的提高，在火电行业开始大面积应用，据不完全统计已有近百台合同业绩，10余台投运业绩。&1.3.&&蜂窝管式WESP工业试验平台&为了验证湿式静电除尘器的效果，我们设立了一个导电玻璃钢蜂窝管式WESP工业试验平台，如图2所示，应用于脱硝催化剂生产窑炉的烟气深度治理，其治理的主要污染物为粉尘、气溶胶和PM2.5，处理的烟气量为10000Nm3/h，烟气温度为50~70℃，入口的粉尘浓度为55mg/Nm3，设计除尘效率为91%。如图3所示，开启试验平台的蜂窝管式WESP后，肉眼基本看不到白烟了。经烟尘仪测量，开启WESP后的粉尘排放浓度减至4.3mg/Nm3，实际的粉尘去除效率达到92.18%，PM2.5的去除率达到85.5%，雾滴的去除率达到78.7%，设备的阻力为185Pa。实测数据表明了该蜂窝管式WESP可有效去除催化剂窑炉烟气中的粉尘、PM2.5和雾滴，达到超低排放。图 2蜂窝管式WESP三维模型图图 3蜂窝管式WESP试验平台投运前、后对比图&2.&&湿式静电除尘器应用在百万机组燃煤火电厂超低排放项目&目前我国燃煤机组最大装机容量为1000MW，湿式静电除尘器在燃煤电厂百万机组的应用实例并不多，因此对百万机组的应用实例分析具有一定的实际参考意义。本节给出了国电宁波北仑电厂三期#7机组（1000MW）加装湿式静电除尘的应用实例，通过对装WESP前、后的烟气排放成分分析及对比，证明了湿式静电除尘器可有效去除燃煤电厂烟气中的SO3气溶胶、氮氧化物、粉尘和PM2.5等污染物，满足百万燃煤机组的超低排放要求。&2.1.&&应用背景&为达到国家的燃煤机组大气污染排放新标准，实现燃煤机组在完成改造之后的烟气排放达到天然气机组标准，由南京国电环保科技有限公司与浙江德创环保合作EPC总承包，对国电宁波北仑电厂三期#6、#7机组（2×1000MW）加装湿式静电除尘设备。&2.2.&&工程概况&国电宁波北仑电厂#6、#7机组（2×1000MW）湿式静电除尘器的阳极系统运用模块化设计，将整个阳极系统分为48个阳极模块，模块由车间生产并通过公路运输，现场再按图纸安装成整体。阳极管(收尘集)采用的导电玻璃钢具有非常好的耐腐蚀性能[2]，且具有很强的疏水性，能有效地阻隔灰尘和石膏对阳极壁的粘结。导电玻璃钢极板具有耐腐蚀、重量轻、导电性能好、抗燃、抗氧化性好等方面拥有的突出特点，在技术风险和可靠性、运行费用上占有较大的优势，代表着湿式静电除尘技术的发展方向。阴极线采用2205不锈钢材料制作的管状针刺线，具有强度高，耐腐蚀性能好等特点，能适用于饱和湿烟气环境长期工作。阴极线固定于上下框架上，框架通过设置于壳体外部的绝缘箱支撑，绝缘箱内吊杆采用陶瓷管支撑，绝缘箱内配有电加热装置，其内部温度维持在120~140 ℃，同时绝缘箱还配有热风吹扫装置，以保证绝缘箱时刻保持干燥绝缘状态。阴极铅垂布置，底部有固定防摆装置，装置内设置的拉杆采用陶瓷材料并配有加热功能保证其干燥绝缘。进、出口烟道以及阳极模块以下部分采用玻璃鳞片防腐，阴极大梁、阳极模块以上本体采用衬预硫化定基橡胶防腐，阴极上框架其余部分全部采用2205不锈钢制作。目前，#7机组的湿式静电除尘器已完成安装、调试及试运行，并正式投入使用。本文使用的测试数据均来自于#7机组。&2.3.&&运行情况&#7机组于2009年6月建成投产，其脱硫系统（WFGD）改造于2013年1月完成，如图4所示，#7机组的湿式静电除尘器布置在WFGD后，考虑到电厂的空间和湿式静电除尘器的体积重量等因素，采用塔外钢支架独立布置的形式，不影响吸收塔安全，支架的支撑梁避开地下铺设的管道。#7机组的WESP进口烟气流量约为2950000Nm3/h，湿饱和烟气由WFGD流向WESP，烟气流向“上进下出”。蜂窝管湿式电除尘在阳极管上部设置有一层间歇喷淋，此喷淋由冲洗水泵供水，采用高压力及专用的无堵塞冲洗喷嘴，正常运行时，湿式电除尘温降仅为2~3℃，间断喷淋时，温降为5~7℃。喷淋时集尘极表面形成一层连续水膜，收集下来的烟尘随水膜重力自流至下部集液槽，实现在线清灰。温度40℃以上时，石膏易溶于水，粘度下降，不易粘结在阳极管上，整个设备在运行过程中不会产生灰尘和石膏的粘结现象。#7机组的湿式静电除尘器自2015年3月投运至今已正常运行2个多月，系统运行的各项指标正常、稳定。图 4国电宁波北仑电厂#7机组（1000MW）湿式静电除尘器&2.4.&&应用分析&国电北仑电厂#7机组湿式静电除尘器正常运行2个月来，通过对各项监测数据的采样和收集，可对湿式静电除尘器的效果作出定量和定性的分析。首先通过肉眼观察，如图5所示，#7机组烟囱排放的烟气在湿式静电除尘器投运前、后有比较直观的对比，湿式静电除尘器投运后烟囱排放的白烟明显减少，说明湿式静电除尘器对雾滴和粉尘的去除效果明显。再从定量的角度分析， #7机组完成湿式静电除尘改造后的“168”小时满负荷试运行。该机组的实时环保数据为：二氧化硫11.6 mg/Nm3、氮氧化物40.4 mg/Nm3、烟尘2.2 mg/Nm3，这标志着该燃煤机组经过超低排放改造，污染物排放指标已经达到甚至优于燃气轮机标准。据测算，改造后#7机组每年可在原基础上减排二氧化硫约500吨、氮氧化物约500吨、减排烟尘约27吨[3]。&图 5国电北仑电厂#7机组WESP投运前、后烟囱排放对比图&3.&&结论及展望：&湿式静电除尘器因其稳定、高效的除尘效果在发达国家的火电厂已有相当广泛的应用，目前在我国火电行业也在积极推广。本文通过对国电宁波北仑电厂#7机组（1000MW）燃煤机组湿式静电除尘器的应用实例分析，证明湿式静电除尘器可以有效去除燃煤烟气中的SO3气溶胶、氮氧化物和粉尘等主要污染成分。随着国家和公众对环境保护的日益重视，相信湿式静电除尘器会更快普及到各大燃煤电厂，在我国大气污染治理的进程中起到重要作用。&参考文献：[1]湿式电除尘器在燃煤电厂WFGD后的应用分析，第15届电除尘学术会议论文集，2013.[2]朱连勇，蜂窝型导电玻璃钢电除雾器在硫酸生产中的应用，硫酸工业，.[3]中国国电集团公司官网新闻，北仑公司首台百万千瓦机组实现超低排放，.&
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湿式静电除尘器介绍
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你可能喜欢湿式静电除尘器的过去、现在、未来第207页理查德.C. 斯戴尔和罗纳德.J. 斯考瑞
K. 桑帕斯(Sam) 库马尔贝克考克&威尔科克斯公司
F.L.斯米德斯 航空技术公司巴伯顿
休斯敦，得克萨斯州俄亥俄州加力.罗斯
教育署 帕斯特尔纳克纽不伦瑞克省电力公司
AES 深水公司
弗雷德里克顿，纽不伦瑞克省，加拿大帕萨迪纳 (得克萨斯州)背景湿式静电除尘器自1907年由F.G.Cottrell 先生第一次介绍推广以来，已经实现了全面的商业化。然而，该设备的大多数还是面向电力企业中的小型工业装置，并且在过去的20年里，这项技术被专门应用于燃煤电厂。在燃烧含硫燃料的发电厂中，过去十年，烟气脱硫技术和选择性催化还原技术已被采用来控制二氧化硫和氮氧化物的排放。最近在燃煤电厂采用的新催化还原系统表明硫酸排放的增加是由于一部分二氧化硫在通过催化剂时被氧化所致。尽管对于电厂酸雾的排放并没有正式的监管，但是关于此的考虑和疑问已经得到了人们广泛的重视。焦油和一种釩含量相对较高的奥里油（釩，一种在燃烧过程中可以将二氧化硫氧化成三氧化硫的催化剂）燃烧过程会产生浓度等级更高的硫酸排放，在一些案例中，酸浓度和燃烧高含硫燃煤的电厂排放的尾气中的相当。在烟气脱硫和硫催化氧化联合使用的情况下，高含硫煤或含釩较高的石油燃料燃烧产生的尾气中硫酸所占比例可以超过20 ppmvd（ppmvd，容积比为百万分之一）。由于亚微粒固有的光散射特性，排放的废气就造成了显著的模糊影像。酸雾的浓度即使低及5~10 ppmvd，空气看上去也会如羽絮一般模糊不清。此文将就过去应用的湿式电除尘技术和现有的在电厂中使用的技术进行讨论，同时从经济上对用于解决潜在的和未来的除尘问题的技术进行分析。这些分析也将比较湿式电除尘技术和吸收剂注入法在控制酸雾上的优缺。 湿式静电除尘的过去如上文所述，湿式静电除尘技术在最近的一百年中已经被广泛地应用于冶金等工厂，以控制酸雾和微尘的排放。今天，全世界已经有超过1000台该种除尘器在工作了。在商业买卖中也有多种型号、设计的除尘器以供选择。湿式静电除尘器由一系列满收集电极的细管和平行平板组成。立式的只有垂直的气流通道（向上或向下），而卧式的设计则也可以满足水平而来的气流除尘。在满足冶金工厂处理需求上，建造材料是该除尘器设计上的主要问题。比如在冶炼铜时，二氧化硫在废气中的含量通常超过百分之十，这是由于矿石中含有较多的硫铁矿成分导致的。环保条例对减少废气中的硫含量的要求催生了一个巨大的市场，那就是将在废气中高含量的硫转变成一种可用的资源——硫酸。出人意料的，湿式静电除尘器在除去微粒和三氧化硫（三氧化硫随后将去制酸工厂）的同时也保护釩基催化氧化剂不被毒害和堵塞，它们还成为了工厂在收集酸雾方面结实耐用的机器，在除去痕量元素比如砷以加强生产的硫酸的品质方面也贡献不小。在上世纪中九十年代中，用于酸雾控制的典型的WESP通常采用防腐的铅作收集器和用铅包裹的高压电极（板和管子），用铅保护低炭钢的高电压支撑 系统，以及用铅在金属框架表面烧熔并覆盖从而保护金属护板和框架不受酸性烟气流的腐蚀。由于铅的机械性能较差，加之下游制酸设备运行压力和脉冲压力导致其泄漏，这样它下面的金属便会迅速地遭受严重的腐蚀。另外，在运行温度高于150°F时，铅也易于加速机械故障。这些问题导致几乎在每一次停机都需要彻底的保养和维修。最终，内置铅和衬了铅内部结构的外壳材料换成了其他替代品，比如玻璃纤维和增强塑料。这一新设计延长了除尘器的使用寿命也在最大程度上减小了对具有极高铅焊技艺的技工的需求。在同一段时间里，一些该种装置设计中开始使用塑料和玻璃钢收集电极来进一步减少铅的使用。在70年代，一些设备设计开始使用特种不锈钢以代替原设计中的任何镀铅原件。铅的使用不便，结构特殊，养护的劳力需求，可靠性，维护和维修的花费，以及人们过去一段时间不断增长的对铅毒性的担忧成为了这些转变的主要推动力。最近有一份关于冶金厂的湿式静电除尘器由于内部起火燃烧了聚丙烯管道和玻璃钢外壳而导致大量有毒气体产生的报告。类似的经历提高了人们对于使用相同装置的企业的担忧。由此可见，电力生产企业可能在它们自己的湿式静电除尘器上使用含铅或塑料元件方面会表达出合情的疑虑。在七十年代至八十年代，合金在湿式烟气脱离装置进出口上的应用增强了人们对其在未来有广阔前景和需求的信心。今天，包括317，6%含钼量和C-276等等级的合金钢在脱硫装置上的使用已成为常规。过去在该领域的不断探索为人们积淀了一个坚实的经验基础。这个基础包含了卧式和立式两种类型的设计，它们都表现出了很高的捕集效率。湿式静电除尘装置的安置问题和如何将各种净化设备有机结合起来将是做出最经济的决策的关键。在净化过程中其中一个问题是当处理酸雾时会发生电晕抑制现象，而电晕抑制对于静电除尘来说已不是新鲜的了。生成的三氧化硫和烟道气中的水分会在酸雾中产生超细漂浮颗粒，这样的酸雾会严重抑制操作中的电晕电流，最终降低净化效率，而湿式烟气除尘装置排出的气体（之后进入静电除尘器）中超细酸雾微滴和水雾的密度增加是导致上述问题恶化的影响因素。上诉因素的影响能力将由于除尘装置的设计方案和电晕极形状的不适当选择而增强，最终可造成更大问题。通过选择电晕极形状使其可以在较低电压下工作和减小发射和收集电极的距离，最终在装置内部建立稳定和足够强的电晕电流。这会减少由超细颗粒所带来的负载，因此静电除尘可达到设计的最大工作效率。电晕抑制出现在很多需要除尘并用到类似技术的地方，比如处理化工回收锅炉产生的钠盐颗粒，水泥回转窑排放的粉尘等，解决这些地方的电晕抑制问题为人们积累了相关经验。现在的湿式静电除尘技术AES 深水公司，德克萨斯州AES 深水公司是一家坐落于美国德克萨斯州帕萨迪纳市休斯顿渔船海峡的以石油焦炭为原料的联合发电企业。它一年发电大概155兆瓦。这家工厂采用干式静电沉淀器来控制进入以石灰为原料，生成石膏的钙基烟气脱硫系统的颗粒粒径和未燃烧的碳的含量。另外，气体在进入烟气脱硫系统前还要通过湿式文丘里洗涤塔以去除多余的固体颗粒，氢氟酸和盐酸。在这里降低颗粒浓度是为了符合环保要求，控制未燃烧的碳含量是为了保障畅销的副产品石膏的品质。石油焦燃料含很高的钒含量，在进入湿式烟气除硫系统前釩会促使生产三氧化硫，这种气体的猝灭作用也会催进硫酸的形成，由于酸雾雾滴的超细直径影响，大概只有20%-30%的酸雾会被捕集到。三氧化硫的入口浓度从35ppmvd 到100ppmvd@3% O2（@3% O2 ，产物中含3%的氧气）不等，这取决于锅炉内的燃烧情况和釩在石油焦的含量的多少。AES目前有一台在美国制造中最老的湿式静电除尘器在电厂运行。表一指示了该设计的信息和需要达到的排放标准。考虑到可凝性，对包括硫酸酸雾在内的所有微粒的浓度的最小要求是 0.005 grains/scfd，因此在硫酸微粒净化方面需要单独设置一个捕集效率超过90%的装置来满足要求。气体通过湿式静电出除尘器后理论上净化效率可以达到95%到97%。不过这样的高效还得借助于干式静电除尘器和湿式文丘里洗涤器的帮助。在1986年这样的高效是需要的，因为在这方面的安全标准非常严格。当时德州政府要求硫酸酸雾的排放也要满足严苛的浓度标准限制，而到了今天没有哪项州政府建立的标准是为控制来自于同一源头的酸雾排放而设的。表一.AES深水公司的空气污染控制系统具体参数这一湿式静电除尘器按常规包括三个电厂，12个向上流动系统的并行模块。收集表面是平板形状，由表面覆盖增强的热固性塑料的轻木制成。这些平面不断地被连续不停的膜状水流冲刷清洗，因为这样可以满足导电和去除收集物的需要。水流带着捕集物最后从阴沟排离。自1986年以来，湿式静电除尘系统的商业价值得到了充分的挖掘，微粒的粒径和废气的透明度都保持得很好，其中废气的不透明度在10%以下。电晕极和其他带有高压的内部装置采用合金C-276制造，即使运行时间超过了十五年之久，这些装置看起来也跟新的一样，没有出现明显的腐蚀现象。在1999年，所有的在12个单元组件里的第一组最初的集尘板被替换成由含6%钼的钢铁合金打造的新集尘板。AES希望找到一种提高净化效能又降低维护费用在未来是种热门的新技术。电晕极也由最初的圆柱导线型更换为能形成更强大电晕，条带形高电压的电晕极。图一显示了由新合金平板组成的单元组件B的内部结构，图二显示了内外空间的即时电压关系。图表表明电晕从第一电场到第三电场会出现显著的增加，这标示了电晕抑制现象的阻抑程度，尽管不严重但由于酸雾的存在而确实存在。除尘器的净化效果已不是一个问题，如何研制出一个电极间能有更强电晕的电极外形是现在的关键。图一：AES的装置的改造
六年的运行后，改良后的合金电极和集尘板没有一点腐蚀的痕迹，看上去跟最初是一样。北方能源/艾克赛尔能源这个工厂装备了24台湿式静电除尘器，每十二台组成一个750MW 功率的单元。之所以选择湿式静电除尘器是因为该厂想将它的烟道出口不透明度降到20%以下。方法是改良上流气体通道，预先安置的外壳可以保证除尘器两个部分和颗粒洗涤器同时内置在里面。根据最初改良实验的结果，湿式静电除尘器的全面改造从1998年开始到2001年结束。艾克赛尔能源在雪邦镇的电厂主要燃烧次烟煤，大概在飞灰中含20%的氧化钙。这些自由飘散的氧化钙能吸附废气中的三氧化硫，由于最初气体较高的热量，洗涤器无法使混合了粉尘和二氧化硫的气体的不透明度降低到20%以下。没有干式静电除尘器，仅靠湿式静电除尘可以将烟道气不透明度降到10%，以前是40%，颗粒净化率控制在90%以上，而且这些结果是在气体在处理单元上的停留时间不足一秒的情况下得到。由于飞灰中的高钙含量，第一电场收集管道的底部出现了结垢。第一电场主要捕集从经过洗涤器的上升气流夹带来的水滴和颗粒物，这样在第二电场就可以保持相对稳定的放电状态了。每个部分每年都会进行一次彻底的脱机清洗以除去垢层，这些都需要大量的人工来完成。另外，当电厂供电紧张时，也需要用水对管路进行冲洗这样的日常维护。由于飞灰不像酸雾一样显酸性，所以304L可以用于制造除尘器的内部结构。实际操作告诉我们：1、定期的清洗能解决由于粉尘堆积带来不良影响；2、对不呈酸性的颗粒的捕集和对硫酸雾的捕集的高效是在改进除尘器用于净化硫酸雾时的重要衡量条件。美国西北炼油厂石油焦炭煅烧炉产生的烟气含有二氧化硫，二氧化硫通过采用具有腐蚀性的试剂的洗涤塔被吸收，这种洗涤塔对于二氧化硫的吸收很有效，但它不能完全除去硫酸雾。自1998年以来，湿式静电除尘被用来捕集高浓度酸雾以消除排放烟气如羽毛般模糊的问题。三组湿式静电除尘器作为一个独立单元被使用，采用向上通气结构。图表3和4呈现了除尘器对粉尘和酸雾的捕集效果。酸雾排放浓度降低到大概1 ppmvd @ 7% O2,同时粉尘浓度下降更明显，降到0.005grains/scfd. 这些事实静电除尘器的内部和外部结构用的都是合金900L.防腐效果非常好，在检查中又一次出现了看起来像新的一样的情况。图三：酸雾净化数据（来自西北炼油厂）
新不列颠电厂，科森恩小湾2002年，新不列颠电厂决定在发电量1050MWD的科森恩小湾站建造高效的湿式静电除尘器来处理经过以石灰为手段的湿式脱硫装置处理后的废气。这是全厂为减少电力生产成本而做的努力的一部分，该厂决定在使用奥里乳化油以降低成本的同时显著减少硫化物和颗粒的排放量。新不列颠电厂安置除尘器是希望将酸雾排放控制在5ppmvd @ 3% O2，飞灰颗粒控制在0.015 lb/MBtu.为达到上述标准，捕集效率要超过90%。科森恩小湾是第二个安装该捕集装置的电力工厂。2000年，一个较小，独立的湿式静电除尘系统在达尔豪斯投入使用，这是1994年该厂在使用奥里油和安装湿式脱硫装置后的又一次改变。图5是科森恩两台湿式脱硫装置的布局和结构图图。从中可以看到湿式烟气脱硫装置包含三个向上通向的结构设计。和在AES深水已顺利运行15年的装置很像。洗涤后的烟道气在通过烟雾消除器后会进入湿式静电除尘器的内部。湿式除尘器里依次有三道电场，以及四条独立并增强的高电压总线穿过每个电场。这种12条总线被谨慎分离的设计可以保障在较小区域电压的自由增强，尤其是进行周期性清洗时可以使排放始终达到设计要求。废气在进入除尘器顶部前会先通过一个雾沫消除器，以消除由于洗涤环节夹带来的微小雾滴，这些雾滴通过出口封头会聚集在一起变大。这样的设计可以简单地降低工厂的建造费用，否则，按通常的处理方法，在烟气脱硫塔外会单独再设立一个湿式除尘设备。
图5：结合了湿式脱硫功能的向上流湿式静电除尘器
科森恩海湾工厂坐落于一片海岸线上，所以工厂的布局非常受到重视并要求土地被充分利用。因此，这种结合了脱硫和除尘的设计就显得非常合理了。内部的集尘板用的是C-276，含6%钼的不锈钢用于高电压系统和集尘板的支撑。2003年的春天这种联合脱硫除尘系统投入建造，04年九月投入运行。未来，人们希望这种联合治污体系在化石燃料电厂会更普及同时作为一个综合处理氮化物，硫化物和粉尘，酸雾的净化器的改良选择。 湿式静电除尘与脱硫剂注射法的比较科学家还研究了使用附着剂使现有空气净化器能吸附捕集因此而产生的颗粒的可能性。采用这种方法，对于像湿式净化器这类主要设备的改进就可以避免了。一项由美国电力研究所主导，十多年前在纽约高硫测试中心开始的试验性研究紧紧围绕的主题是各种脱硫剂的吸收效率的测定和对含硫气体的不透明度的改良表现。十多年后，该机构对在嘉文电站的硫催化装置进行了全面翻新改造并对其控制酸雾排放的效果做了全面的考察评估。这套装置同样有湿式烟气脱硫来净化二氧化硫。 下面是上述实验的总结，它会作为与其他方案在经济方面的参照：A、对电站锅炉废气的三氧化硫处理，碱性吸附剂既可以在炉膛过渡区注入也可以在干式静电除尘器前注入。B、熟石灰、氨水和碳酸氢钠在干式静电除尘器前注入，氢氧化镁则在炉膛过渡区。C、熟石灰的注入会使干式静电除尘器的效率降低，因为它需要自由的硫酸雾滴来减低飞灰的电阻率。由于飞灰电阻率的增大和进入除尘器的微粒的增多，处理后的废气的浓度会成倍增长。因此，这就需要考虑除尘器扩大的花费或者也可以通过改进装置来提高净化表现。D、当注入氨水时，氨气会与三氧化硫反应生成超细硫酸氢铵颗粒从而影响干式静电除尘器效率。这回引发电晕抑制降低进口电晕电流，另外，飞灰粘度增加也会产生效率降低和维护问题，对飞灰收集系统也会带来影响。E、由于现代的多工业联合，飞灰的综合利用有了更多出路。飞灰可以作为水泥原料的替代品，在能源节约和二氧化碳减排上都有作用。但是如果粉尘中含有氨钠化合物的话，那么这些粉尘就不适宜再被利用。在一些工厂里收集后的飞灰已经成为了很好的商品，这就出现了两个问题，一是经济上的损失，二是飞灰的处理成本上升。（这些影响在考察以钠盐为吸附剂时经济效益是会被包括在内。）F．氢氧化镁吸附剂在炉膛过渡区的注入结果和石灰在除尘器前的注入结果差不多。 替换品的经济评估下面重点考察湿式静电除尘技术和碳酸氢钠、石灰乳的经济效益比较。氢氧化镁和氨水的影响差不多，前者和石灰乳的效果相似，后者则跟碳酸氢钠相似。湿式静电除尘器按年计算的基建费用加上预计的年运行维护费用就是湿式除尘器年使用成本。0.1的资本回收系数用来计算年度资金成本，对于15至20年的运行时间和利率和贴现率相差6%的情况来说，0.1是合理并且符合电力研究院的指导准则的。除尘器能源供应，控制器，高压绝缘加热器成本都被计算在这一评估内了。除尘器与吸附剂年成本比较，在这方面合理得纳入了除尘器扩建费和粉尘销售损失。表二显示的是克莱森小湾电厂满足三个收集效率的湿式静电除尘器的投资建设费用。当捕集率在50%时，只需要一个工作电场就可以了，捕集率达到80%时，两个收集电场是必须的，90%的捕集率则是三个。表二、三氧化硫捕集效率与湿式静电除尘器建造费用比较（500兆瓦发电量）1.这些数值基于原煤含6%的钼含量。2.$/kW的数据以绿色环保建筑的耗能为基准。3.$/kW的数据是对烟气脱硫和湿式静电除尘综合系统中的湿式静电除尘器而言的。表3显示了干石灰和碳酸氢钠的在满足不同三氧化硫捕集率下的注射速率。显而易见，当捕集率超过50%时，注射速率会大幅提高。提示：吸附剂在干式静电除尘器前注入，温度在300至350华氏度，注入过程保持干燥，吸附剂投入系统大概每发电1千瓦耗费5美元。 在吸附剂脱硫方案中，要求注入温度保持在310华氏度，而众所周知的是延长吸附剂在干式静电除尘器前的停留时间有助于使废气和固体吸附剂混合充分，同时减少相关成本。不仅如此，进一步假设认为在工厂的实际运行中情况也是如此。额外的费用将会由于实际无法保持恒定温度和延长停留时间的需要导致改造通风管道而产生。 以下是分析出来的各种假设：1.以电厂年发电500兆瓦。2.一台已安装干式静电除尘器保证粉尘颗粒排放低于0.03 lb/MBtu。3.在加入石灰吸附剂后除尘器处理时间要增加30%。4.粉尘处理费按10美元每吨计。5.50%的粉尘会以每吨5美元销售。6.在粉尘中会有、、、的含沥青煤灰。7.工厂一年运行8000小时。8.干石灰100美元一吨，碳酸氢钠250美元一吨。。表四说明了湿式静电除尘器，干石灰脱硫和碳酸氢钠脱硫的年运行费用。这说明如果要维持粉尘销售或者保持在脱硫剂注射后的粉尘限制，湿式静电除尘器的运行费用就不得不维持在较低水平，尤其是与脱硫剂技术相比较后。在参考了上述三氧化硫捕集率是这也是正确的。事实是在经济分析中湿式静电除尘器有几次的颗粒总排放量比脱硫剂方案要低的情况并没有反映在内。在八九成情况下湿式静电除尘器的经济效益更好，这是因为更高效率的三氧化硫吸附效果降低了脱硫剂的综合利用价值。但同时，湿式静电除尘器的固体颗粒排放量与添加吸附剂除尘相比也没有明显的优势。结论1.湿式除尘器对于酸雾的捕集技术非常可靠，理论上可以运行100年。2.在使用湿式静电除尘器控制固体颗粒、酸雾排放的同时，联合使用湿式烟气脱硫装置对于电厂而言越来越有意义了。表四、年发电量500兆瓦，运行8000小时的电厂里用于控制三氧化硫排放的方案的经济分析（捕集效率以百分比计；所有数字单位为美元）附注：1.干石灰是每一吨100美元，每小时产十吨粉尘，粉尘5美元一吨，碳酸氢钠250美元一吨，粉尘7美元一吨。 2.气体流量检测单位：3300ACFM/MW。 3.静电除尘器升级费用25英镑/平方米。 4.基础：进入除尘器内气体含6%的钼成分。■未来在废气可排放要求上，不光会有PM2.5的要求，同时也要满足三氧化硫含量和可见度的达标。湿式静电除尘技术可克服上述全部困难。■除除去三氧化硫外，湿式静电除尘器由于还可以控制粉尘排放以及控制水银含量而成为一个诱人的选择。■能源企业应该考虑到脱硫剂的使用会减少可销售的粉尘的数量同时干式静电除尘也会受到影响。■尽管湿式静电除尘器的建设费用较高但相较于干石灰和碳酸氢钠脱硫技术，其运行成本经济得多。■考虑到经济成本和运行费用以及工厂布局的紧凑要求，湿式烟气脱硫和静电除尘混合式吸收器相对于独立式的静电除尘器更有优势。 参考：1.埃里克森﹒克莱顿 A 和 杰布克森﹒拉杰拉姆，“选择性催化还原系统对三氧化硫排放的影响”，2002年5月匹兹堡氮氧化物选择性催化和非选择性催化科学研讨会。2.修洛夫和威乐，“火力联合发电厂的硫排放控制”，1985年3月休斯敦德克萨斯州美国化学工程师学会春季全国会议。3.达姆A.S.，恩索尔，D.S.,斯帕克，L.E，，“蒸汽冷凝形成的分离烟柱的不透明度的预计”，大气环境学 第十八卷二号，（1984）4.库玛，K.S.和曼苏尔 阿黛尔，“铜、镍生产工厂废气净化发展”，1998年2月德克萨斯州圣安东尼奥TMS年度会议。5.霍尔H.J.，“超细颗粒捕集的关键净化技术”，1987年十月意大利帕蒂瓦第三届电能清洁生产大会。6.库玛，K.S.和斯泰尔，R.C.，“回收锅炉静电除尘器的电晕机理”，1991年一月加拿大蒙特利尔造纸协会第77届年度会议。7.库玛K.S，“对于艾克赛尔能源舍本县发电站的湿式静电除尘器的效率分析”，2001年8月阿拉巴马州伯明翰市第七届电能清洁生产大会。8.布朗，查理斯A，霍内，保罗A，“”如何消除石油焦油燃烧经碱洗后的废气当中的酸雾“，2000年3月乔治亚州亚特兰大美国化学工程师春季会议。9.彼得森J.R.等人，“对于脱硫剂吸收三氧化硫和盐酸的试点实验分析”，1991年12月华盛顿特区二氧化硫控制研讨会。10.布莱斯，盖里M，麦克米伦，瑞奇，“硫酸净化工艺评估：长期监测结果”，2002年7月发表于美国能源部和美国能源技术中心联合报告。 2003年麦克德莫特巴布科科和威尔克克斯公司版权所有，侵权必究。没有版权所有者的书面许可这篇论文的任何部分不能被以任何形式和任何手段翻译，转载，出版或被收录到任何信息检索系统中。书面申请请寄：市场联系部，Babcock&Wilcox公司，邮政信箱框351，巴柏顿，俄亥俄州，美国 免责声明尽管这篇由Babcock & Wilcox印刷出版的论文信息是真实可靠的，作者是尽职的，但他们将不再考虑提供工程方面的专业咨询服务。Babcock & Wilcox公司和其雇员对于文章中讨论的关于任何信息、产品、过程或设备的准确性、完整性或实用性无论是明示的还是暗示的都不能保证绝对的准确。Babcock & Wilcox公司和其雇员对于文章中所讨论的信息、产品、过程或设备信息造成的影响或损害没有可追究责任。
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