當前我國大氣環境形勢十分嚴峻，以細顆粒物（PM2.5）、酸雨等為特征的復合型大氣污染日益突出，霧霾天氣增多，空氣重度污染時常發生，氣候變化十分惡劣，已制約了社會經濟的可持續發展，嚴重威脅到人民的身體健康和未來的生產狀況。各級政府已引起相當重視，短時間內出臺了多項環保政策和治理措施，下大力氣治理大氣污染，改善大氣環境質量。國家能源局、廣東省發改委、廣州市政府紛紛提出燃煤電廠主要大氣污染物“超潔凈排放”的目標，將廣州華潤電廠#1機組“超潔凈排放”改造項目列為國家能源局和廣州市政府首批環保改造示范項目。目前國內火電廠主要采用的除塵方式：靜電除塵、袋式除塵、電袋復合除塵等。目已投產的大型火電廠95%采用電除塵器，但是為達到低的煙塵排放，電除塵器向更多的電場數、更大的比集塵面積的方向發展，受到了極大的限值。常規電除塵器還存在除塵效率受粉塵比電阻影響大，污染物去除功能單一。由于脫硫后吸收塔出口煙氣中攜帶石膏等液滴量較大，石膏雨、PM2.5、SO3氣溶膠、重金屬離子等極難除去。因此，當前火電廠煙氣粉塵排放濃度極難達到5mg/Nm3的標準。新標準的實施，對高效靜電除塵器提出了巨大的挑戰，迫切需要對國內外的除塵新技術、新工藝進行全面論證研究。濕式電除塵技術在全世界范圍內應用極少，但他可以有效去除煙氣中的PM2.5、酸霧、氣溶膠、亞徽米穎拉物、汞、重金屬及二惡英等大氣污染物，是大氣復合污染物控制系統的最終精處理設備，已列入國家863科研計劃。2014年國家發改委計劃了十三個燃煤火電廠超低排放改造示范項目，并聯合國家環保部下發《煤電節能減排升級與改造行動計劃（2014-2020年）》，要求2020年前現役燃煤發電機組基本達到燃氣輪機排放限值，大力鼓勵和推動加裝濕式電除塵器。因此，我司對濕式電除塵器的應用及其對污染物的去除研究就變得十分迫切和極其有意義。
       二、創新工作組織及開展情況
       1.創新工作組織情況。
       濕式電除塵器的應用及其對污染物的去除研究是一套涵蓋專業多、多系統的創新研究工作，為了保證改造工程按規定建成投產并達到預期效果，實施的全過程中，通過建立和健全相應的組織機構，組織、聯系、協調各有關單位，對工程建設項目實施有效的管理和研究。主要舉措有：
       （1）成立重大技改專項工作組。
       成立重大技改領導小組和專業組，公司總經理親自掛帥，統一組織、協調改造項目的進度、質量、安全、費用等情況，確保工作順利完成。
       （2）落實動態管理及匯報制度。
       定期召開工作協調會議，對工作進度、遇到問題、需要協調問題以及相關物料人員安排進行匯報，公司根據實際問題提出要求，落實需要協調問題，確保工作推進。
       （3）運用精益管理的思想和共計工具。
       敢于創新，運用精益管理的科學工具，針對濕式電除塵器的應用及其對污染物的去除研究工作，成立了專題SDA改善項目，利用TPM、minitab統計分析等精益工具，采用PDCA的手法，對濕式電除塵器的推廣應用及污染物的去除進行了深入的研究。
       （4）建立研究標準并規范化。
       濕式電除塵器在國內火電廠的應用完全是一個全新的東西，在安裝、調試、試運行及應用方便結合現場制定了一系列的標準和規范，并將研究成果固化，形成可供推廣和復制的先進經驗。
       2.創新工作開展情況。
       廣州華潤熱電有限公司（2×300兆瓦機組）環保升級改造為國家能源局十三個示范項目之一，公司自2013年10月成立濕式電除塵器專項課題研究和實施小組，公司1號機組濕式電除塵器于2014年7月21日投入運行，2號機組濕式電除塵器于2015年6月6日投入運行，在此過程中，專項小組從技術的論證選取、設備的選型、工程的實施、項目的調試、對污染物的去除研究等多方面入手，且開展了大量的創新性試驗研究工作，全方位做好本示范項目。
       三、主要技術創新研究成果
       1.對粉塵的去除研究。
       濕式電除塵器與干式靜電除塵器的機理相同，但是除塵過程完全不一樣。首先，將水霧噴向放電極和電暈區，水霧在芒刺電極形成的強大的電暈場內荷電后分裂進一步霧化，電場力、荷電水霧的碰撞攔截、吸附凝并，共同對粉塵粒子起捕集作用，最終粉塵粒子在電場力的驅動下到達集塵極而被捕集。靜電電壓值、水量、粉塵濃度三因素對濕式靜電除塵效率的效應都為正，即除塵效率隨著電壓的升高、水量的增大、粉塵濃度的加大而上升。其中電壓對除塵效率的影響最為顯著，其次是水量，粉塵濃度的影響最小。靜電和水霧相結合可顯著地提高了除塵效率。
       煙塵濃度的計算見公式：
      式中：C—標準狀態下干燥煙氣的含塵濃度，mg/m3；m1—采樣前的濾筒重量，mg；m2—采樣后的濾筒重量，mg。Vsd的計算見公式6-4。

       式中：Vsd—標準狀態下的干燥煙氣采樣體積，L；Vtd—實際工況下的干燥煙氣采樣體積，L；B—當地大氣壓，Pa；P—流量計前煙氣壓力，Pa；t—流量計前煙氣溫度，℃。
       為了測試在不同的入口粉塵濃度下，得出濕式電除塵器的除塵效率，在設計煤種（高灰分）滿負荷情況下進行了2個工況測試，其中在工況一和工況二是進行粉塵濃度的測試，工況一干式電除塵為高效運行模式，工況二中干式電除塵調整為節能模式。
       實測結果匯總于表1，從結果來看，在電除塵器處于兩種不同模式時，脫硫塔出口粉塵濃度有一定程度的變化，分別為26.84毫克/標準立方米和30.07毫克/標準立方米，但濕式除塵器出口粉塵濃度還是低于5毫克/標準立方米的排放水平。在兩工況下，濕式電除塵器出口粉塵濃度分別為2.77、3.46毫克/標準立方米（標，干，6%O2），平均為3.12毫克/標準立方米，粉塵脫除效率為89.68%和88.49%，平均為89.09%。

表1：粉塵和粉塵去除率測量結果匯總

       為了研究濕式電除塵器出口粉塵排放濃度的長期變化，查閱了1號機組投運后3個月的歷史曲線（8月1日-11月1日），見圖1。

圖1：粉塵排放3個月歷史曲線

       其中各排放濃度的數據取自濕式電除塵器出口環保CEMS（廣州市環保監測站定期進行CEMS數據的比對）。
       從圖1看出，濕式電除塵器投運3個月以來，出口粉塵排放濃度十分穩定，在0.27-4.7毫克/標準立方米之間波動，平均值為3.06毫克/標準立方米，出口粉塵濃度排放濃度長期保持在5毫克/標準立方米以下，滿足性能指標和超潔凈排放的要求。
       同時，為了研究濕式電除塵器出口粉塵排放與機組負荷變化的關系，查閱了#1機組投運后3個月的機組負荷與粉塵排放濃度的歷史曲線（8月1日-11月1日），見圖2。

圖2：粉塵排放濃度3個月歷史曲線

       從圖2看出，濕式電除塵器投運3個月以來，機組負荷在195兆瓦-331兆瓦之間變化，平均負荷為251兆瓦，但期間出口粉塵濃度排放十分穩定，平均值為3.06毫克/標準立方米，基本不隨機組負荷的變化而變化。為了研究濕式電除塵器出口粉塵排放與SO2及NOx排放的關系，查閱了1號機組投運后3個月的粉塵、SO2及NOx排放濃度的歷史曲線（8月1日-11月1日），見圖3。

圖3：粉塵、SO2及NOx排放濃度3個月歷史曲線

       從圖3看出，濕式電除塵器投運3個月以來，NOx排放濃度在10-50毫克/標準立方米之間波動，平均濃度為32.25毫克/標準立方米；SO2排放濃度在2-30毫克/標準立方米之間波動，平均濃度為10.38毫克/標準立方米；但期間出口粉塵排放濃度一直穩定在3毫克/標準立方米左右小幅變化，不受SO2和NOx排放濃度變化的影響。
       2.對PM2.5的去除研究。
       電除塵器中粉塵顆粒有兩種類型的荷電過程，對于直徑大于1微米的顆粒來說場荷電荷電是主要作用，顆粒碰撞沿電力線運動的負離子而帶電，這時電壓的強弱是影響這個過程的最主要因素。對直徑小于0.5微米的顆粒來說擴散荷電是主要作用，PM2.5為主的亞微米粒子在隨機運動時與負離子碰撞而帶電，注入的電流密度是影響擴散放電最重要的因素。濕式靜電除塵中，因放電極被水浸潤后，電子較易溢出，同時水霧被放電極尖端的強大電火花進一步擊碎細化，使電場中存在加上大量帶電霧滴，大大增加亞微米粒子碰撞帶電的機率，而帶電粒子在電場中運動的速度是布朗運動的數十倍，這樣就大幅度提高了亞微米粒子向集電極運行的速度，可以在較高的煙氣流速下，捕獲更多的PM2.5粒。
       PM2.5濃度的計算見公式：
       式中：C—標準狀態下干燥煙氣的PM2.5濃度，毫克/立方米；m1—采樣前（1-10級）收集膜的重量和，毫克；m2—采樣后（1-10級）收集膜的重量和，毫克。Vsd的計算見公式：

       式中：Vsd—標準狀態下的干燥煙氣采樣體積，L；Vtd—實際工況下的干燥煙氣采樣體積，L；B—當地大氣壓，Pa；P—抽氣泵前煙氣壓力，Pa；t—抽氣泵前煙氣溫度，℃。
       通過利用煙氣流量測試時得到的截面動壓分布結果，確定流速代表點，采用Dekati公司生產的DLPI進行PM2.5取樣，取樣測試結果匯總于表2，從表中可以看出，濕式電除塵器出口的PM2.5濃度小于1毫克/標準立方米，脫除效率為80.2%。

表2：PM2.5取樣測試結果匯總

       3.對SO3的去除研究。
       濕式電除塵器內部煙氣溫度在50～60℃，雖然高于三氧化硫露點溫度，但是濕煙氣中的三氧化硫在205℃以下時，以微液滴形式存在，平均直徑在0.4微米以下，濕式靜電除塵對亞微米顆粒的高捕獲率，所以對三氧化硫微液滴有很高的脫除率。吸收塔出口即濕式電除塵器入口及濕式電除塵器出口SO3的化驗和濃度計算結果見表3所列，吸收塔出口SO3濃度為0.73毫克/標準立方米，濕式電除塵器出口SO3濃度為0.11毫克/標準立方米，濕式電除塵器對SO3的脫除率為84.9%。

表3：濕式電除塵器入口及濕式電除塵器出口SO3的濃度結果

       4.對液滴的去除研究。
       國內大部分已投用吸收塔的除霧器出口液滴濃度設計為75mg/Nm3，而運行時還經常高于此設計值，造成吸收塔出口有大量的石膏液滴帶出。
       濕式電除塵器對石膏以及石膏液滴的去除機理遵循多依奇公式，見公式：

       其中S為比集塵面積，ω是粉塵在電場中的理論驅進速度，理論驅進速度是直接反映粉塵在電暈場中運動的難易程度的指標，查閱相關資料得石膏粉塵的理論驅進速度為0.16-0.2米/秒，煤粉爐灰的理論驅進速度為0.1-0.14米/秒，當比集塵面積為10平方米/(立方米/秒)條件下，可計算出電場對石膏粉塵的除塵效率為98%，煤灰為96.4%。可看出在相同條件中，石膏粉塵比煤灰更容易被捕獲。因為濕式靜電除塵工作原理與普通的電除塵相同，同時國外的相關資料也明確說明，這公式對濕式電除塵同樣適用。在脫硫系統出口石膏是以CaSO4·2H2O的液滴形式存在，經過除霧器后，其粒徑基本上在20微米以下。液滴的脫除一般采用濕式除塵技術，而濕式靜電除塵器的水噴淋作用可以近似看作為一個重力噴霧濕式除塵器。
       濕式除塵的效率計算見公式：
       
       Et—濕式除塵總能量消耗；△Pg—煙氣通過濕式除塵的壓力損失；△PL—濕式除塵噴水壓力；Qb—濕式除塵的噴水流量；Qg—濕式除塵中煙氣流量；α和β為常數，與煙氣粉塵類型相關。
       根據技術方三菱公司提供的濕式電除塵器的數據及本濕式電除塵器的設計參數，計算可得Et=0.8，因此濕式電除塵器對液滴有較好的去除效果，不會在煙囪出口出現石膏雨現象。
因電廠脫硫改造時，對除霧器同步進行了改造，安裝了管式除霧器+兩層屋脊式除霧器，因此吸收塔出口（即為濕式電除塵器入口）的霧滴含量較低。為測量液滴含量，委托廣東科立恩環保科技有限公司對煙氣冷凝液中Mg2＋進行了化驗，化驗結果見表4。

表4：煙氣冷凝液中Mg2＋化驗結果

計算方法見公式：
       
       M1—冷凝水中Mg2+濃度，0.33×10-3毫克/毫升；M2—吸收塔漿液濾液中Mg2+濃度，1730×10-3毫克/毫升；V—采氣的煙氣量，0.253標準立方米；—冷凝水質量，48毫克。
WESP出口的霧滴含量為22.9毫克/標準立方米，各數據如下：M1—冷凝水中Mg2+濃度，0.31×10-3毫克/毫升；M2—吸收塔漿液濾液中Mg2+濃度，1730×10-3毫克/毫升；V—采氣的煙氣量，0.305標準立方米；K—冷凝水質量，39毫克。
       根據Mg2+濃度化驗結果和取樣參數，得到吸收塔出口（即為濕式電除塵器入口）的霧滴含量僅為36.2毫克/標準立方米，濕式電除塵器出口的霧滴含量為22.9毫克/標準立方米，濕式電除塵器霧滴脫除率為36.7%。
       5.對汞的去除研究。
       干式靜電除塵器、布袋除塵器等對汞的脫除效率不高，但濕式電除塵器對汞有良好的脫除效果。
       汞去除測試試驗采樣方法為EPAMethod30B標準方法，EPAMethod30B為美國環保局的標準方法，采用活性炭管對汞進行吸附后分析，不需要繁瑣的化學處理步驟，操作相對簡單。EPAMethod30B方法采樣系統的示意圖如圖4所示，氣體泵將煙氣通過探頭吸入，煙氣中的汞被安裝在探頭前端的吸附管所吸收，然后煙氣被干燥后在后面的采樣調節部分給出干煙氣的流量。整個采樣過程的煙氣量可以通過采樣調節部分的流量計和采樣時間來進行控制。

圖4：EPAMethod30B采樣系統示意圖

       采樣對于探頭端的汞吸附管一般設定為一對（A管和B管），同時每根活性炭管中分為吸收段和穿透段兩部分，用以對整個取樣過程進行質量控制。對于煙氣中汞濃度大于1ug/dscm，兩根管的相對標準偏差不能超過10%，同時穿透段的總汞不能超過吸收段總汞的10%；對于煙氣中汞濃度不大于1ug/dscm，兩根管的相對標準偏差不能超過20%，同時穿透段的總汞含量不能超過吸收段總汞的20%。系統選用美國APEX公司的汞污染源手動采樣器（XC-260），如圖5所示。在室溫為16℃下，采樣的干煙氣量控制在20L左右，采樣時間控制在20分鐘左右。另外，本研究中采用的30B吸附管為可以分價態的碳管（SpeciationTraps,OhioLumexCo.）。該管采用活化的椰殼活性炭填裝制成，空白值相對較低，其中AGS為洗滌酸性氣體的物質，氯化鉀用來吸收氧化汞，活性炭用于吸收元素汞，各固體物質間采用石英棉隔離開。

圖5XC-260型汞污染源手動采樣器

       汞測試結果如下：濕式電除塵器進口汞濃度為：3.83微克/立方米，濕式電除塵器出口汞濃度為：3.55、1.53微克/立方米，平均濃度2.54微克/立方米，總汞除去率平均為：34%（7.3%、60.1%）。
       四、經濟效益和社會效益
      各污染物排放濃度達到甚至超過了國家重點地區“燃氣輪機大氣污染物特別排放限值”，粉塵排放濃度穩定在0.5～3.5mg/Nm3之間，每年粉塵減排119.29噸，削減量達87%以上，成為目前國內最環保的煤電機組之一；為國家徹底解決火電廠大氣污染物防治問題找到了路徑，大幅削減了燃煤電廠污染物排放總量，不僅保障了區域經濟社會發展所需清潔高效能源的供應，同時還滿足國家、廣東省及廣州市對空氣污染治理的要求，為國家的空氣污染治理和建設美麗幸福中國做出積極的貢獻，是企業對建設美麗生態中國和保護地球環境的責任之舉。(主創人員：劉求陽、陳  華、崔乘亮、趙光軍、廖大兵、陳青海、彭洪亮、魯建國)