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日本湿式静电除尘技术考察报告


日本湿式静电除尘技术考察报告

2011 年

日本湿式静电除尘技术考察报告

日本湿式静电除尘技术考察报告

近年来随着火电装机容量不断增长,排放污染物的总量增加对大气环境造成了很 大压力,为落实国家的科学发展观,新颁布的火电厂污染物排放标准 (GB13223-2011) 将于 2012 年 1

月 1 日正式实施。对于地处污染物重点控制的长三角地区,并以火力发 电厂为主业的集团,必产生巨大影响:新建机组必须根据新标准进行设计,提出降低污 染物排放及消除石膏雨问题的新办法、新工艺;集团公司现有机组因原设计标准较低以 及实际燃用煤质变差等原因,粉尘排放水平普遍达不到新标准的要求,而且机组脱硫改 造后由于吸收塔后烟气中携带石膏液滴量较大, 在未设置 GGH 的部分机组容易出现石膏 雨现象,迫切需要采取有力措施,消除石膏雨的影响。 因此技术中心开展了科技项目:湿式静电除尘技术应用可行性研究。而日本对火 电厂的大气污染物排放有较高的标准,且有成熟的环保技术,所使用的湿法静除尘技术 已在日本国内大型燃煤电厂有 20 年的使用业绩,同时日本三菱和日立公司也是湿式静 电除尘器的主要设计和制造厂家。作为该研究的一个环节,技术中心组织了本次赴日考 察。考察组人员组成详见附件 1,考察的内容主要包括:湿法静电除尘技术原理、三菱 重工机电系统公司的湿法静电除尘器技术与应用、 日立工业设备技术公司的湿法静电除 尘器技术与应用等。 考察组于 2011 年 11 月 27 日至 12 月 3 日期间,考察组重点对日本三菱重工机电 系统公司, 日立工业设备技术公司, 日立公司松本技术中心, 日本中部电力碧南电厂 (2 ×1000MW,3×700MW 机组)等。考察期间,考察组与三菱重工和日本日立公司技术人 员就湿式静电除尘技术工作原理、影响除尘效率的主要影响因素、关键部件材料选择、 湿式除尘的用水量及水处理以及运行可靠性和存在问题等进行了交流。 所考察的相关公 司的主要情况详见附件 2。在日立公司考察期间还对日立公司的转动电极电除尘技术进 行了了解(日立公司的转动电极除尘器简介见附件 3) 。 通过国外实地技术考察和参观, 考察组成员对湿式静电除尘技术在燃煤电厂应用的 现状和发展状况有了直观的了解, 对湿式静电除尘技术的除尘效果和在防止石膏雨形成 中能起的作用有了更为深刻的认识。
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一、湿式静电除尘器原理简介 湿式静电除尘器的主要工作原理与干式除尘器基本相同,即烟气中的粉尘颗粒吸附 负离子而带,通过电场力的作用,被吸附到集尘极上;与干式电除尘器通过振打将极板 上的灰振落至灰斗不同的是, 湿式电除尘器将水喷至极板上使粉尘冲刷到灰斗中随水排 出。原理图如下

湿式静电除尘器的主要结构与干式静电除尘器基本相同,包括:进口喇叭、出口喇 叭、壳体、放电极及框架、集电极绝缘子、喷嘴和管道以及灰斗等。结构图如下:

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湿式静电除尘的冲洗水系统主要包括:循环水箱、循环水泵、废水箱、废水泵、碱 液箱、加碱泵,滤网和原水供应管道等,典型流程如下图所示:湿式电除尘的冲洗水包 括循环水和原水补水,从集电极流下的水在灰斗收集进入废水箱内沉淀下来,上层澄清 水作为循环水回用,由循环泵打入湿式电除尘里进行喷淋,沉淀在底部的废水作为脱硫 工艺水或排放到废水处理厂。循环水中还有加碱的一些设施,以中和冲洗水中溶解烟气 中的 SO3,避免与水接触的部件产生严重的酸腐蚀。

湿式静电除尘器相比干式静电除尘器的主要技术特点 ? 利用喷水对集尘极清洗可使放电极和集尘极始终保持清洁,有效消除反电晕现 象的发生,提高单位面积的集尘效率,在相同条件下达到更低的排放浓度; ? 因取消了振打,避免了粉尘在振打过程中的二次扬尘,特别适合于出口要求低 粉尘浓度的场所 (目前除尘器出口最低的粉尘浓度可达到 1mg/Nm3 以下水平) ; ? 在水中加入碱(NaOH)以中和烟气中 SO3 形成的酸,喷嘴、极板和极线均采 用不锈钢材料,可有效防止严重腐蚀的发生; ? 流经喷嘴的循环水流量不随机组负荷变化而变化,水量基本保持不变,循环水 的补水量与烟气中含尘量呈线性关系。 二、 三菱湿式静电除尘器技术 三菱湿式静电除尘器从 1975 年开始应用, 最早是用于处理化工厂的重油锅炉产生的 烟气。目前用于处理锅炉后烟气共有 25 台套投入运行,其中燃煤锅炉为碧南 700MW 机组锅炉。业绩表如下:

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三菱湿式静电除尘器的主要技术特点 ? 采用雾化效果良好的喷嘴,在冲洗时放电极和集尘极同时通电,可保证不产生 有害放电现象。 ? 放电极采用特殊形状和安装方法,不会因振动或腐蚀而损坏。 ? 对喷嘴排列形式和集尘极板型式进行优化,可保证对极板最佳的清洗效果,同 时喷出的雾化水,可以对烟气中粉尘和石膏雨微液滴有一定的洗涤作用。 三菱湿式电除尘技术的主要问题 ? 除尘原理与普通电除尘原理相同,喷淋水仅对集尘极板表面进行清洗作用,提 高了集尘效率,但是因除尘面积较小单一电场的除尘效率在 70%左右,一般采 用 2 电场时除尘效率在 90%左右。 ? 循环水需加入 NaOH 进行中和,如果烟气中 SO3 含量较高时,NaOH 加入量相 应增大,运行成本增加,同时废水排入脱硫系统后也将加重脱硫废水处理负担。 ? 湿式电除尘器壳体内表面鳞片衬里耐温只能达到 120~140℃水平。 ? 喷嘴、滤网为易损件,更换周期较短。三菱提供数据为喷嘴的寿命在 5~10 年。 还增加了循环水泵、废水泵和加碱泵等转动机械,运行和维护费用较干式除尘 器高。

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三菱湿式电除尘器的系统图: 三、 日立的湿式静电除尘技术 日立的湿式静电除尘器于 2001 年开始应用于中部电力的碧南电厂 4、5 号 1000MW 机 组上,日立的湿式电除尘技术与三菱重工基本一致,只是在喷嘴型式和布置方式、放电 极的形式、集尘极板的形式上有所不同外,其最大的差异就是极间距较小只有 300mm, 在对放电极进行水冲洗时必须要断电。 日立湿式静电除尘器的主要技术差异: ? 放电极采用带芒刺片的钢管制成,集尘板采用大平板设计,极间距 300mm。 ? 集尘极与放电极的喷淋水由不同管道提供,在电除尘运行过程中集尘极一直保 持喷淋状态,而放电极一般一天只喷淋一次,放电极喷淋时电除尘需暂时停电 几分钟。 ? 集尘极喷淋的喷嘴在设计上指向性较强,可避免将水喷淋到放电极上,对烟气 的洗涤作用较三菱喷淋方式较弱。 ? 湿式电除尘中的烟气流速较高, 达到 3.6m/s 左右, 除尘效率较低只有 60~70%。 ? 日立湿式电除尘器的壳体、喷嘴、放电极和集尘极等与烟气和水接触的部件均 采用 SUS317 耐蚀不锈钢制作,基本上不会腐蚀现象发生。

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四、名古屋 cosmo 炼油厂自备电厂湿式静电除尘器应用情况 名古屋 cosmo 炼油厂为三菱化学控股集团下属炼油厂, 其自备电厂为一台燃用重油的 250MW 机组,于 2009 年投产,其锅炉排放的烟气处理装置主要包括:SCR+烟气喷氨除 SO3 装置+2 电场干式静电除尘器+FGD+湿式静电除尘器。因燃用的重油含硫量很高,在 SCR 后烟道内加装了喷氨装置以除去部分 SO3,同时其 FGD 装置的吸收塔以及浆液循环 泵等设计相应加大,与国内 600MW 机组脱硫系统相当,以除去烟气中高含量的 SO2。安 装在 FGD 后的除尘器是日本三菱公司产品, 为 2 电场湿式静电除尘器, 占地长度为 9.32 米,投用后运行情况良好,未出现故障,其出口排烟温度为 50℃左右,粉尘排放浓度 长期在 1 mg/Nm3 左右,运行过程中,循环水补水量 10t/h 左右,同时加入的 NaOH 量很 少。因烟囱出口温度较低,烟囱出口有少量的水汽凝结现象,从厂区周围环境来看也没 有出现石膏雨现象。 五、碧南电厂湿式静电除尘器应用情况 碧南电厂 1-3 号机组为超临界 700MW 机组,4-5 号机组为超临界 1000MW 机组,设 计煤种为灰份 10%左右的高发热量无烟煤;烟气排放处理方式为:1-3 号机组采用锅炉 出口+SCR+干式静电除尘器+烟气换热器+FGD+湿式静电除尘器+烟气换热器的方式,4-5
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号机组采用锅炉出口+SCR+烟气换热器+2 电场固定电极和 1 电场转动电极的干式电除尘 器+FGD+湿式静电除尘器+烟气换热器的方式, 其中烟气换热器主要用高温烟气加热脱硫 后的低温烟气提高排烟温度,使烟囱出口处烟气温度达到 90℃左右,因烟气内含尘量 极低且排烟温度高无水蒸汽凝结,烟囱排放的烟气基本透明。

碧南发电厂 4-5 号机组烟气排放处理流程: 碧南电厂 5 台机组均在湿式脱硫系统后设置湿式静电除尘器, 其中 1-3 号机为三菱 重工产品,分前后二电场,壳体为鳞片衬里,喷嘴、极板和极线均为 SUS316L 不锈钢, 总的长度 12.44 米。4-5 号机为日立公司产品,只有一个电场,壳体、喷嘴、极板和极 线均采用 SUS317 耐蚀不锈钢,长度在 9 米左右。投产后运行情况良好,排放烟气中粉 尘浓度长期保持在 2-5 mg/Nm3 水平,在煤质较好情况最低达到 1 mg/Nm3,运行十五年 来,经介绍壳体和内件未发生严重的腐蚀问题。运行过程中循环水流量在 80~100t/h 左右,循环泵为 45KW,每台机组补水量为 35t/h,每台机组每天消耗 20%的 NaOH 溶液 100~500Kg(根据煤中含硫量不同) 。 碧南电厂污染物排放情况 项 目 机组 1-3 号机 NOX 4-5 号机 1-3 号机 4-5 号机 保证值 <30ppm <15ppm <28 ppm <25ppm
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实测值 800ppm(锅炉出口) 871ppm(锅炉出口) 150 ppm(锅炉出口) 150 ppm(锅炉出口) 20g/Nm (锅炉出口)
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28 ppm(FGD 出口) 25 ppm(FGD 出口) 30ppm(SCR 出口) 15ppm(SCR 出口) 电除尘出口 150 mg/Nm FDG 出口 17.5 mg/Nm3
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SOX

1-3 号机 <5mg/Nm

烟尘

湿式电除尘出口 5 mg/Nm3 4-5 号机 <5mg/Nm3 20g/Nm3(锅炉出口) 电除尘出口 30mg/Nm3 FDG 出口 7.1 mg/Nm3 湿式电除尘出口 5mg/Nm3
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六、主要结论 湿式静电除尘器主要优点: ? 湿式静电除尘器在日本已有 30 年以上的应用历史。 日本中部电力碧南电厂五台 机组,将湿式静电除尘器布置在湿式脱硫系统后,其排放浓度长期稳定在 2-5 mg/Nm3,远低于日本国家标准和新国标的要求,表明湿式静电除尘器能高效地 除去烟气中的烟尘和石膏雨微液滴。 ? 湿式静电除尘器冲洗水对烟气有洗涤作用,可除去烟气中部分 SO3 微液滴,虽 然 三 菱 和 日 立 公 司均无 法 提 供 具 体 除 去率, 但 是 冲 洗 水 中 必须加 入 碱 液 (NaOH)以中和水中酸性,也表明部分 SO3 液滴被捕获后进入水中。 ? 湿式静电除尘器布置在湿法脱硫后,脱硫后的饱和烟气中携带部分水滴,在通 过高压电场时也可捕获并被水冲洗走,这样可降低烟气中总的携带水量,减小 石膏雨形成的几率。 ? 从日本电厂运行情况, 湿式静电除尘器可以将进口烟尘浓度从 17.5mg/Nm3 降到 5 mg/Nm3, 这些烟尘主要是 PM2.5 范围内的微尘。表明湿式静电除尘器可有效 地除去 PM2.5 微尘。 湿式静电除尘器主要缺点: ? 湿式静电除尘器冲洗水采用闭式循环,但是因水中含尘量增加,需不断补入原 水,排出废水,废水量与烟气中含尘量呈线性关系。废水一般回用到脱硫系统, 但是废水量过大必将增大脱硫系统水平衡的困难,同时增大电厂制水和废水处 理设备的投资和运行费用。 ? 湿式静电除尘器布置在脱硫系统后,循环水箱和水泵等均可布置在电除尘器下 部,总占地面积不大,对于新建机组总平面布置的影响不明显,但是对于已投 产的老机组可供改造有场地有限,场地布置将成为一个主要问题。 ? 湿式静电除尘器目前在大型燃煤机组上应用业绩较少,对于国内脱硫系统后粉 尘浓度较高的实际情况,其适应性还有待实际应用的检验。 ? 湿式静电除尘器虽然原理和结构并不复杂,但是因阳极板和芒刺线、喷嘴等接 触烟气的部件大量采用耐蚀不锈钢材料;而且其技术未大规模投入生产,所以 单个产品的技术成本较高,设备投资费用要高于普通静电除尘器(具体费用制 造厂未作明确的答复) 。同时运行过程中除了除尘器本体消耗的电量外,辅助的
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循环水泵等还将消耗部分电量, 冲洗水中添加的 NaOH 溶液也将提高运行成本, 喷嘴更换和泵的维护也增加了额外费用,因此湿式静电除尘器的总运行成本也 将高于干式除尘器。

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附件

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附件 2 考察公司情况简介 1. 三菱重工机电系统公司概况 三菱重工机电系统公司前身最早于 1968 年成立,在 2009 年由神菱技术服务公司、 三菱重工环境工程公司、三菱重工地下机械公司合并成立,设计和制造部门位于三菱重 工神户造船厂内,业务主要涵盖火电厂化学制水和废水处理、除尘设备、大型地下盾构 系统以及电气电子综合技术等。 三菱重工机电系统公司是日本国内最大的电气除尘器生产厂家,三菱重工最早于 1964 年开始生产电气除尘器,目前共制造除尘器 1498 套,其中海外有 284 套。1980 年 以后三菱重工向中国宝山钢铁自备电厂、华能大连、福州和珠江电厂提供静电除尘器。 三菱重工静电除尘器的主要特点:阴极线采用芒刺线、极线悬吊机构可靠性高、阴极采 用顶部传动侧向振打、阳极采用底部振打、电源可采用高频电源供电方式。 2. 日立工业设备技术公司概况 日立工业设备技术公司创建于 1929 年,主要业务包括:社会基础设施系统、机电 产业系统、空调系统、能源系统的开发等。 日立的电除尘器于 1979 年开始投入运行,目前主要生产固定电极电除尘、转动电 极电除尘、湿式电除尘器以及组合式电除尘。 3.日本中部电力碧南发电厂概况 日本中部电力碧南发电厂 1、 2、 3 号 700MW 机组分别于 1991 年 10 月、 1992 年 6 月 和 1993 年 4 月先后投入商业运行,4、5 号 1000MW 机组于 2001 年 11 月和 2002 年 11 月投入商业运行。现有职工 183 人。碧南电厂装机总容量为 510 万 KW。 碧南电厂机组设备概要 项 目 1 号机组 700MW 41.6% 2 号机组 700MW 41.6% 3 号机组 700MW 41.9% 4、5 号机组 1000MW 42.0%

额定出力 机组热效率 锅炉型式 锅炉主要设备 额定蒸发量 制造厂 型式 汽机主要参数 主汽压力

一次再热超临界锅炉 2300t/h 2300t/h 2300t/h 3050t/h

三菱重工 日本日立

IHI(石川岛)

单轴 4 缸 4 排汽 24.1MPa
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目 主/再热汽温 制作厂家 发电机型式

1 号机组

2 号机组

3 号机组 538/593℃ 三菱

4、5 号机组 566/593℃ 东芝

538/566℃ 东芝 日立

旋转励磁水氢氢发电机

碧南电厂有关图片:

碧南电厂全景图

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碧南电厂炉后烟气处理装置全景

湿式静电除尘器全景

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湿式电除尘器下部

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附件 3 日立的转动电极电除尘情况简介 日立公司于 1981 年开始在普通电除尘的最后一个电场安装转动电极,目前共生产 了 49 台套转动电极电除尘器,其中燃煤锅炉烟气处理有 27 台。2011 年国内江苏句容 电厂 1000MW 机组也采用了日立公司的转动电极电除尘技术, 目前正在设计供货阶段。 2000 年以后的业绩如下: 日立公司 2000 年以后转动电极电除尘应用业绩(燃煤锅炉) 序 号 处理 项目单位 用途 气体量 (Nm3/h) 北陆电力(株) 敦贺发电所 中部电力(株) 碧南火力真发电所 北海道电力(株) 苫东厚真发电所 中部电力(株) 碧南火力真发电所 冲绳电力(株) 金武火力真发电所 九州电力(株) 苓北发电所 宇部氨工业(有) 2 号燃煤锅 炉 4 号燃煤锅 炉 4 号燃煤锅 炉 5 号燃煤锅 炉 2 号燃煤锅 炉 2 号燃煤锅 炉 燃煤锅炉 2,038,000 气体温 度(℃) 出口粉尘浓 度 (mg/Nm3) 70 投用 年份

1

90

2000

2

2,884,200

99

30

2001

3

2,155,000

87

39

2002

4

2,884,200

99

30

2002

5

679,900

149

70

2003

6 7

2,110,000 180,000

89.7 150

100 50

2003 2004

转动电极的原理:转动电极作为常规电除尘器的改进技术,其收尘原理完全相同。如 下图,转动阳极板在驱动轮的带动下缓慢地上下移动,附着在极板上的粉尘随极板转移 到非收尘区域,被正反两把转动清灰刷刷除,粉尘直接刷落于灰斗中,最大限度地减少 二次扬尘。由于集尘极能保持清洁状态且粉尘在灰斗中被清除,有效克服了困扰常规电 除尘器对高比电阻粉尘的反电晕及振打二次扬尘等问题,大幅度提高了除尘效率。

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转动电极的主要优势和弱点 主要优势:转动电极电除尘器能够基本消除二次扬尘,避免因阳极板积灰引起的反电 晕,实现电极优化匹配,因此可以取得更高的除尘效率;一个转动电极电场能够发挥 2 个以上电场的作用,既减小了建设占地又节约了除尘功耗,再加之它消除了反电晕,因 此可以显著地减小用电量,实现节能;转动电极特别适合于老机组电除尘器改造,在很 多场合,只需将末电场改成转动电极电场,不另占场地。 主要弱点:转动电极相比常规电除尘器转动部件较多,发生故障的可能性相对较大; 转动电极的电场比常规电除尘器少,如果有电场发生故障退出运行,对除尘效率影响较 大,对其后的脱硫系统运行造成不利影响;转动电极上的链条、链轮长期在高粉尘环境 里运行,存在磨损问题;极板在清灰过程中与清灰刷摩擦较大,清灰刷与极板间的间隙 容易变大,目前的生产厂家虽然设计有调整装置,但需要除尘器停运时进行调整;与常 规电除尘相比,极板和清灰刷驱动电机消耗额外的电功率。

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