湿式电除尘器给排水技术的研究与应用Word下载.docx

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湿式电除尘器;

超洁净排放;

喷淋机制;

灰水循环利用;

零水耗;

内部件腐蚀

早在1907年全世界第1台湿式电除尘器就已应用于去除硫酸酸雾[1]，随着技术的不断发展，湿式电除尘器不断被推广到多个应用领域，特别是在冶金和化工工业上的大量应用，使湿式电除尘技术趋于成熟。

在燃煤电厂的应用中表明，湿式电除尘器能去除90%以上的PM2.5、SO3酸雾[2]，并能达到几乎零浊度的超洁净排放，此外还能去除汞及其化合物、NH3、SO2、HCl、HF等多种污染物[3]，是作为燃煤电厂大气污染治理的终端精处理设备的首选，作为一种全新的、高效去除细微粉尘、SO3酸雾、汞金属等多污染物的集成控制技术，其应用将越来越广泛。

但是，湿式电除尘器存在耗水量巨大、排出的灰水存在二次污染、内部件腐蚀严重等问题，严重影响了湿式电除尘器在国内燃煤电厂上的大型化应用。

在湿式电除尘器上科学合理地配置喷淋给水、循环利用，从系统工艺上确定湿式电除尘器的废水回用点，可有效解决上述问题[4]，突破湿式电除尘器大型化应用发展的瓶颈。

1湿式电除尘器的收尘原理

饱和或近饱和烟气从湿式电除尘器进口喇叭进入除尘器，气流经过气流分布板后均匀地进入除尘器的电场，配置在进口喇叭和电场上方的特制喷嘴将雾化后的水滴喷入电场中的气流中。

在电场中，一方面水滴与气体中的粉尘碰撞凝聚成较粗的颗粒，另一方面，粉尘与水滴在电场中荷电，在电场力的作用下，被集尘极捕集。

被捕集的水滴和粉尘在整个集尘板上形成连续向下流动的一层水膜，从集尘极上流到灰斗中，然后通过灰斗排入循环水箱，从而达到净化烟气的作用[5]。

其工作原理如图1所示。

2湿式电除尘器灰水水质分析

湿式电除尘器收集下来的灰水水质主要来源于以下几个方面:

1）原水水质:

一般可用工业中水，其水质应满足GB/T19923—2005《城镇污水再生利用工业用水水质》，或经简单过滤后的水库、江河等地表水，或总硬度不超过400mg/L的地下水。

2）烟尘:

燃煤的灰成分一般含有SiO2、α-Al2O3、α-Fe2O3、CaO、MgO、K2O、Na2O、TiO2、SO3（以硫酸盐或亚硫酸盐的形式存在）、MnO2及少量P2O5等其他杂质[6]，经收集水洗溶入大量水后部分会发生水化反应，其中悬浮物成分为SiO2、α-Al2O3、α-Fe2O3、CaSO4dot;

2H2O、TiO2、MnO2，离子态的成分为Ca2+、Mg2+、K+、Na+、SO2-4、少量的PO3-4。

3）烟气:

湿法脱硫后的烟气成分一般含有SO2、SO3（以H2SO4酸雾气溶胶形式存在）、NH3、NOx、HCl、HF等[6]，其中SO2有极少部分进一步转化为SO3，NH3部分溶于水，经收集水洗溶入大量水后会发生反应，均以离子形式存在:

NH+4、H+、SO2-4、Cl-、F-，因此会使灰水呈酸性，pH值一般低于2。

4）湿法脱硫浆液:

进入湿式电除尘器的烟气中会有部分逃逸的脱硫浆液，浆液中一般含有石膏粉尘（CaSO4dot;

2H2O）、石灰石粉（CaCO3）、SO2-4、Cl-、F-等[7]。

5）中和:

由于湿式电除尘器灰水呈酸性，为减少对内部件的腐蚀并可直接作为湿法脱硫工艺水回用，需进行中和处理[8]，一般采用32%的NaOH碱液作为中和剂，中和后将增加Na+和SO2-4的含量。

综上可知，湿式电除尘器灰水总的含固量是较高的，还包含了较高的不可溶悬浮物，且其水质存在一定的腐蚀性，包括酸腐蚀和盐腐蚀。

湿式电除尘除尘技术湿法脱硫3湿式电除尘器用水结垢成因分析

水垢的成因是由于水中的Ca、Mg、SiO2等离子因浓度、温度及酸碱度（pH）等的变化而形成难溶于水的CaCO3、MgCO3、Ca（OH）2、Mg（OH）2、CaSiO3、MgSiO3、CaSO4、MgSO4、Ca3（PO4）2、Mg3（PO4）2等物质而附着于容器壁上形成水垢[9]。

也就是说，成垢必须要有上述的反应过程，而对湿式电除尘器来说这些化学反应过程基本在前置的吸收塔内已完成，而循环水中加入的NaOH反应生成均为可溶性的钠盐，不会额外增加结垢的可能性。

虽然结垢的化学反应主要在吸收塔内已经完成，但结垢的可能性依然存在，水的pH值范围一般取5～7，视水质不同而定，偏酸为佳。

进入湿式电除尘器的烟气中可能携带的是从吸收塔逃逸的CaCO3、CaSO4等难溶物质，只要维持好循环水的浓度、温度及酸碱度，即可有效防止结垢的生成[10]。

1）为避免浓度的频繁变化，绝对禁止干烟气进入湿式电除尘器，否则在干式结合处由于浓度、温度等的急剧变化，极易形成严重结垢。

2）维持补给水和排污水的平衡，可保持循环水内各种盐类浓度相对稳定，不易析出结垢。

3）维持烟温稳定也直接保证了循环水的温度稳定，对上述难溶（微溶）性物质而言，循环水基本处于饱和状态，水温的变化直接影响其溶解度，极易造成析出结垢，维持水温恒定可防止这类结垢发生。

4）按湿式电除尘器运行要求定量加碱中和，可维持循环水的酸碱度，一般循环水的pH值维持在5～7的近中性值偏酸为佳，从朗热利耶结垢指数（LSI）公式可以看出，水质的pH值是判断水质结垢倾向性的主要参数，pH值应始终控制在7以下的近中性偏酸状态，以湿法脱硫回用水质的允许最低pH值为下限，过高的pH值因灰水中含有从吸收塔逃逸的CaCO3和CaSO4等物质，会因碱浓度太高反应生成Ca（OH）2而结垢。

从多台大型湿式电除尘器的运行经验来看，做好上述的注意事项，可有效避免管路结垢堵塞，有些项目已运行3年多至今未见结垢现象的发生。

4湿式电除尘器阳极板水膜成型及喷淋冲洗技术

湿式电除尘器与干式电除尘器的最主要的区别就在于清灰方式的不同，干式电除尘器采用振打清灰的方式，而湿式电除尘器采用的是液体冲洗收尘极表面来进行清灰，同时粉尘形成泥浆而排出去[2]。

湿式电除尘器常用的清洗方法有自冲刷、喷雾冲刷等。

自冲刷普遍的方法是利用捕集的液滴来润湿收尘极，此方法适宜于捕集液体颗粒，另一种方法是通过烟气冷凝来润湿收尘极，适用于含尘浓度低、含湿量高的烟气。

喷雾冲刷采用水或水加压缩空气后连续冲刷收尘极，使雾化液滴在收尘极表面形成一层液膜。

为保证清灰效果，冲洗采用两种方式:

一种是在阴阳极上部布置一层细雾滴小流量水膜喷嘴，通过喷入细微水滴或采用溢流形式在阳极板表面形成均匀连续水膜，将吸附在其表面的粉尘冲入灰斗;

另一种是在水膜喷嘴的上方布置喷水量较大的冲洗水喷嘴，定期对阳极板和阴极线进行冲洗清灰，使水膜喷嘴未覆盖部位达到清灰的目的。

在国内，喷雾冲刷技术已经在各大中小型锅炉配套的湿式电除尘器中得到了应用，能有效地解决内部件腐蚀及极板积灰等问题。

基于我国国情和电厂现状，湿式电除尘器的废水基本都要循环使用而不能直接排放[11]。

由于循环水中包含捕集的粉尘、苛性钠、氢氧化镁或其反应产物，所以湿式电除尘器出口烟气中可能携带有逃逸的含钠盐或镁盐等的雾滴。

为了避免烟气中携带这类反应产物对湿式电除尘器出口含尘量的影响，末电场的出口端采用原水进行雾化喷淋，而不用循环水。

至于如何喷淋能够形成最佳的水膜并产生最佳的清灰效果，这就需要根据不同结构的喷嘴在极板表面形成的水膜进行综合比较，并结合不同的排列布置方式，以寻求最佳喷嘴结构和最优的排列组合，确定最佳供水参数，一般这些参数只能通过试验取得。

5湿式电除尘器选材与防腐技术

湿法脱硫后的烟气腐蚀性较强，而湿式电除尘器位于湿法脱硫下游，其主要部件阳极板、阴极线工作在高湿、含酸的腐蚀环境中，需要较强的抗腐蚀性，应采用不锈钢或其他导电、防腐蚀材质，否则应涂装防腐导电涂料[12]。

但是由于湿式电除尘器配备有连续喷淋系统，可形成水膜覆盖电极表面，而且循环水已经过加碱中和，从而大大减轻了腐蚀，即使在这样的环境中，也可采用316L不锈钢作为电极材料，而不必使用更高级的合金钢[13]，其中选用低含碳量的316不锈钢是为了减少焊后对不锈钢耐蚀性的影响。

由图2可见316不锈钢对硫酸的腐蚀速率[14]。

由于湿式电除尘器灰水系统属定补定排部分循环的开式系统，一般地，锅炉燃烧高硫煤在不加碱的情况下，合理地配水，其循环水的pH值极限值不会低于1，以含硫酸量计，pH=1换算为质量浓度为0.49%。

从腐蚀速率可以看出，即使循环水不中和，316L材质不锈钢的年腐蚀率也在0.01mm/a以下，因此均匀水膜可对阴阳极等内部件起到很好的防腐作用。

因此，湿式电除尘器的喷淋冲洗系统的设计是否合理，分配是否均匀，能否使每个模块都能得到有效冲洗保护，对阴阳极的防腐也是至关重要的。

而对于本体内部其他供水、供气管道、支撑件等也应采用不锈钢或非金属防腐材质。

壳体、喇叭、灰斗、烟道等，一般用普通钢作为基材，玻璃鳞片或其他材料防腐衬里。

湿式电除尘除尘技术湿法脱硫由于需要大量的防腐施工，在设计湿式电除尘器过程中，应使其结构尽量避免死角，让基体结构易于进行防腐施工，确保防腐效果[15]。

湿式电除尘器的给排水系统，水箱的材料及防腐可与本体相同，采用普通钢基材加玻璃鳞片衬里。

管道、泵、阀等所有与循环水接触的部分均应采用316L不锈钢或其他耐腐蚀材料，与补给水接触的部分视原水水质而定，若为工业中水，一般也采用316L不锈钢材质，若为水库、江河、地下水可采用普通钢材质。

储碱罐宜采用不锈钢或FRP箱体，亦可采用普通碳钢内部衬胶箱体，可视现场施工条件而定。

虽然液碱对普通钢的腐蚀并不严重[16]，但若采用普通钢作为储罐，因大气产生锈蚀物易对液碱造成污染而使灰水的大颗粒杂质增加，容易使灰水系统管路堵塞，因此不宜采用。

6湿式电除尘器外排水的回用分析

1）湿式电除尘器外排水是加碱中和后的中性水质，唯一增加的是少量的钠盐（主要成分为硫酸钠），而硫酸钠可促进石灰/石灰石的溶解[17]，提高脱硫率和石灰/石灰石的利用率，降低浆液中的浓度，还有利于抑制石膏结垢，因此还往往作为湿法脱硫的添加剂使用[18]，水中其他物质均为从吸收塔携带而来的，其水质本身对吸收塔运行并无危害，但作为氧化空气饱和用水和石膏冲洗水时需兑清水稀释后使用，可直接作为脱硫的制浆或吸收塔补水使用或除雾器冲洗用水，作为脱硫系统任何用水点工艺水使用后必将打破原脱硫系统的水平衡，需对原脱硫系统重新调节水平衡，但无需增加废水处理，可实现大系统的零水耗（此为优选方案）。

2）可用于锅炉排渣用水（此为备选方案）。

3）可排入含煤废水池供煤场用水（此为备选方案）。

4）直接排入电厂水处理车间，处理后回用（此为最差方案）。

7湿式电除尘器给排水技术（灰水循环利用）

综上分析，我们就可以确定湿式电除尘器特有的给排水方式:

湿式电除尘器雾化喷淋水经电场收集至灰斗中，然后由灰斗排至循环水箱，此时的灰水因湿式电除尘器脱除了大量的SO3气溶胶而形成pH值

8结论

通过将灰水循环利用这种独特的给排水方式与湿式电除尘器及其自动控制技术进行有机结合，湿式电除尘器捕集到的灰水由灰水循环利用装置进行中和、过滤（灰水分离）处理，去除灰水中大量的悬浮物后实现了绝大部分（85%以上）灰水的循环利用，系统只需排出少量高浓度的灰水、再补充等量新水即可维持系统平衡。

排出的灰水由于总量减少，可全部由湿法脱硫吸收，用于脱硫浆液的循环，减少湿法脱硫的工艺补水量，减少的这部分补水可直接补充到灰水循环利用装置中，形成“湿式电除尘器———湿法脱硫”大系统的水平衡，使湿式电除尘器的水耗降至零。

同时，不必另外设置污水处理设备，大大降低了投资及运行成本，从而使湿式电除尘器能够在大型燃煤电厂得到广泛应用，降低燃煤电站对环境造成的污染，为湿式电除尘器在国内的发展清除了障碍，提升了我国除尘产品的技术水平，为实现中国的蓝天梦打下坚实的基础。

《环境工程》作者：

郑岩峰，郑岩峰，罗如生，林翔