张军强
（中国能建集团装备有限公司北京技术中心北京100044）
摘要：湿式电除尘器（WESP)作为大气多污染物控制系统的终端精处理装备,具有捕集烟气中超细颗粒物和雾滴的功能,因此在化工和电力领域得到了较多应用。介绍了湿式电除尘器的工作原理、结构特点、材料选取和布置形式,以及湿式电除尘器在燃煤电厂的应用情况和今后的研究发展方向。
关键词：电厂；湿式电除尘技术；应用
近年来，针对微细颗粒的排放控制发展了许多新技术，其对微细粉尘的收集效率如图1所示，从图中可以看到，“湿法”和“静电”是控制微细颗粒的2大技术特征，而且随着颗粒直径由10μm递减至小于1.0μm，各种技术相应的粉尘收集效率曲线陡降，唯一例外的是湿法与静电并用的湿式电除尘技术，该技术的收尘效率受微细颗粒直径影响较小，对粒径0.06～10μm范围内的颗粒都具有较高的收集效果。
一、湿式电除尘技术
1.1湿式电除尘原理
湿式电除尘器的工作原理：将水雾喷向放电极和电晕区，水雾在电极形成的电晕场内荷电后分裂进一步雾化，电场力、荷电水雾的碰撞拦截、吸附凝并，共同对粉尘粒子起捕集作用，最终粉尘粒子在电场力的驱动下到达集尘极而被捕集，喷雾形成的连续水膜将捕获的粉尘冲刷到灰斗中排出。湿式电除尘器内由于有水雾液滴的存在，使得电极表面势垒发生了改变，与干式电除尘器相比，湿式电除尘器的电极更易于电子的激发。另外，水中的杂质离子在电场作用下，也易于越过表面势垒而成为发射离子。这些因素综合作用改变了电极放电效果，使之能在低电压下发生电晕放电。同时，由于水的比电阻较小，液滴与粉尘结合以后使得粉尘的比电阻下降，从而提高了湿式电除尘器的除尘效率。此外，湿式静电除尘器采用水流冲洗，不会产生二次扬尘。
1.2湿式电除尘器结构及材料
1.2.1结构设计
湿式静电除尘器在结构上主要分为两种基本型式：管式和板式。管式静电除尘器的集尘极为多根并列的圆形或多边形金属管，放电极均布于极板之间，管状湿式静电除尘器只能用于处理垂直流动的烟气。板式静电除尘器的集尘极呈平板状，可获得良好的水膜形成的特性，极板间均布电晕线，板式湿式电除尘器可用于处理水平或垂直流动的烟气。
这两种湿式电除尘器的不同点主要在于：①对于给定的除尘效率，电极长度相同的前提下，管式湿式电除尘器所允许的烟气流速是板式湿式电除尘器的两倍；②对于给定的除尘效率，管式湿式电除尘器的局部干燥区比板式湿式电除尘器要小。
管式湿式电除尘器既可设计为垂直向上烟气流，也可设计为垂直向下烟气流。在垂直向上烟气流、管式湿式电除尘器中，烟气从底部进入电除尘器并向上流动，冲洗喷嘴即可置于装置底部并向上喷淋，也可在电场上方设置向下喷淋的喷嘴。在垂直向下烟气流设计中，烟气从顶部进入湿式电除尘器中并向下流动，喷嘴置于顶部并向下喷淋，方向与烟气流同向。
1.2.2材料选择
大多数湿式电除尘器在气体饱和温度下（或接近气体饱和温度）工作，气体中的氧含量通常较高，为了保证设备达到合理的使用寿命，防止发生加速腐蚀，制造材料的选择极为重要。对于湿式电除尘器壳体和内部构件而言：①壳体通常采用带有衬层保护的碳钢，为防止腐蚀，其内表面需涂有防腐材料。安装时还需严格控制壳体内表面破损，防止产生腐蚀，如焊缝、孔隙、构件连接处及盖板等；②除尘器的内部构件的材料选择对于控制采购和制造成本十分关键。1台湿式除尘器的总成本可能相差一个数量级，这取决于工作负荷、使用的材料和耐腐蚀要求。湿式电除尘器内部构件材料选择是一个复杂的过程，为了避免发生点腐蚀和裂隙腐蚀，必须考虑工艺气体和冲洗液体中氧和氯化物的浓度。
1.3湿式电除尘布置形式
目前在国外电厂常采用的湿式电除尘器布置形式有以下三种：①水平烟气独立布置。②垂直烟气独立布置。③垂直烟气与WFGD整体式设计。前两种布置方式需要专门的空间，第三种布置方式是近些年来最常用的，同时成本和运行费用也是最低的，占地面积也很小。而且与WFGD整体布置的湿式电除尘器还具有可靠性较高，没有活动内件，简化酸液收集、存储系统，优化清洗水喷雾冲洗且清洗水能直接作为补给水被WFGD所利用等优点。
二、湿式电除尘在燃煤电厂的应用
湿式电除尘器最早在1907年开始应用于硫酸和冶金工业生产中，上世纪80年代后国外大容量燃煤电厂也逐渐采用湿式电除尘器净化脱硫后的烟气，取得了良好的效果。在1999至2005年间，AESDeepwater电厂联合多家公司专门设计升级了湿式电除尘器的收尘极和放电极模块，相关测试表明新使用的6%钼合金材料性能优良。
2000年NewBrunswick电力公司对Dalhousie电厂的WFGD进行了改造并安装了湿式电除尘器。在2002年的时候，N&B电力公司对的CloesonCove电厂（1050MW）的WFGD做了相同的改造。这两个电厂采用的都是WFGD与湿式电除尘器整体布置方式。
目前专业设计制造适合电厂使用的湿式静电除尘器的生产厂商主要有美国巴威公司；日本三菱重工、日立和石川岛公司；加拿大Turbosonic公司；欧洲阿尔斯通和FLS公司；国内掌握该项技术的厂商极少，基本上没有在燃煤电厂的应用业绩。
三、湿式电除尘器的研究现状
湿式电除尘收尘极目前存在成本较高、表面冲洗水量大、水膜不均等缺点，因此研究新型收尘极材料表面水膜分布和设计优化新型结构形式，成为湿式静电技术发展的趋势。收尘极材料的选取不再局限于传统的刚性、合金材料，对某些纤维织物收尘极的研究也开始逐渐深入。为了改善WESP电极板腐蚀、沉积物覆盖等问题，2004年Ohio大学联合多家公司开发了纤维膜湿式电除尘器，以纤维膜代替金属电极板，液体充盈于带电的纤维膜内形成毛细流连续带走表面沉积物，维持稳定的电场。Jong-HoKim等研究了以PVC管作为集尘极以减少水对集尘极的腐蚀性。通过对PVC管内部进行磨砂，以及设置螺旋形进水器，可提高供水效率，利用较小比集尘面积（0.83m2/（m3/min）达到99.7%的收尘效率。2006年波兰科学院和英国Brunel大学合作开发了荷电雾滴Wet-Electro-Scrubber，以库仑力吸引微粒向荷电液滴表面沉降。
结论
目前，微细颗粒物是大气环境的重要污染物之一，湿式电除尘器能高效收集对人体危害特别大的PM2.5、PM10等微细颗粒物。可以预见，随着国家对环保要求的不断提高、总颗粒物排放控制的日趋严格以及选择性催化还原（SCR）脱硝和湿法脱硫技术的广泛应用，湿式电除尘器这一能够有效控制微细颗粒和酸雾等复合污染物排放的先进技术将会在燃煤电厂中得到推广应用。
参考文献
[1]韩晶晶,等.燃煤电厂烟气高效除尘技术的选择及应用.环境科学与管理,2011.
[2]刘芳盈,等.燃煤PM2.5不同组分对血管内皮细胞的毒性.环境科学研究，2011