湿式静电除雾器(WESP)详解

1、* 公 司 吨 锅 炉荷电除雾器技术方案投标单位：联系人：唐山市哈罗环保设备有限公司期 ： 2014 年 5 月 18 日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SQ、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%左 右 。其 中 对煤 烟型 的 污染 物排放限制主要为SQ和烟尘。湿 法 脱 硫 工 艺 虽 具 有 高 脱

2、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 ；脱硝或氨法脱硫等带来的NH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

3、 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

4、雾 器 来 清 除 悬浮于气体中的微细液体 和固体 粒 子。如硫酸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。此前，在国内WESPi要应用于制酸和冶金等行业中脱除SQ和 焦油。用于发电机组湿法脱硫净烟气处理的WES改例

5、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WESPg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 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

6、 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 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

7、。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

8、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 2p / 以厘米/秒（1）式中：w-漂移速度，厘米/秒E电场强度，伏/厘米p 粒子半径 厘米秒（泊）W

9、F漂移速度厘米/秒气体粘度 克/厘米从上式看出，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 一电场中任一位置的场强，伏/厘米U一电晕电极上被施加的电压，伏x一该处距电晕电极的距离，厘米lg 一以10为底的对数，R沉淀极的半径，厘米r 一电晕电极的半径，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 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。

10、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一粒子在电场中受到的力，达因。n一粒子所带元电荷数目e一电子的电荷量，4.77*10静电单位。E一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。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

11、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，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

12、电发生装置，正极和负极之间的直流电压高于60, 000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犬,最优选为 105, 000 -125 , 000 伏。1.2 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

13、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，周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 1-15 厘米的范围内，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

14、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。1.3 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8595%; 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洁净度，减小烟囱尾羽。1.4 WES

15、P与ESP的原理、部件构成及区别其工作原理及部件构成与干式静电除尘器（ESP）相近。WESP由电 晕线（阴极）、沉淀极（阳极）、绝缘箱和高压直流供电电源组成。接通 高压直流电源后，在两极之间形成了非均匀高压静电场。在电场的作 用下，电晕线周围产生电晕层。电晕层中的空气发生雪崩式电离，从 而产生大量的负离子和少量的阳离子，这个过程叫电晕放电。烟 气 进 入 电 场 荷 电 区 时 ，酸 雾 烟 尘 等 颗 粒 被 荷 电 。荷 电 后 的 酸 雾 烟 尘 等 颗 粒 静 电 凝 聚 作 用 加 强 ，粒 径 增 大 ，荷 电 量 增 加 ，在 电 场 力的作用下迅 速抵达阳极 （沉淀极 ）。大量

16、的酸雾颗粒不断地被驱向阳 极 ，同 时 迅 速 释 放 电 荷 ，从 而 达 到 酸 雾 烟 尘 等 气 溶 胶 微 粒 与 烟 气 分 离的目的。与ESP不同点主要为：WESP工作在饱和湿烟气环境；WESP采用水力连续消灰，不会产生二次烟尘飞扬问题；WESP体积小、投资省、便于布置。4 结构与布置形式根据工程特点，吸收塔内保留一级或二级机械除雾器，WESP本 体可选择吸收塔内整体布置或塔外分体布置方式；采用模块化设计，可以根据环保排放要求，选择设置一级或二 级WESP串联；阳极板采用柔性膜材质，降低投资 减少设备重量。也可采用 导电玻璃钢作为沉淀极；烟气处理流速高，与典型湿法脱硫逆流 吸收塔

17、结合，设备体积小 布置灵活，并实现协同多脱效果。5 设备运行效果及性能参数SO3 酸 雾 去 除 率 ： 80% 95%；水雾去除率： 95%）;烟尘去除率： 95%;排烟不透明度： 10%;汞 去 除 率 ： 70% 90%；NH排放浓度：& 2mg/m3 （满足排放标准）。WES性体压降：约300Pa ;用 电率 ： 约 占机组 发电容量的 0.1%。6 、 设 备 应 用 领 域 及 效 果适用于所有湿法脱硫新建和改造项目。WESP应用的直接效果：可 有 效 去 除 SO3、 NH3、 微 细 粉 尘 （PM2.5） 、 细 小 液 滴 、 汞 等 重 金 属 。 去 除 效 率

18、 可 达 90%以 上 。可大大降低烟气的不透明度（浑浊度）。WESP应用的间接效果：基本上解决了湿法脱硫带来的问题。可以完全省去GGH系统，大大节省投资、降低厂用电率。SO3 和 水 雾 的 大 量 去 除 ， 原 则 上 可 以 省 去 烟 囱 防 腐 。大大提高了脱硫装置的可用率。可以满足更高的环保要求。结构比较（ 一） 电晕电极 : 又称放电极和负极。国内的电源均采用负极为电晕极， 根据电的性质，电流是从导体的表面通过。所以导体的表面积影响电流的通量， 表面积大其单位时间内所通过的电流量亦大。 这与我们经常选择使用电线的截面积大小是同一道理。 直径大的极线周围的电离区截面积也大。 电晕

19、极的形状和大小，直接影响电子的矢放， 电离的程度。以下就电晕极的演变进行比较。(1) 光滑园形电晕极线:最早使用的是直径为2.5mm的钢丝做电晕极线。在沉淀管内的电力线分布是放射性的。满足电晕放电的条件。所采用电场气速为 0.5m/s 左右。但是人们发现， 当待处理气体中的悬浮粒子较多或者速度较高时， 除雾效率下降， “电 晕闭塞”的现象很频繁。人们开始思索原因和寻求解决的办法。(2)钢丝包铅正方形电晕极线：这种极线是采用直径2.5mm的钢丝外包铅材，外形6*6mm方形。它有四条棱角，放电能力和电离区都比第一种增大了。因此，在与第一种电晕极线相同的条件下，电滤器的处理 能力提高。同时也解 决了

20、耐腐蚀的问题。(3) 钢丝包铅六棱电晕极线： 人们根椐方形极线探索的思路， 开发了所示的六棱电晕极线。其外形的外切园直径有6mmF口 10mmW种。这种线与第二种线的区别是六条棱更锐利， 六棱的棱与棱之间的空间也成为电离区。这种电晕极线是目前国内使用最普遍的一种。它的电场气速以 0.6m/s 0 . 8米/秒为最佳。 生产实践中发现当处理气体中的尘雾含量高时， 电晕极线上容易沉积尘埃(结大肠 ) 。当电场的负荷加重时，还是较容易发生“电晕闭塞”。另方面，生产系统大型化， 低生产强度设备林立和气体分布不均的矛盾， 人们尝试改变设备部件的结构，提高设备的生产能力。(4) 螺旋形锯齿电晕极线：人们试

21、图应用尖端放电的原理，开发出一种放电能力强，又是连续的非均匀的电场。 据出国考察的同志介绍 : 鲁奇公司曾做过盲刺形和铅锯齿形电晕极线试验，铅锯齿因齿尖容易钝化，该两种极线都没有推广使用。二十世纪90年代初，南化研究院开发并推广钛螺旋锯齿形电晕极线(2)(6) ，它具有四条连续放电棱和放电很强的齿尖。 因此， 它的抗粘附和抗电晕闭塞能力都很强。 电场气速国内己实际达到 1.2m/s 。如抚顺石油二厂，恭城冶炼厂，锌泉公司等。但是，由于硫酸生产的气体成分和腐蚀形态复杂， 另外， 也由于一些制造商不注意用材的选择，理念的错误，导致一些电晕极线被腐蚀。用户担心极线被腐蚀不敢用，制造商怕赔偿不敢推荐。

22、又回到采用低气速，六棱铅极线。这样，设备管数增加一倍， 增加新设备的投资弗， 也降低了设备的除雾效率。 同时对大型系统会造成电除雾器并并串串设备林立。1999 年，笔者于南京平江科有限公司，针对钛极线被腐蚀的各种状态，通过静态和动态试验，经浓酸洗净化，高砷氟稀酸洗净化等生产系统中的试验，筛选出一种特种耐腐蚀不锈钢。 用该材质加工的电晕极线己在高氟硫铁矿制酸和钛白粉生产的电除雾器中使用。具有优良的耐蚀性能。如在贵冶，大冶，株洲，柳州，兰州等电除雾器中应用，材料的耐腐蚀性能优良。( 二) 沉淀极 : 又称正极或阳极。(1) 园管形 : 国内首先是用 256*3*4000 铅管。二十世纪60年代，国

23、内开发出 小270*10*4000硬PVCS!料园管。由若干根园管用管板组装在一起成为湿式电滤器的沉淀极。 上气室俯视截面如图(1)由于这种管式电滤器中气体走不了短路， 其除雾效率较高。 但是， 两极若沉积有尘埃，清理是很麻烦。另外，气体通过的横截面和沉淀极表面不能充分利用，有效截面积只占总截面积的80%只利用了沉淀极的一个表，耗材较多。(2) 板式 :是由若干块符合要求形状的板， 按一定距离相互平行地安装在一起， 组成沉淀极。两相邻沉淀极间的距离一般为300mm它的优点是极板的两个表面积都得到了充分利用。缺点是气体容易从上下吊架的电场外空间逃脱。除雾效率不如管式。 图 2(3) 正六边形管:

24、由若干根正六边形管组合在一起，上下花板将它与上下气室连起来，组成沉淀极。横截面如图(3 )。这种管国外有外切园直径为250mmi PVCE六边形 管。国内在二十世90年代末，开始开发外切园直径为300mm勺导电玻璃钢正六 边形管。现己在制酸系统中应用。图(3)(三)电晕极线固定方式：(1) 悬挂式 : 由绝缘箱将阴极框架吊挂于上气室中， 每根电晕极线固定在相对应的上方阴极框架的小梁上， 由重锤拉直下悬。 这种固定方式适用于气速不大高时使用。结构简单。安装方便，较经济。(2) 固定式 : 上下气室均设有阴极框架， 并用绝缘箱固定。 电晕线固定于上下阴极框架上。 采用这种固定的稳定性好。 电场气速

25、可在2.5m/s 以上， 电晕线不易发生摆动。(四)绝缘箱：绝缘箱的作用是把电晕极和沉淀极组合在一起，但又使施加于电晕极上的高压电与沉淀极绝缘， 并承担支承阴极的重量和电源的引入。 主要类型分述如下:(1) 具有加热式支持绝缘子的绝缘箱:这类绝缘箱用在电滤器操作温度为 40-50 C,操从压力为2500mm水柱。 为避免水汽在缘子表面冷凝，采用电加热保持绝缘箱内恒温在110 C之上。如图(4 )所示。图5具加热式图4具加热式支持绝缘子套管绝缘子(2) 具有加热式套管绝缘子绝缘箱:这类绝缘箱使用在操作温度在 40-50 C,压力在-600mm水柱以下的电滤器中。为避免水汽和酸雾在绝缘子上冷凝，利

26、用加热器将绝缘子加热到 150 C 。 如图(5 )所示。(3) 有空气缓冲保护的绝缘箱:这类绝缘箱安装在负压较小，允许补充空气或特殊气体的电滤器上。缓冲气体是由独立的加热系统加热后， 利用电滤器本身的负压或是另有的风机送进绝缘箱。如图(6)所示。图6具空气缓冲式(五)电源1机械整流电源：主要部件有高压变压器，机械整流器，控制屏，高压 转换开关，扼流圈，门连锁开关。其原理示意如图(7)这种电源己被淘汰不用图 7 机械整流电源2可控硅整流电源：这种电源有整流变压器，控制屏，门连锁开关。其原 理示意如图(8 )。它的电压是连续调节，并始终保持在最佳电晕放电的电压下运 行。图8可控硅整流电源四 湿式

27、电滤器看法的误区湿式电滤器是工业气体净化的重要设备之一。 它运行稳定可靠， 操作控制范围宽， 被较广泛地应用。但由于有关资料少。故在选择和使中出现一些模 糊的看法。以下谈谈我的一些粗浅的认识。(1) 除雾效率与电场气速的关系：工业生产中，用化学分析的方法测定电除雾器进出口气体中酸雾的含量来计算设备的除雾效率。算式表示如下：=(C 1-C2 )/C i*100%该算式中不反映出电场中的气速， 但实际它包含了在测定时气体在电场中流速的因子。 所得出的除雾效率反映出测定时电场状态下的实际效率。 实际效率总是低于理论效率。 理论效率计算式如下：4=1-(1/ew*L*s/v*Q )100%式中：w漂移

28、速度，L 一沉淀管长度， v一气流速度S沉淀极有效周边长，Q一沉淀极总沉淀面积式中 v 为电场中气体的流速， 当气速增大时式中第二项变大， 除雾效率则降低。 实际操作中电除雾器的负荷加重时，除雾效率下降，甚至发生“电晕 闭塞”。也是同样的道理。(2) 空试：在新电除雾器建成或老设备捡修后，要以空气为介质进行试送电，是捡查设备的安装和修理的质量， 以及有无物品留在电场内。 另外， 由于空试电场中的介质是空气且几乎是静止的， 随二次电压的升高， 二次电流的迅速升高。 其升高的速度，静止的空气介质中远比在流动的二氧化硫混合气体介质中要大很多。所以， 空试中往往是二次电压不很高， 而二次电流已达到机组

29、的额定值， 己无法 继续升压。如何确定空试的二次电压呢！ 一般认为在40KV以上就可以了。因为在二 氧化硫混合气体介质中的二次电压较空试电压会高出10KV以上。而且二次电压在40KV以上，己能满足捡查设备安装质量的要求。(3)实际运行二次电流不要一味追求高：因为二次电流是与二次电压相 关连的。电流虽说它是电除雾器的效率的表征值，但只要满足除雾指标就可以了。 二次电流过高，功率消耗也增大，对绝缘子的要求也提高。因此，比电流只要大 于0.1mA/m就可以了。(4)粉尘粒子的比电阻不影响电除雾器的收尘效果：由于在电除雾器内 的气体含有饱和的液体蒸气与液体雾粒， 尘埃被液体粒子粘附，液体雾的比电阻 都在104-2*10 10之间，是适合采用电滤器的方法清除的。当然，在某种情况下， 采取添加增湿剂或化学药剂，增加对某组分的消除率，并非为比电阻的原因。雾 粒达到沉淀极后则被粘附在上面，不可能再飞扬。一般液体都是良导体，不会因为粒子的比电阻的关系而产生反电晕。(5)接地电阻宜小，可靠：接地问题常被人们忽视。其实接地的好坏， 对电除雾器的效率和操作稳定是有很大影响的。同时，从安全的角度看，沉淀极的电荷不能