1 概述
上海龙净“单塔三区超净脱硫除尘技术”，是在专有的“单塔双区高效脱硫除尘技术”基础上，增设湿式除尘除雾区后形成的最新型烟气协同治理技术。典型的单塔三区超净脱硫除尘技术的吸收塔布置方案见图1。
图1 典型的单塔三区超净脱硫除尘技术的吸收塔布置方案
随着《煤电节能减排升级与改造行动计划(2014～2020)》的推出，更为严格的粉尘排放要求已势在必行，重点区域燃煤尾气粉尘排放浓度要求达到不大于10mg/Nm3，而部分公司更进一步提出要达到5mg/Nm3以下，常规干式除尘器能力面临重压，而湿法烟气脱硫技术的广泛应用，更对粉尘排放进一步提出新考验。
湿法脱硫虽然对粉尘具有一定的洗涤脱除效果，但外排烟气不可避免地会携带一定数量浆液，其中所含的固体和盐类又会最终形成新污染物，使得粉尘抑制效果大打折扣。同时运行中形成的三氧化硫气溶胶无法有效脱除，排放后成为PM2.5颗粒的重要组成。而广泛采用的脱硝装置又进一步加剧了烟气中三氧化硫的含量。近年来，上海龙净湿法脱硫技术本身采取了较多措施，以尽可能抑制粉尘和浆液的排放：
(1)增强流场控制，力争将速度相对标准偏差Cv值控制在20%以内;
(2)优化喷淋层布置，提高浆液覆盖效果
(3)选择雾化效果更好的喷嘴，提高对粉尘的捕捉
(4)选用高效多级除雾器
通过以上措施，可以实现粉尘在入口含尘浓度为20mg/Nm3时，达到50%~80%的脱除效果，烟气出口浆液含量降低至30mg/Nm3。以此计算实际达到的出口粉尘排放浓度见表1：
由此可见，即使采用了更先进的技术措施，当入口烟气粉尘浓度在20mg/Nm3时，出口达到10mg/Nm3的粉尘排放依然有很大不确定性。根据有关资料，国内部分湿法脱硫装置出口粉尘排放浓度见表2：
从上表可以看出，出口粉尘排放浓度普遍都超过10mg/Nm3，不满足最新环保要求，可靠的超净除尘技术的需求已迫在眉睫。
常见的粉尘控制技术示意见图2，其中干式电除尘器、电袋复合除尘器和袋式除尘器作为前端粉尘控制技术，无法有效保证脱硫装置后烟气粉尘的超净排放，而上海龙净单塔三区超净脱硫除尘技术，作为终端粉尘控制技术将是超净排放的可靠保证。
图2粉尘控制技术
上海龙净“单塔三区”技术的定位是一座超净“协同塔”，其技术核心是将湿法脱硫后的烟尘深度洁净处理技术与常规湿法脱硫装置有机结合，进一步丰富传统脱硫塔的内涵，将其升级为集脱硫、除尘、除雾、脱除三氧化硫及PM2.5颗粒为一体的综合治理装置。至于其中将湿式除尘器加装在脱硫塔顶端的做法，则是“向空中要空间”的典型方案。
上海龙净湿式电除尘器采用垂直流金属板线式类型，间歇喷淋冲洗，可根据场地条件灵活布置于吸收塔顶部或后部，形成不同的组合流程(见图3、图4、图5)。潮湿的烟气条件为湿除提供了良好的工作环境，粉尘或雾滴更容易荷电而得到进一步脱除，不仅可达到70-85%的除尘效率，同时可协同脱除PM2.5微细粉尘、固态颗粒汞、SO3气溶胶及“石膏雨”颗粒物，可满足未来新国标除尘要求。
图3塔顶布置流程图
图4塔外布置流程图
图5两种布置方式示意图
2 上海龙净湿式电除尘器原理介绍
主要由湿式电场系统、电气系统、保温箱热风吹扫系统、冲洗水系统和壳体组成。
2.1 湿式电场系统
湿式电场系统构成湿除的主体部分，包括：
① 阳极系统：主要由阳极板、阳极吊梁、极距限位装置等组成。
② 阴极系统：主要由阴极线、阴极框架、阴极吊挂、阴极进线、绝缘构件等组成。
2.2 电气系统
电气系统是形成高压电场和供电的系统，主要由高压供电和低压控制两大部分组成。
① 高压供电装置：由控制柜、整流变压器、可控硅、隔离开关箱、智能型电除尘专用控制器及一些相关的附件等设备组成。
② 低压自动控制系统：一般包括绝缘子加热恒温自动控制装置;安全连锁装置;高压安全接地开关控制装置;绝缘子室低温监测与显示报警装置;变压器油温保护装置等。
2.3 保温箱热风吹扫系统
保温箱热风吹扫系统是湿除高压电场稳定运行的必要条件，主要由吹扫风机、加热器、保温箱等部件组成。
2.4 冲洗水系统
冲洗水系统主要由冲洗水箱、水泵、喷淋冲洗系统和喷雾冲洗系统组成，并辅助以内部管网及喷嘴。
喷淋系统定期对阴极线、阳极板等内部构件进行冲洗，确保湿式电湿式电除尘器正常稳定运行。喷雾系统的主要功能是将工艺水雾化后随烟气送入湿式电除尘器电场区，雾滴吸附大量的气溶胶和悬浮尘粒，在高压电场作用下被阳极板捕集并形成均匀水膜排走，并起到对极板的清洁作用。
运行中，含尘和含浆的潮湿烟气由电场上游进入并流过整电场区域。电场内由于阴阳极系统的相互作用，形成大量气体电离生成的电子和离子，潮湿烟气吸附电子和离子形成荷电颗粒，并在电场作用下向电极性相反的电级运动而沉积在电极上，使得气体得到净化，净化后的气体由电场下游排放。湿式电除尘器工作原理见图6。
图6湿式电除尘器工作原理图
为防止潮湿烟气造成的绝缘子爬电，放置绝缘子的保温箱需采用热风吹扫保证其干燥绝缘。保温箱热风吹扫风机引入干净空气，经电加热器加热后，对保温箱内进行持续的热风吹扫，热风最终与净化后烟气一同排放。
为保证阴阳极系统的洁净，通过补充的工艺水对电场相关区域进行清洗。冲洗可采用喷淋和喷雾两种方式，大流量的喷淋水可快速清洁阳极板和阴极线，小流量的喷雾水可以保证极板下部的清洁。电场冲洗废水直接落入浆池回用，省却再处理系统。
3 上海龙净湿式电除尘器特点
上海龙净湿式电除尘器首创金属板线垂直流动方式，通过大量金属与非金属材料的对比试验和金属耐腐蚀试验，确定极板、极线采用高强度、高抗腐蚀性双相不锈钢2205制成。阳极采用宽幅纯平板，板面平整光滑，有效保证极板冲洗效果，无“死区”。阴极线采用龙净湿电专有形式，防粉尘和液滴堆积，保证放电效果。阳极板及阴极线示意图见图7。2205材料在极板上的成功应用，使得传统依靠大量水和碱液而维持的极板防腐方式退伍，让冲洗水恢复本质用途，用量相比普通金属材质可降至五分之一，甚至更低，也无需采用循环水后处理流程。
一体式的布置可最大程度减少连接烟道、支撑结构和导流设施的用量，进一步实现控制造价的目的，达到最佳性价比。
图7上海龙净湿式电除尘器阳极板及阴极线示意图
上海龙净精选冲洗系统喷嘴，按流量、粒径、承压和运行环境，喷淋和喷雾喷嘴分别选型使用，满足冲洗和雾化的要求。
为验证湿式电除尘器的效果，上海龙净搭建物模装置。试验验证，物模装置对浆液和粉尘的脱除效果可达到98%，二次电压和二次电流满足除尘要求。物模装置外形和内部构造见图8、图9。
图8上海龙净湿式电除尘器物模装置外形图
图9上海龙净湿式电除尘器物模装置内部构造图
利用龙净环保强大的流场模拟能力，上海龙净对所有执行项目均完成流场数值模拟。通过对流场内部结构的优化，增设均布器、导流板、阻流板，实现断面流动分布达到优秀水平。
4 安全保证措施
上海龙净湿式电除尘器具有全面的安全保证措施。
(1)阴阳极系统全面采用2205双相不锈钢，其承受电场放电、耐受局部高温、保持结构刚性等方面明显优于非金属材料，而强度远超普通不锈钢且具有优异的耐氯离子腐蚀和局部腐蚀能力，尤其适合湿法脱硫尾部腐蚀烟气运行环境。
图102205双相不锈钢管材和板材
(2)阴极线采用螺栓连接，避免焊接或缠绕方式，保证连接质量和防腐张紧效果。
(3)多级冲洗系统，布置、流量、冲洗间隔相互补充，保证系统清洁。
图11喷淋系统覆盖示意图
图12喷雾系统覆盖示意图
(4)设计中实现分区供电，同一电场内，可分为多个区域独立供电，当某个区域失电时，不影响其余区域的正常运行。
图13上海龙净湿式电除尘器分区供电示意图
5 典型工程案例
邢台国泰发电有限责任公司#11炉湿式电除尘器改造
5.1 项目简介
邢台国泰发电有限责任公司(以下简称邢台电厂)#11炉装机容量330MW，配套烟气脱硫工程采用石灰石-石膏湿法烟气脱硫技术。机组原有静电除尘器烟尘排放浓度约为70mg/m3，脱硫后烟尘排放浓度为30~50mg/m3，不满足《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223-2011)的要求，为了保证烟尘达标排放，需要对#11机组烟气除尘系统进行提效改造。邢台电厂结合原脱硫系统改造，实施烟尘系统改造，新建一套湿式电除尘器，同时对原有电除尘器进行提效检修。烟尘系统改造工程由福建龙净环保股份有限公司采用龙净“单塔三区”超洁净烟气治理技术，按照设计、采购、建设(EPC)总承包方式建设。
5.2 入口设计参数
本项目湿式电除尘器布置于吸收塔顶部，入口烟气即为脱硫装置后的烟气，根据烟气情况，湿式电除尘器改造主要设计参数如下：
5.3 改造要求
(1)在长期运行条件下，湿式电除尘器入口烟尘烟尘浓度30-50mg/Nm3时，对烟尘的去除率≥80%。入口烟尘烟尘浓度≤50mg/Nm3的情况下，出口烟尘排放浓度≤10mg/Nm3;(标准状态、干基，6%O2)。
(2)湿式电除尘器对SO3的脱除率≥70%;Hg脱除率≥50%，雾滴的脱除率≥60%。
(3)湿式电除尘器设计整体寿命30年，极板、极线及其固定件的设计寿命>15年。
(4)湿式电除尘器设计承压能力±5kPa，总体漏风率<2%。
(5)湿式电除尘器总体阻力(含本体、入口烟气均布装置等)<300Pa。
(6)湿式电除尘器冲洗水应能有够对阴、阳极、烟气均流板进行可靠冲洗，防止积灰、结垢和氯离子富集，冲洗水的覆盖率≥200%。冲洗系统平均耗水量<10t/h。
5.4 工期
2014年8月23日机组停机，同步完成脱硫和湿电系统的改造，总改造工期73天，11月4日具备通烟条件。
5.5 设计方案
(1)在吸收塔塔顶机械除雾器上部进行扩径，塔径由原来的f12.6m扩径到f15m，扩径段设置一级湿式电除尘器，塔高约增加15.3m，湿电采用吸收塔体自支撑方式。湿式电除尘段的电场高度为8m，阳极板、阴极线、极板悬吊板、阴极框架等电场内构件均采用高强度、高抗腐蚀性2205材料制成，同时，阴、阳极内构件均采用螺栓连接，连接内件采用1.4529材质。
(2)在湿式电除尘器内设置两层冲洗系统，分别为喷雾冲洗层和喷淋冲洗层，喷雾冲洗层设置于电场烟气入口(即电场底部)，采用微细雾化冲洗方式，雾化水滴经烟气携带进入电场并被收集于阳极板上，在阳极板中、底部产生自清洗水流，冲洗水的覆盖率≥ 200%;喷淋冲洗层设置于电场顶部，采用大流量冲洗方式，每一电场分区设置2路冲洗水管路，各路冲洗管路间隙交叉开启，洗水的覆盖率≥200%，冲洗系统总平均耗水量<10t/h。
(3)在原机械除雾器和湿式电除尘器间的变径处增设一级烟气均布器，保证进入电除雾器电场通道的烟气均布，同时，在湿式电除尘器出口锥顶增设多道导流环板，保证整个电场内烟气均布，流场相对均方根差σ<0.2。
(4)设置保温箱热风吹扫系统。保温箱采用热风吹扫保证其干燥绝缘，热风吹扫风机引入干净空气，经电加热器加热后，对保温箱内进行热风吹扫，吹扫的热风最终直接进入吸收塔内与烟气一同排放。
(5)本项目湿电采用一室一电场三分区结构，每电场分区配属湿式电除尘器系统高压供电变压器、高压控制柜一套，共三套;低压控制柜一套。
(6)吸收塔加固：增设湿式电除尘器后，原吸收塔塔体承重增大，在塔壁增设多道环、竖筋进行了塔体紧固处理。
图14 #11炉吸收塔改造结构
5.5 改造效果
系统通烟后，经过调试，目前已连续投入运行，根据现场安装的湿烟气粉尘仪测量结果，改造后湿电装置烟尘排放全面满足并优于性能保证值的要求，浓度小于5mg/Nm3，效果显著。
图15邢台电厂#11炉湿电DCS监控画面
6 总结
上海龙净“单塔三区超净脱硫除尘技术”具有高通量、强耦合、单一塔和多区域的核心技术特点，同时具有流场均匀、无需水处理，节地、节能、安全可靠等五大特色，设备选型小、投资费用低，有着得天独厚的优势，是新建和改造项目理想的选择方案。
