湿式静电除雾器(WESP).pdf
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1、1、背 景 近 年 , 世 界 各 国 对 环 境 保 护 越 来 越 重 视 , 环境 保 护 标 准 日 趋 严 格 。 受 到 排 放 标 准 的 限 制 , 一 些 发 达 国 家 除 对 烟 气 中 排 放 的 SO2、 NOx及 烟 尘 采 取 有 效 的 治 理 措 施 外 ,微 细 烟 尘 、汞 等 以 气 溶 胶 形 式 存 在 的 污 染 物 的 减 排 已 被 提 到 了 议 事 日 程 。 到 目 前 为 止 , 我 国 燃 煤 锅 炉 绝 大 部 分 都 设 置 了 除 尘 和 脱 硫 装 置 , 其 中 湿 法 脱 硫 工 艺 占 全 部 脱 硫 装 置 的 90%
2、左 右 。其 中 对煤 烟 型 的 污 染 物 排 放 限 制 主 要 为 SO2和 烟 尘 。 湿 法 脱 硫 工 艺 虽 具 有 高 脱 硫 率 、高 可 用 率 等 优 点 ,但 其 存 在 的 固 有 问 题 在 实 际 运 行 中 也 日 益 显 现 出 来 , 主 要 有 : GGH阻 力 大 、 电 耗 高 、 易 堵 塞 , 严 重 影 响 系 统 的 正 常 运 行 ; 无 GGH时 石 膏 固 体 颗 粒 、 水 雾 飘 落 造 成 局 部 影 响 , 白 色 烟 羽 造 成 景 观 污 染 ; 净 烟气 中 SO3对 尾 部 烟 道 和 烟 囱 的 低 温 腐 蚀 ; 脱
3、 硝或 氨 法 脱 硫 等 带 来 的 NH3逃 逸 问 题 ; 未 来对 微 细 烟 尘 ( PM2.5 ) 、 汞 的 排 放 限 制 等 。 由 于 上 述 问 题 得 不 到 有 效 的 解 决 ,对 生 产 企 业 、周 边 群 众 乃 至 环 保 部 门 造 成 了 越 来 越 严 重 的 困 扰 。 湿 式 静 电 除 雾 器 ( WESP )技 术 可 以 有 效 的 解 决 这 些 问 题 。 我 公 司 经 过 多 年 技 术 跟 踪 、实 验 室 及 工 业 试 验 等 研 究过 程 ,开 发 出 了 先 进 的 荷 电除 雾 器 技 术 ,并 进 行 了 多 方 案 工
4、 业 化 设 计 。成 功 地 提 出 了 大 型 湿 法 脱 硫 装 置 存 在 问 题 的 解 决 方 案 ,并 能 够 达 到 多 种 污 染 物 联 合 脱 除 的 效 果 。 在 工 业 生 产 中 ,如 果 气 体 中 含 有 某 种 物 质 的 蒸 汽 ,当 将 其 冷 却 到 一 定 的 温 度 时 ,蒸 汽 会 冷 凝 结 成 液 体 或 固 体 。或 者 气 体 高 速 通 过 某 种 液 体 ,气 体 被 液 体 的 蒸 汽 饱 和 并 夹 带 液 体 飞 沫 。用 荷 电 除雾 器 来 清 除 悬 浮 于 气 体 中 的 微 细 液 体 和 固 体 粒 子 。如 硫 酸
5、 生 产 净 化 清 除 气 体 中 的 硫 酸 雾 。发 生 炉 煤 气 和 焦 炉 煤 气 除 焦 油 雾 ,硫 酸 生 产 的 放 空 尾 气 中 除 硫 酸 雾 。硫 酸 浓 缩 废 气 中 除 硫 酸 雾 。电 厂 废 气 除 硫 酸 和 亚 硫 酸 雾 ,以 及 水 蒸 汽 雾 等 。 WESP早 于 干 式 静 电 除 尘 器 , 在 工 业 领 域 已 有 将 近 100 年 的 应 用 历 史 。近 年 欧 美 发 达 国 家 在 配 套 湿 法 脱 硫 净 烟 气 处 理领 域 ,已 经 取 得 了 多 个 大 型 机 组 WESP多 年 成 功 应 用 的 业 绩 。 此
6、 前 , 在 国 内 WESP主 要 应 用 于 制 酸 和 冶 金 等 行 业 中 脱 除 SO3和 焦 油 。 用 于 发 电机 组 湿 法 脱 硫 净 烟 气 处 理 的 WESP实 例 较 少 且 投 资 较 高 , 大 大 的 限 制 了 其 推 广 应 用 。 2、用 途和 目 的 我 公 司 开 发 的 WESP技 术 主 要 用 途 和 目 的 为 : 取 消湿 法 脱 硫 中 的 GGH , 降 低 脱 硫 系 统 阻 力 和 脱 硫 运 行 的 故 障 率 , 降 低 系 统 电 负 荷 ; 通 过有 效 的 去 除 脱 硫 净烟 气 中 的 SO3和 水 雾 , 延 缓
7、湿 烟 气 对 烟 囱 的 腐 蚀 。 采 取 一 定 组 合 措 施 后 可 完 全 解 决 烟 囱 腐 蚀 难 题 ; 解 决湿 法 脱 硫 中 烟 囱 周 围 石 膏 颗 粒 、 水 雾 飘 落 和 排 烟 浑 浊 的 难 题 ; 进 一步 提 高 SO2的 脱 除 率 ; SO3、 NH3、 微 细 烟 尘 (PM2.5)、 汞 等 多 种 污 染 物 联 合 脱除 , 适 应 未 来 更 严 格 的 排 放 标 准 。 3、 工 作 原 理 与 设 备 部 件 组 成 3.1 工 作 原 理 荷 电 喷 雾 技 术 是 应 用 高 压 静 电 在 喷 头 与 喷 雾 目 标 间 建
8、立 一 静 电 场 ,通 过 不 同 的 充 电 方 法 被 充 上 电 荷 ,形 成 群 体 荷 电 雾 滴 ,然 后 在 静 电 场 力 和 其 他 外 力 的 联 合 作 用 下 ,雾 滴 作 定 向 运 动 而 吸 附 在 目 标 的 各 个 部 位 ,达 到 沉 积 效 率 高 、雾 滴 飘 移 散 失 少 、改 善 生 态 环 境 等 良 好 的 性 能 。 待 处 理 气 体 为 含 有 微 细 尘 粒 , 雾 粒 及 被 液 体 蒸 汽 饱 和 的 湿 气 体 。 为 了 满 足 生 产 工 艺 ,环 境 保 护 , 有 价 金 属 回 收 的 要 求 。 必 须 将 气 体
9、中 的 悬 浮 物 清 除 , 处 理 合 格 后 的 气 体 用 于 下 工 序 生 产 或 排 放 。 各 种 待 处 理 的 气 体 ,由 于 受 到 紫 外 线 照 射 ,高 温 和 放 射 性 副 射 的 作 用 。使 得 每 种 中 性 气 体 中 都 含 有 1-2%的 带 电 分 子 和 电 子 。另 方 面 , 当 这 种 带 有 悬 浮 粒 子 的 湿 气 体 进 入 电 滤 器 电 场 后 ,由 于 在 电 滤 器 的 电 晕 极 线 上 施 加 了 足 够 高 的 直 流 电 压 ,从 电 晕 极 发 射 出 大 量 向 沉 淀 极 高 速 运 动 的 电 子 。在 电
10、 场 力 的 作 用 下 ,高 速 运 动 的 电 子 高 速 撞 击 中 性 分 子 ,从 气 体 分 子 中 打 出 一 个 或 若 干 个 外 层 电 子 ,中 性 分 子 转 变 为 正 离 子 和 自 由 电 子 ,这 些 派 生 的 电 子 在 电 场 作 用 下 继 续 高速 运动 ,撞 击 新 的 中 性 分 子 而 使 其 电 离 , 如 此 迅 速 地 派 生 出 新 的 离 子 和 电 子 ,在 电 晕 极 线 附 近 的 气 体 发 生 雪 崩 式 电 离 , 在 电 极 线 周 围 2mm形 成 电 离 区 。 同 时 ,带 负 电 的 粒 子 和 电 子 向 沉 淀
11、 极 的 运 动 过 程 中 被 过 渡 区 的 雾 粒 捕 集 ,中 性 粒 子 荷 电 并 长 大 ,继 续 向 沉 淀 极 运 动 ,最 后 在 沉 淀 极 沉 积 并 发 生 电 中 和 。 含 有 微 细 悬 浮 粒 籽 的 气 体 , 在 荷 电 除 雾 器中 , 悬 浮 粒 子 受 到 气 体 流 动 的 推 动 力 ,粒 子 本 身 的 重 力 ,电 场 的 电 力 ,粒 子 运 动 的 摩 擦 力 和 电 场 力 的 共 同 作 用 。带 电 粒 子 在 电 场 里 的 运 动 是 在 以 上 几 种 主 要 作 用 力 的 合 力 作 用 下 进 行 的 ,因 此 ,它 的
12、 运 动 速 度 称 为 漂 移 速 度 。对 任 何 具 体 荷电 除 雾 器 ,当 漂 移 速 度 过 小 时 ,倘 若气 体 的电 离 ,粒 子 荷 电 以 及 粒 子 通 过 两 极 间 所 需 要 的 时 间 比 气 体 通 过 整 个 管 长 所 需 时 间 要 长 。悬 浮 粒 子 被 逃 脱 。电 场 产 生 “ 电 晕 闭 塞 ” 。因 此 ,漂 移 速 度 的 大 小 决 定 电 滤 器 的 电 场 气 速 和 除 雾 的 效 率 。漂 移 速 度 的 理 论 值 的 计 算 公 式 如 下 : w =0.11E 2/ 厘米/ 秒 (1) 式中: w 漂移速度,厘米 / 秒
13、 E电场强度,伏 / 厘米 粒子半径厘米 W 漂移速度厘米/ 秒 气体粘度克/ 厘米。秒 (泊) 从上式看出, 粒子的漂移速度与电场强度的平方,粒子的半径成正比, 与气 体的粘度成反比。 电场中任一位单置的电场强度计算式如下: Ex=U/2。3xlg(R/r) 伏/ 厘米(2) 式中:E电场中任一位置的场强,伏/ 厘米 U电晕电极上被施加的电压,伏 x该处距电晕电极的距离,厘米 lg 以 10 为底的对数, R沉淀极的半径,厘米 r 电晕电极的半径,厘米 从上式看出 : 在施加于电极上的电压一定时, 电场强度与粒子距电晕极 的距离,沉淀极半径和电晕极半径之比的对数成反比。也就是增大电晕极的半径
14、 有利电场强度提高。 另外,粒子在电场中向沉淀极漂移运动是由于电场力的作用产生的。而粒子在 电场中所受的力可用下式表示: F=neE 达因(3) 式中: F粒子在电场中受到的力,达因。 n粒子所带元电荷数目 e电子的电荷量, 4.77*10 静电单位。 E沉淀极处的电场强度,静电单位。 当沉淀极接地良好, 沉淀极的场强趋向零时, F=ne。也就是说粒子在电场中 受的力与其荷电量相关。也与沉淀极是否能迅速将电荷移走有关。 综合分析以上三式,对某一特定条件时,漂移速度随施加于电晕电极的 电压升高而增大。 因为电压升高之后, 气体在电离区的电离加快, 粒子可以获得 更多的电荷,所受电场的作用力增大。
15、 另方面,如果改变电晕电极的形状, 提高它发射电子的能力和 扩大电离区有效断面,是提高漂移速度和缩短荷电时间的有效办法之一。螺旋 锯齿电晕极线, 利用尖端放电来增强电离能力, 同时利用形状的变化形成更良好 的非均匀电场和扩大电离区,有效地提高了电滤器的能力。 3.2设 备 部 件 组 成 3.2.1荷 电 喷 雾 装 置 通 过 液 体 输 送 装 置 的 水 泵 将 液 体 传 输 到 雾 化 装 置 ;雾 化 装 置 将 来 自 液 体 输 送 装 置 的 液 体 雾 化 成 液 滴 ;静 电 发 生 装 置 ,其 正 极 和 负 极 之 间 的 直 流 电 压 高 于 60,000伏 ,
16、 供 所 述 液 滴 穿 过 并 因 此 而 带 电 。 在 荷 电 喷 雾 装 置 中 ,液 体 输 送 装 置 可 以 是 任 何 能 将 液 体 输 送 至 雾 化 装 置 的 装 置 , 只 要 该 雾 化 装 置 可 以 将 液 体 雾 化 至 较 小 直 径 的 液 滴 即 可 。 例 如 雾 化 形 成 的 液 滴 直 径 不 大 于 60 微 米 , 优 选 不 大 于 55 微 米 , 更 优 选 不 大 于 50 微 米 。 在 雾 化 装 置 的 出 口 可 以 设 置 一 个 静 电 发 生 装 置 , 正 极 和 负 极 之 间 的 直 流 电 压 高 于60, 00
17、0 伏 , 供 所 述 液 滴 穿 过 并 因 此 而 带 电 ;在 一 个 优 选 实 施 方 案 中 ,所 述 静 电 发 生 装 置 的 正 极 和 负 极 之 间 的 直 流 电 压 优 选 为 80, 000 -150, 000 伏 , 更 优 选 为 100, 000 - 130, OOO伏 , 最 优 选 为 105 , 000 -125, 000 伏 。 3.2荷 电 发 生 装 置 荷 电 发 生 装 置 可 以 通 过 固 定在 雾 化 装 置 的 壳 体 外 侧 或 者 与 雾 化 装 置 结 合 成 一 体 。静 电 发 生 装 置 的 壳 体 优 选 采 用 绝 缘材
18、 料制 成 ,其 正 电 极 或 者 负 电 极 中 的 一 个 连 接 到 一 个 充 电 电 极 。充 电 电 极 可 以 是 一 个 组 合 式 电 极 ,包 括 一 个 圆 环 电 极 和 至 少 一 个 针 式 电 极 ,其 中 针 式 电 极 可 以 由 圆 环 电 极 伸 出 、 沿 圆 环 电 极 的 轴 向延 伸 , 针 式 电 极 可 以为 多 个 , 围 绕 圆 环 电 极 均 匀 布 置 。 优 选地 , 圃 环 电 极 上 具 有 至 少 三 个 针 式 电 极 。 针 式 电 极 进 行 电 晕 放 电 。 圆 环 电 极 的 直 径 稍 大 于 其 相 应位 置
19、的 雾 滴 的 运 动 轨 迹 最 外 侧 处 的 直 径 ;通 常 ,圆 环 电 极 的 直 径 在 3 -50 厘 米 的 范 围 内 ,优 选 10-40厘 米 ,更 优 选 为 15-35厘 米 。本 领 域 普 通 技 术 人 员 可 以 理 解 ,圆 环 直 径 并 不 限 于 上 述 范 围 ,而 是 可 以 作 任 意 变 化 ,具 体 随 使 用 的 条 件 而 变 。针 式 电 极 在 圆 环 的 轴 向 上 沿 着 液 滴 喷 出 的 方 向 向 前 延 伸 ,或 者 向 后 延 伸 ,或 者 朝 向 该 两 个 方 向 延 伸 ,其 长 度 可 以 在 l-15厘 米
20、的 范 围 内 ,优 选 地 在 4-10厘 米的 范 围 内 。组 合 式 充 电 电 极 的 中 心 轴 线 与 雾 化 装 置 喷 出 液 滴 的 雾 化 装 置 出 口 的 轴 线 大 致 重 合 ,优 选 重 合 ; 圆 环 电 极 离 开 雾 化 装 置 出 口 的 轴 向 距 离 可 以在 1 - 30 厘 米 的 范 围 内 变 化 , 优 选 在 5 - 15厘 米 的 范 围 内 变 化 。 3.3处 理 过 程 沉 淀 极 为 板 块 状 收 尘 , 电 晕 极 是 不 锈 钢 钢 丝 , 高 压 电通 过 电 晕极 , 在 空 腔 内 形 成 负 电 , 沉 淀 极 为
21、 正 电 , 带 电 的 尘 粒 ( 焦 油 雾 滴 、 粉 尘 ) 以 一 定 的 速 度 向 正 电 极 移 动 , 达 到 沉 淀 极 后 放 电 , 变 为 不带 电 的 尘 粒 , 借 重 力 落 下 , 由 排 污 管 排 出 。 高 效 : PM2.5 颗 粒 物 去 除 率 85 95%; 出 口 粉 尘 可 实 现 10mg/Nm3 和更 严 格 的 排 放 标 准 ; SO3酸 雾 去 除 率 80 98%, 经 烟 囱 排 放 的 湿 烟 气 腐 蚀 性 大 幅 降 低 ; 重 金 属 等 多 种污 染 物 的 综 合 减 排 。 可 极 大 地 提 高 烟 气 排 放
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