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武汉凯迪电力张轶:脱硫除雾器对粉尘排放的影响

燃煤电厂低排放要求日益严格,部分重点地区及电厂提出FGD出口粉尘浓度<5mg/Nm3甚至更低的排放限值。为满足此要求,一方面需要提高吸收塔对粉尘的脱除效率,另一方面需要减少FGD出口雾滴的携带量。脱硫除雾器是影响FGD出口雾滴携带量的关键设备,该设备性能对粉尘排放浓度的量化有明显的影响。

 

除雾器出口雾滴含量研究

FGD中,脱硫后的烟气中都带有细小的液滴。这些液滴中包含着固形物或可溶物,他们主要是吸收SO2后的生成物、过剩的脱硫剂以及未被捕集的粉尘,如果不除去这些液滴,这些液滴会沉积,堵塞,结垢,将会产生一系列的问题。例如会造成二次污染、石膏雨、后续设备的振动和腐蚀,或者是减少设备的使用效果和使用寿命。工程中常采用除雾器对脱硫后的烟气进行汽水分离。

以往工程中,除雾器出口雾滴含量保证值一般为75mg/Nm?。国内业界一直认为除雾器出口雾滴含固量等同于吸收塔内石膏浆液含固量,通常为20%

根据石膏浆液颗粒成分分析,26.5微米以下直径的颗粒占总粒径的重量比小于37.57%

  1 石膏浆液颗粒成分分析表

  颗粒直径(微米)

  重量百分比<

  0.83

  0.76

  1.17

  1.41

  1.66

  2.24

  2.34

  3.3

  3.31

  4.97

  4.69

  7.53

  6.63

  11.13

  9.38

  15.84

  13.26

  20.77

  18.75

  27.57

  26.5

  37.35

  37.5

  48.89

  53

  66.36

  75

  84.14

  106.7

  96.13

  150

  99.87

而除雾器存在极限粒径的参数,一般平板式极限粒径为28~32μm左右,屋脊式极限粒径为22~24μm左右,超过极限粒径的液滴全部被除雾器捕获,不能通过除雾器。石膏颗粒理论上在浆液中应该是均匀分布的,通过除雾器的小液滴中只能含有更小直径的石膏颗粒,而通过上述数据分析,小颗粒直径的石膏颗粒占比不超过37.35%,因此针对20%含固量的吸收塔石膏浆液,通过除雾器的液滴含固量理论约20%X37.35%=7.5%。如果吸收塔内石膏浆液的浓度和颗粒分布发生变化,除雾器出口液滴含固量相应变化。该结论与日本日立三菱公司结论相近。

根据雾滴含固量分析,即75mg/Nm?雾滴约含粉尘约6mg/Nm?,而且很多项目除雾器出口实际雾滴含量甚至超过75mg/Nm?。由于吸收塔本身除尘效率有限,在这种除雾器出口雾滴情况下要保证火电厂粉尘排放20mg/Nm?甚至5mg/Nm?的要求是非常困难的,因此必须提高除雾器除雾效率。

 

除雾器出口雾滴含量的影响因素

决定雾滴出口含量的除雾器性能参数最重要的是:携带速度、极限分离粒径和除雾器的分级分离效率。

1)携带速度。除雾器的捕集效率随气流速度的增加而增加,这是由于流速高,作用于液滴上的惯性力大,有利于气液的分离,但是流速的增加将造成系统阻力增加,使得能耗增加。并且实验证明,流速增加到一定的程度,除雾效率不升反而急剧下降,分离后的雾滴将被气体再次携带。这就是临界气体速度。这是除雾器选型和设计的一个重要参数。平板式除雾器临界速度一般为5.2m/s左右,屋脊式除雾器临界速度一般为7.2m/s左右,烟道式除雾器临界速度一般为9m/s左右。对应的空塔或空烟道速度一般分别为3.8m/s4.5m/s5m/s左右。

2)极限分离粒径。极限分离粒径就是所有大于此雾滴粒径的液滴将被100%地从气体中分离。窄的叶片间距和长的通道长度能获得更小的极限分离粒径,但同时带来积垢和阻塞的问题。平板式除雾器极限粒径为28~32μm左右,屋脊式除雾器极限粒径为22~24μm左右,烟道式除雾器极限粒径约为15μm左右。

3)除雾器的分级分离效率。每一级除雾器除了能够100%分离大于极限雾滴的颗粒,还可以分离那些比极限粒径小的颗粒,这部分分离效率即为分级分离效率。下图体现了同种工况下同种型号除雾器不同级数的分级分离效率:

    

  

  

  图1 除雾器分级分离效率图

 图中四根曲线自下而上分别对应的是单级除雾器、两级除雾器、三级除雾器、四级除雾器针对不同直径液滴不同的分级分离效率曲线。

图中显示72%10μm的液滴能被3级除雾器分离,而同样的单级除雾器只能分离35%。除雾器本身的结构形式决定了同种工况下的极限分离粒径,所以尽管上图中不同级数除雾器的极限分离粒径都是相同的20μm,但实际除雾器后的雾滴含量性能值却会有明显的不同。这就是因为分级分离效率的区别。

常规的三级屋脊式除雾器第一级为粗除雾器,承担了90%的雾滴分离任务,后两级为精除雾器,结构形式相同,在保证极限分离粒径的同时提高分级分离效率。

但直径小于15微米的液滴占所有液滴体积百分比是很小的(见下表例子),因此过多增加除雾器级数是不经济的,一般最多采用三级除雾器。制作精良的高效三级屋脊除雾器能保证除雾器出口雾滴含量小于20mg/Nm?。按7.5%含固量计算,雾滴对粉尘的贡献为1.5 mg/Nm?,可见采用高效除雾器对粉尘排放的达标具有重要的意义。

  2 除雾器入口雾滴分布表

  

  

除雾器出口雾滴测量标准比较

欧美除雾器出口液滴通常采用VDI3679撞击法测量,而我国和日本则采用收集称重法测量。由于测量标准的不同,容易造成对性能保证值理解的偏差,现对两种测量方法对比如下:

由于收集法测量范围比撞击法更广,包含了3微米至15微米的液滴,根据上面部分粒径分布与分级效率的研究,推断收集法测量值比撞击法测量值高10~20mg/Nm?左右。本文雾滴含量均折算为收集称重法取值。

   

除雾器出口雾滴含量影响粉尘排放达标值,通过对石膏颗粒粒径的分析,得出除雾器出口雾滴含固量约7.5%的结论。并对除雾器出口雾滴含量的影响因素进行分析,得出采用高效三级屋脊式除雾器能保证除雾器出口雾滴含量小于20 mg/Nm?,对粉尘的贡献约1.5 mg/Nm?,对粉尘排放的达标具有重要的意义。最后,针对国内外雾滴测量标准存在差异易引起误解的问题,对两种测量标准进行了对比,得出二者的差值约为10~20mg/Nm?左右的结论。(上述结论对脱硫行业实际工程的设计起到重要的指导和借鉴作用。并已在实际工程项目中得到推广。)

   



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