湿式电除尘新技术原理介绍及应用实例分析

湿式电除尘新技术助燃煤电厂实现超低排放当前，我国环境状况总体恶化的趋势尚未得到根本遏制，环境矛盾日益凸显，环保压力持续加大。部分区域和城市大气雾霾现象突出，许多地区主要污染物排放量超过环境容量。今年以来，各级政府陆续出台多项政策措施，下大力气治理PM2.5，改善空气质量。

湿式电除尘器在满足超低排放、治理PM2.5方面的效果得到业内专家一致认可，环境保护部在《环境空气细颗粒物污染防治技术政策(试行)》(征求意见稿)中明确指出：鼓励火电企业采用湿式电除尘等新技术，防止脱硫造成的“石膏雨”污染。

作为一种先进的烟气治理技术，湿式电除尘技术在欧洲、美国、日本等国家已得到广泛应用且效果良好。国内企业自主开发的湿式电除尘技术，已在燃煤电厂取得成功应用。上海长兴岛第二发电厂燃煤锅炉湿法脱硫后改造工程配套湿式电除尘器，出口粉尘排放浓度仅为6.1mg/m3，引起业界高度关注。我国也有环保企业引进国外的湿式电除尘技术，并有多家电厂签订湿式电除尘器合同，最大配套机组为1000MW。相信随着湿式电除尘技术在我国的推广应用，其必将成为燃煤电厂满足超低排放、治理PM2.5的有力武器。

大气环境形势严峻，PM2.5控制势在必行

《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223—2011)中规定，一般地区燃煤锅炉烟囱烟尘排放限值30mg/m3，重点地区燃煤锅炉烟囱烟尘排放限值20mg/m3，汞及其化合物污染物排放限值

0.03mg/m3。

根据新修订的《环境空气质量标准》(GB3095—2012)，将PM2.5纳入强制监测范畴，并明确规定了时间要求，到2015年，在我国所有地级以上城市开展PM2.5监测；2016年，各地都要按照新修订的标准监测和评价环境空气质量状况，并向社会发布结果。

国务院在《重点区域大气污染防治“十二五”规划》的批复意见中明确指出：到2015年，重点区域工业烟粉尘排放量下降10%；可吸入颗粒物(PM10)、细颗粒物(PM2.5)年均浓度分别下降10%、5%。其中，京津冀、长三角、珠三角等13个重点区域将PM2.5细颗粒物纳入考核指标，细颗粒物年均浓度下降6%；上述区域复合型大气污染要得到有效控制，酸雨、灰霾和光化学烟雾污染明显减少。

新标准、严要求，是基于我国严峻的大气环境形势。近年来，在传统煤烟型污染尚未得到控制的情况下，以臭氧、细颗粒物(PM2.5)和酸雨为特征的区域性复合型大气污染日益突出，区域内空气重污染现象大范围同时出现的频次日益增多，严重制约社会经济可持续发展，威胁人民群众身体健康。

实施控制细颗粒物及前体污染物排放的重点领域包括工业污染源、移动污染源、生活污染源、农业污染源、各种施工工地、各种粉状物料贮存场等。其中工业污染源包括：火电、钢铁、建材、化工、炼油、有色冶金、各种锅炉和窑炉、各种废物焚烧装置、各种表面喷涂装置等。2005年的研究资料显示，燃煤电厂直接排放的

PM2.5约占全国PM2.5排放量的10%左右，加之由燃煤产生的二次颗粒物，燃煤电厂排放PM2.5占全国PM2.5比例还会更高。

大气环境形势严峻，燃煤电厂对细微颗粒的控制势在必行。多一道把关设备，实现燃煤电厂终端控制

目前，国内燃煤电厂锅炉尾部现有的烟气治理岛工艺流程一般是由脱硝、除尘器、湿法脱硫组成，烟气从湿法脱硫后直接进入烟囱，如图1所示。脱硝负责脱除NOx，除尘器负责烟尘治理，湿法脱硫负责脱除SOx。

然而，脱硝设备工作时，在催化剂的作用下，伴有SO2转化为SO3的副反应，使烟气中的SO3含量大为增加。作为脱硝还原剂注入烟气中的NH3，在实际运行中会产生部分逃逸。但在现行工艺流程中，SO3和逃逸的NH3并不能得到有效去除。

对于湿法脱硫，一方面，通过脱硫浆液的洗涤作用可脱除烟气中的部分颗粒物；另一方面，由于存在脱硫浆液雾化夹带、脱硫产物结晶析出，也会形成PM2.5。脱硫塔对SO3的去除率很低，SO3以气溶胶的形式随烟气排出。吸收塔顶部设置的机械式除雾器对水雾、烟尘、重金属和气溶胶粒子的脱除能力有限。由于大量SO3的存在，进入烟囱的湿烟气处于酸露点以下，其冷凝液对烟囱造成腐蚀。因为现有湿法脱硫系统去除PM2.5细颗粒物的能力很弱，对汞和SO3气溶胶等的脱除也有限，从而导致烟囱风向的下游经常出现“酸雨”、“石膏雨”等现象，或是有长长烟尾的“蓝烟”现象。

上述分析表明，在燃煤电厂传统工艺流程中，烟尘控制主要靠湿

法脱硫前端的除尘装置实现，但不能控制后端湿法脱硫产生的细微颗粒粉尘。因此，无论除尘装置的除尘效率有多高、湿法脱硫能除去多少前端逃逸的烟尘，烟囱排放也一定包含湿法脱硫洗涤之后仍未脱除

的前端逃逸烟尘、湿法脱硫自身产生并排出的PM2.5细微颗粒物和气溶胶。现行湿法脱硫工艺允许排出的雾滴含量是75mg/m3，其含固率约为20%，这意味着，现行湿法脱硫工艺容许排出的粉尘浓度就达到15mg/m3。烟囱排放要实现国家标准要求的30mg/m3或20mg/m3，在保证除尘装置除尘效率的基础上，还要尽量减少脱硫工艺产生的细颗粒物。

在目前的烟气治理岛工艺流程中，湿法脱硫之后没有对脱硫工艺产生的细颗粒物进行控制，还有烟尘、PM2.5、SO3、汞及重金属等多种污染物直接从烟囱排出，处于一种自由开放状态。因此，在湿法脱硫装置之后，需要再有一道把关设备，湿式电除尘器是最佳选择。

图1 国内燃煤电厂锅炉尾部现有的烟气治理岛的工艺流程

实现超低排放，消烟除尘一劳永逸

湿式电除尘器的工作原理与干式电除尘器类似，在湿式电除尘器中，水雾使粉尘凝并，并与粉尘在电场中一起荷电，一起被收集，收集到极板上的水雾形成水膜，水膜使极板清灰，保持极板洁净。同时由于烟气温度降低及含湿量增高，粉尘比电阻大幅度下降，因此湿式电除尘器的工作状态非常稳定。

由于湿式电除尘器采用水流冲洗，没有振打装置，不会产生二次扬尘。根据国外相关文献，湿式电除尘器对酸雾、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。所以，可以使用湿式电除尘器来控制电厂SO3酸雾，同时还具有联合脱除多种污染物的功能。

湿式电除尘器能够解决湿法脱硫带来的石膏雨、蓝烟问题，缓解下游烟道、烟囱的腐蚀，节约防腐成本。其性能稳定可靠、效率高，可有效收集微细颗粒物(PM2.5粉尘、SO3酸雾、气溶胶)、重金属(Hg、As、Se、Pb、Cr)、有机污染物(多环芳烃、二恶英)等，烟尘排放可达10mg/m3甚至5mg/m3以下，实现超低排放，彻底解决烟囱排放问题，达到“一劳永逸”的效果。

企业自主研发，核心技术关键难题有突破

上个世纪，国内已将湿式电除尘器应用于硫酸和冶金工业生产中。到目前为止，国内冶金工业还有使用湿式电除尘器的案例，其粉尘出口排放一直处于10mg/Nm3以下。由于湿式电除尘器存在腐蚀、污泥、污水等需要再处理的问题，加上当时国家对大气污染物排放标准要求比较低，湿式电除尘器没有在电力行业得到推广应用。

面对日益严峻的细微颗粒物污染问题，国内各大环保企业主动出击，有的自主研发，有的采用引进技术。在国内，湿式电除尘技术的自主研发已取得了可喜的成绩，不仅在核心技术上实现了突破，还迅速展开了工业应用，积累了宝贵经验。

湿式电除尘器的研发得到科技部的高度重视和大力支持，被列入国家863计划《燃煤电站PM2.5新型湿式电除尘技术与装备》课题，由高等院校完成湿式电除尘器理论方面的研究，企业完成湿式电除尘器应用方面的研究。

理论研究着重解决PM2.5的测试方法、湿法脱硫产物与湿法脱硫工艺过程的关系、湿法脱硫产物的物理特性、电场规律和收集性能等问题；应用研究着重解决湿式电除尘器的结构、极配、材料选择、防腐、水膜的均匀分布、水循环利用、高低压配套供电、加工工艺、安装工艺等问题。

通过理论研究和应用研究，创造出具有自主知识产权、适合中国国情的性能优越、价格低廉的新型湿式电除尘器，并完成300MW(含)以上等级机组的新型湿式电除尘器示范工程，形成新型湿式电除尘的各项专利、行业标准等，从而填补国内大型湿式电除尘技术和产品的空白。863计划的实施完成，将使中国的湿式电除尘器技术达到更高水平。

为实现863计划，迅速掌握湿式电除尘器的核心技术，企业自主设计制造了国内领先的全尺寸湿式电除尘器综合实验台(见图2所示)，用以研究湿式电除尘器的极配、特殊结构、喷淋系统、水膜形成、抗

结露、配套高压供电等关键技术。通过实验，获得了许多关键的设计参数，同时建立了湿法脱硫模拟实验台，模拟湿法脱硫后的烟气工况下湿式电除尘器的工作性能。

影响湿式电除尘器应用的关键是水的二次污染和水耗问题，不解决灰水循环利用问题，湿式电除尘器就难以在燃煤电厂推广应用。经过湿式电除尘器喷淋冲洗之后排出的水，含有大量酸性物质和细微颗粒物。直接排放会产生二次污染，而且耗水量大、运行成本高，水必须进行循环利用。

水的循环利用要经过两个环节，一是中和除酸，二是分离固体悬浮物，使污水变成适合喷淋使用的工业用水。通过反复试验，掌握了湿式电除尘器的喷淋系统及均匀水膜形成规律、极配、结构、高压供电等关键技术；研发了悬浮物高效分离、水循环利用系统。

防腐是保证湿式电除尘器安全可靠运行的重要问题，通过材料分析和抗腐蚀实验，寻找重要结构件的材料选择，制定防腐措施和施工工艺。在研发过程中，相关企业已经获得了多项具有自主知识产权的湿式电除尘专利。

图2 湿式电除尘器综合实验台

降低综合投资和运行费用，具有较好经济性

采用湿式电除尘技术工艺，由于其终端把关的技术特点，布置在湿法脱硫前的除尘装置，只要满足湿法脱硫工艺要求即可，出口排放无需做到很低。这样，既可降低前端除尘装置的投资和运行成本，又能够解决脱硫设备前的场地紧张问题。同时，由于湿式电除尘器运行中的喷淋作用，对烟气中的SO2具有一定的洗涤脱除作用，可以减少湿法脱硫的投资和运行成本。

另外，湿式电除尘器大量减少了烟气中的SO3，有效缓解下游烟道、烟囱的腐蚀，降低烟囱防腐成本。湿式电除尘器在实现粉尘超低排放，解决石膏雨、细微颗粒物(PM2.5粉尘、SO3酸雾、气溶胶)问题的同时，具有较好经济性。

国内燃煤锅炉湿式电除尘工程应用案例

由于湿式电除尘技术对控制燃煤烟气中的PM2.5排放非常有效，在发达国家的电力工程领域，湿式电除尘技术得到了广泛应用。据不