湿式静电除尘器要点.docx
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湿式静电除尘器要点.docx
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湿式静电除尘器要点
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20ppmvd(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5~10ppmvd,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0.005grains/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
干式静电除尘器
进气流量
634000360。
F交流电磁场检测下
捕集效率
97%
烟气脱硫装置
二氧化硫去除率
90%
前置洗涤器/急冷器
文丘里式,下流/平行
塔气速
9英尺每秒
雾气去除器
分两步运行,V型
气体加热器
175F管路串联式蒸汽加热
亚硫酸钙盐的氧化
在用排出的污水密封的不同塔中进行
湿式静电除尘器
气速
7.7英尺每秒
处理时间
4.2秒
30到100
捕集率
98.7%(包括酸雾)
排放最低标准
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
喷淋水管
阴沟
收集板
放电电极
气流
气流
输出电流输出电压
图表2:
电流电压数据表
单元B1
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1ppmvd@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
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