内蒙古京隆发电有限责任公司（以下简称京隆公司）2×600 MW直接空冷机组采用电除尘和布袋除尘方式，1号机组有5个除尘场，1号、2号为电除尘场，3号、4号、5号为布袋除尘场；2号机组5个除尘场均为电除尘场。

2台机组投运至今，烟囱排放的烟尘质量浓度较大，在现有的运行调整技术下，排放烟尘质量浓度最小为20 mg/m³ 左右（2号机组高于1号机组）。在集控DCS画面查看1号、2号机组烟气除尘数据，如图 1所示。1号、2号机组排放的烟尘质量浓度虽然达到了国家排放标准（不高于30 mg/m³），但也对设备的安全运行产生了极大的影响^[1]：首先，烟尘质量浓度大会使脱硫浆液变质，而浆液品质直接影响脱硫系统的脱硫效率；其次，烟气换热器（Gas GasHeater，以下简称GGH）是石灰石—石膏湿法烟气脱硫工艺中最重要的设备，而烟气烟尘质量浓度的增大也提高了GGH换热元件的堵塞概率，若GGH发生堵塞，差压将由正常时的440 Pa增至1500 Pa，严重影响引风机和脱硫增压风机的安全运行，甚至会被迫停机。

图 1

图 1 改造前1号、2号机组烟尘质量浓度对比曲线

随着环保要求的不断提高，国家能源局华北监管局提出了《关于对京津唐电网燃煤机组超低排放实施奖励办法的建议》，若火力发电厂烟气排放达到燃气轮机排放标准，即烟尘质量浓度不高于5 mg/m³，将会得到150 h的年利用小时数^[2]。而京隆公司在进行除尘器设备设计选型时，没有考虑更高的环保要求。

为了解决烟尘质量浓度过大给设备带来的危害，同时考虑到现阶段的环保奖励政策，京隆公司决定进行除尘器改造。

新型湿式电除尘器（Wet Electro Static Precipi⁃tater，以下简称WESP）基本结构如图 2所示。WESP对粉尘的捕集原理与ESP（电除尘器）相似，但清灰方式有所不同，它是用1套喷淋系统取代振打系统，直接将水雾喷向电极和电晕区，水雾在芒刺电极附近形成强大的电晕，在电场内荷电后分裂、进一步雾化；在电场力的作用下，荷电水雾相互碰撞拦截、吸附凝并，对粉尘粒子进行捕集。WESP是通过喷淋系统在阳极板上形成连续而均匀的水膜进行清灰，无振打装置，流动水膜将捕获的粉尘冲刷到灰斗中随水排出。由于取消了振打，从而避免了二次扬尘；同时电场中有大量饱和水汽，可以大幅降低粉尘比电阻，提高除尘器电场的运行电压，因而可以达到更高的收尘效率，实现接近零排放^[3]。其原理如图 3所示。

图 2

图 2 WESP结构示意图

图 3

图 3 WESP设计原理示意图

3 除尘器改造方案

京隆公司对欧美和日本等发达国家WESP的应用情况进行了调研，发现WESP能够显著降低烟囱排放的烟尘质量浓度，去除烟气中石膏、微细粉尘和SO₃的效果非常明显。岱海发电厂于2014年开始应用WESP，烟囱排放的烟尘质量浓度可控制在5mg/m³以下。经分析研究后，京隆公司决定将2号机组电除尘器更换为WESP^[4]。具体改造方案如下。

在湿法脱硫系统后增设1台WESP，由双列双室两电场构成，占地面积约45 m×25 m。根据现场条件，新增设的WESP可布置在烟囱、吸收塔和干式除尘器出口汇流烟道之间，烟气从脱硫吸收塔出口引入WESP入口，再由WESP出口引至GGH，然后通往烟囱的烟道（如图 4所示）。增设的WESP可同时收集湿法脱硫系统带出的石膏液滴，彻底解决石膏雨问题。其主要参数见表 1所示。

图 4

图 4 烟气流向示意图

表 1

表 1 2号机组WESP除尘器设计参数

表 1 2号机组WESP除尘器设计参数

4 改造措施 4.1 极配形式

极配装置包括阳极板、阴极线，具体形式见图 5。为避免电晕封闭，阴极线采用放电能力较强的尖端放电电极。为使阳极板上的电场强度分布均匀，每块阳极板对应4根阴极线。

图 5

图 5 WESP的极配形式示意图

4.2 极板设计

WESP布置在湿法脱硫系统后，进入WESP的烟尘主要是以SO₃为主的气溶胶、石膏液滴及难以收集的大量PM10以下的微细粉尘。在WESP工作过程中，被捕集的水滴和粉尘在整个收尘极板上形成连续向下流动的水膜，从收尘极板上流到灰斗中，然后通过灰斗排出，从而达到净化烟气的作用。除尘器在长期运行后，易发生腐蚀^[5]、液结（尤其是极板部位）。因此极板表面形状、材料选择显得尤为重要。京隆公司采用专用的位于湿法脱硫装置后的WESP收尘极板，而岱海发电厂采用板宽818 mm即可达到超低排放，因此改造方案也选用同型号材质。防风沟为封闭型，以避免灰水进入造成酸腐蚀，因此极板选用防腐合金钢制作。

WESP包含分布板、电场内部件和除雾器。分布板位于进口喇叭后，使进入电场的气流分布均匀；除雾器位于出口喇叭前，用于拦截烟气中的雾滴。烟气从进口喇叭进入，经分布板均流后进入电场，经历荷电与收尘后由除雾器拦截烟气中的残余雾滴，最后净烟气由出口喇叭排出。因此WESP的喷淋冲洗系统包括分布板冲洗管路、电场冲洗管路与除雾器冲洗管路，其中电场冲洗管路又分为间断冲洗与连续喷淋2种（见图 6）。各分管路与总管路均有阀门控制，可对各段管路的水压和水量进行调节。各阀门组件既可手动控制，又可采用程序自动控制。

图 6

图 6 WESP喷淋冲洗系统结构示意图

喷淋冲洗系统的喷嘴布置通过试验确定，以实现喷淋分布均匀，不留死角^[6]，且雾化效果好，用水量少。

京隆公司2号机组采用WESP运行5个月后，通过集控DCS画面曲线（见图 7）可以看出，烟尘质量浓度能达到不高于5 mg/m³的环保要求，而且在不同负荷下燃用准煤，烟尘质量浓度均能满足要求（如表 2所示）。

图 7

图 7

表 2

表 2 不同负荷下2号机组WESP运行参数

表 2 不同负荷下2号机组WESP运行参数

5.1.2 GGH差压明显降低

经过5个月的试运行，GGH差压最大值由原来的1500 Pa 降至830 Pa 左右，且持续稳定，缓解了GGH换热元件的堵塞情况，保证了GGH的安全稳定运行。

5.1.3 引风机耗电率增加

虽然2号机组除尘器改造达到了预期的排放标准，但随之也带来引风机耗电率增加的问题；由于WESP位于湿式脱硫装置之后，因此增加了烟气的流动阻力，引风机在600 MW满负荷下，改造前动叶执行机构开度为73%，耗电率为0.8%；改造后动叶执行机构开度增加至79%，耗电率为0.89%，厂用电率也随之增加。

改造后，京隆公司2号机组烟尘质量浓度达到了国家超低排放标准，并得到了燃煤机组排放标准奖励的150 h年利用小时数，折合电量180 GWh，直接经济效益可达2841.65万元（已扣除燃煤及厂用电损耗成本）；预计3 a内经济效益将达到8524.95万元，扣除基建投资3500万元与日常维护费用200万元，收益高达4824.95万元，为企业带来了可观的经济效益。6 结束语

京隆公司2号机组采用WESP后，能够有效脱除PM10以下微细粉尘和气溶胶、改善烟囱透明度，PM10以下微细粉尘去除效率达到90%以上，烟尘质量浓度可有效控制在5 mg/m³以下^{[6, 7]}，改造实现了良好的经济效益和环保效益。改造方式为其他同类型机组提供参考。