湿式静电除尘技术研究及应用

北极星环保网讯:燃煤烟气细颗粒物排放的高效控制是控制雾霾天气的重要手段之一，为此国家颁布了世界上最严格的标准之一：《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223-2011），要求火电厂粉尘排放浓度低于30mg/m3，重点地区低于20mg/m3。干式静电除尘器由于反电晕和二次扬尘等问题，对亚微米级颗粒物脱除效率较低，难以完全满足新标准的要求。湿式静电除尘技术（WESP）通过水膜清灰方式代替振打清灰，可有效控制湿法脱硫塔后细颗粒物的排放，实现燃煤烟气细颗粒物的深度脱除。

该文详细阐述了湿式静电除尘器在粉尘脱除效率、材料润湿、抗腐蚀特性及多种污染物协同脱除等方面的最新研究进展，重点介绍了湿式静电除尘技术在燃煤电厂中的应用现状，并在此基础上对我国湿式静电除尘技术的发展做了总结和展望。

关键词：燃煤烟气；湿式静电除尘器；PM2.5；协同控制

我国一次能源消费结构以煤为主，2012年我国能源消费总量为36.2亿t标准煤，其中，煤炭消费量约35.2亿t，约占全球煤炭消费总量的50.2%。截至2012年底全国煤电装机容量达到了7.58亿kW，占火电装机容量的92.5%，耗煤约18.55亿t，占全国煤炭消费总量的52.8%[1]，是第一耗煤大户。

煤燃烧过程是细微颗粒物（PM2.5）等大气污染物最主要的来源之一。PM2.5一方面因其粒径小，在大气中的停留时间长、输送距离远，一旦进入到大气中，控制和治理难度极大[2]，另一方面由于其表面通常富集各种重金属元素和多种化学致癌物质，对人类健康会造成严重危害[3]。

因此，只能通过对污染源头进行有效控制，才能达到较好的PM2.5防治效果。为此，我国于2011年颁布了《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223-2011），将燃煤电厂排放质量浓度从50mg/m3降低到30mg/m3，重点控制地区20mg/m3。

国内外燃煤电站烟气粉尘治理设备主要为电除尘器和袋式除尘器。电除尘器具有效率高、能耗低、烟气处理量大等优点，是燃煤烟气粉尘治理应用最广的技术装备。燃煤烟气中粉尘尺寸范围很大，涵盖了从亚微米颗粒到易于沉降的毫米级微粒。

静电除尘器主要是靠颗粒荷电、迁移、捕集、清灰脱除，对于捕集尺寸超过10μm的大颗粒粉尘是非常高效的（＞99.9%），而对于0.5~2μm的粉尘，效率一般低于90%。此外，普通静电除尘器靠振打清灰，造成二次扬尘，达标排放难度较大。

布袋除尘器存在运行阻力大，滤袋更换成本高、处理困难等劣势，在大型燃煤电站锅炉的应用相对较少。

湿式静电除尘器通常用于饱和烟气中颗粒物的脱除，在燃煤电厂中通常布置于脱硫塔后，其主要工作原理是：将水雾喷向集尘板，水雾在放电极形成强大的电晕场内荷电后分裂进一步雾化；电场力、荷电水雾的碰撞拦截、吸附凝并，共同对细颗粒物起捕集作用，最终颗粒物在电场力作用下到达集尘极而被捕集。

与干式电除尘器的振打清灰相比，湿式电除尘器是通过集尘极上形成连续的水膜高效清灰，不受粉尘比电阻影响，无反电晕及二次扬尘问题；且放电极在高湿环境中使得电场中存在大量带电雾滴，大大增加亚微米粒子碰撞带电的机率，大幅度提高亚微米粒子向集电极的趋近速度，可以在较高的烟气流速下，捕获更多的微粒。

湿式静电除尘器不仅可有效去除烟气中的烟尘微粒、PM2.5，同时可协同脱除SO3、汞及除雾器后烟气中携带的脱硫石膏雾滴等污染物，是一种高效的静电除尘器，已成为满足火电厂粉尘排放标准要求的重要技术。

1研究进展

湿式静电除尘器对于颗粒物特别是亚微米颗粒具有很好的脱除效果，且可脱除酸雾、Hg等多种污染物，多年来受到国内外研究团队的广泛重视。国内外各学者针对如何高效脱除污染物方面开展了大量研究，主要集中于如何通过优化除尘器结构和电极形式提高颗粒物脱除效率等方面。

此外，湿式静电除尘器因常用来处理酸雾等，运行环境恶劣，材料是否具有良好耐蚀性和润湿性成为影响除尘器安全性和运行可靠性的关键因素，因此材料选择与处理也是目前的研究热点。

1.1影响脱除效率各因素研究

美国辛辛那提大学Saiyasitpanich等[4-5]研究了湿式静电除尘器对柴油炭黑的脱除效率，该研究小组反应器采用不锈钢材料作为放电极，碳钢材料作为收尘极，设定停留时间为0.1~0.4s可调。采用ELPI测试系统测试不同电场强度、停留时间、颗粒粒径对脱除效率的影响，研究发现，随着停留时间增长，脱除效率从67%上升至96%，电场强度增大也可有效提高脱除效率，这很好解释了工业应用中工作电压常常选择于临界击穿值。见图1、2。

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