LQ-GS-1管束式除雾器
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人气：2405 发布时间：2015-11-24 16:34 关键词：管束式除雾器 产品型号：LQ-GS-1 应用领域：大气控制 产品价格： 想了解更多产品详情，请 |
引言：目前，大部分火力发电厂脱硫系统采用石灰石-石膏湿法脱硫工艺，取消了气-气换热器（gas gasheater，GGH）装置，直接将净烟气从烟囱排出，烟囱采用内衬防腐材料，形成“湿烟囱”排放的方案。无GGH装置的脱硫系统投产后，虽有效地避免了GGH的堵塞问题，但由于“湿烟囱”无烟气再热措施，排烟温度较低，吸收塔出口带有饱和水的净烟气在排出过程中部分冷凝形成液滴，烟气自烟囱口排出后不能有效地抬升、扩散到大气中，导致取消GGH装置后烟气不能迅速消散，特别是当地区温度、气压较低或在阴霾天气的时间段，烟气中携带的粉尘及液滴聚集在烟囱附近，落到地面形成“石膏雨”或酸雨，对电厂及周边环境产生污染，甚至腐蚀设备[1-2]。
管束式除尘器是除雾除尘装置，应用于湿法脱硫塔饱和净烟气携带的雾滴和尘的脱除净化。使吸收塔出口尘排放值不大于5mg/Nm³，雾滴排放值不大于25mg/Nm³。管束式除尘除雾装置组成单元示意图如图1所示。
其工作原理是利用凝聚、捕悉和湮灭的原理，在烟气高速湍流、剧烈混合、旋转运动的过程中，将烟气中携带的雾滴和粉尘颗粒脱除。凝聚是指烟气中夹杂的细小的液体颗粒相互之间碰撞而凝聚成较大的颗粒后沉降下来;捕悉是指细小的液体颗粒跟随气体与湍流器中的持液层充分接触后，被液体捕悉实现分离;湮灭是指细小的液体颗粒与被抛洒至湍流器的表面时，形成附着液膜从而在烟气中脱离出来;这三种运动过程同时将夹杂在液滴其中的尘除去。
管束式除尘器即是一种具有凝聚、捕悉、湮灭作用的装置。首先，流经除尘器的气流高速湍动，促进烟气中大量细小雾滴与尘颗粒的互相碰撞，凝聚为较大颗粒;其次，导流叶片形成的高速气流，形成极高的切向速度，将液滴、细尘高速甩脱向壁面，与壁面的液膜接触后被截留，实现捕悉分离;最后，高速旋转的壁面液膜可保证同向运动的雾滴接触后湮灭，不产生二次雾滴;为保证除尘效果，依据项目条件装置内设置了多级导流叶片，延长了气体停留时间，提高了除尘器对尘颗粒的分离效果。
1 “石膏雨”成因分析
“石膏雨”包含了“石膏”和“雨”两层含义。“石膏”指的是石膏浆液；“雨”指的是净烟气中饱和水形成的并降落在烟囱附近的冷凝液滴。
1.1 “石膏”的成因
“石膏”是烟气中夹带的石膏浆液随烟气排放落到地面形成的。脱硫装置净烟气中的石膏浆液主要来源于吸收塔喷淋层喷嘴雾化后的细小液滴，石膏浆液经喷嘴雾化后雾滴直径一般在920 μm左右，经碰撞后会产生少量直径在15 μm左右的雾滴。雾滴在经过除雾器后，直径不小于22 μm的雾滴去除率一般为99.99%，直径15~22 μm的液滴去除率为50%，15 μm以下的雾滴无法拦截，因此净烟气中有一定量的石膏浆液是必然的。但是如果烟气在除雾器处的流速超过设计值，除雾器的效果将大大降低，甚至失效，除雾器也会在高速的烟气下发生二次携带现象，大量的石膏浆液将会随烟气被带入烟囱，形成净烟气带浆现象。“石膏”的形成与多方面的因素有关，主要包括除雾器的除雾效果、吸收塔的设计、运行操作等。
1.2 “雨”的成因
“雨”就是净烟气中冷凝液，是由于烟气排放过程中温度降低、烟气温度与环境温度温差大及环境气压低等原因，烟气中的水达到过饱和状态，水蒸气变成冷凝液落到地面形成的。
对于无GGH脱硫装置，吸收塔出口净烟气温度一般在50 ℃左右，由于脱硫后的净烟气无再热设备，净烟气在流经烟道和烟囱过程中，温度有不同程度降低（通常温度降低1~2 ℃），净烟气中带有的饱和水随着烟温降低冷凝并析出。虽设有冷凝液收集装置，但烟囱内的冷凝液也极易被高速流动的烟气带出而形成“雨”落到地面。这是由于我国在烟囱流速的设计上与
欧美等国家有所不同造成的。我国的烟囱设计规程中规定：烟囱内的烟气流速一般控制在18~20 m/s，欧美等国家烟囱的设计流速与烟道的设计流速相近，一般控制在15 m/s 左右，烟气流速低，烟囱内的冷凝液不易被烟气带走，而是顺着烟囱壁流下，在低点处收集。因此，烟气因温度降低析出冷凝液、高的烟气流速将冷凝液带出是导致无GGH脱硫装置形成“雨”的主要原因[3]。“雨”形成的另外一个原因是环境因素的影响。通常情况下，环境气温及气压低会造成“雨”的出现。与未脱硫的原烟气直排相比，脱硫后的净烟气在抬升高度及扩散能力方面相对较差，因此当脱硫后烟气从烟囱排出时，由于烟温与环境温度相差较大，烟气来不及扩散，烟气中的饱和态水遇冷变成过饱和状态，最终成为冷凝液落到地面形成“雨”，烟气排放温度与环境温度相差越大，越容易形成“雨”[4-5]。
2 “石膏雨”问题的解决对策
2.1 优化脱硫系统设计
从前面的“石膏雨”的成因可以看出，在设计上采取合理的措施，“石膏雨”是可以有效避免的。系统设计上主要考虑入口烟气量与设计参数的偏差、烟气流速的大小、除雾器的选型及液气比等方面。
2.1.1 分析烟气脱硫入口烟气量与设计参数的偏差对某电厂出现“石膏雨”现象进行分析发现，其烟气脱硫（flue gas desulfurization，FGD）进口烟气参数及煤质发热量与设计值相差较大，设计煤质低位发热量约为23.446 MJ/kg，而入炉煤的低位发热量为20.515~22.609 MJ/kg，导致在300 MW负荷时烟气流量增加，FGD入口烟气温度比设计值高出20~38 ℃，同时吸收塔内烟气流速有时达到5 m/s，超出设计值的3.9 m/s，故系统实际运行工况超过设计值，“石膏雨”现象较严重。实际运行烟气量与设计值是否有较大偏差，这点需要明确，以便清楚地了解FGD系统运行工况和设计工况之间的偏差。
主要应考虑以下2 方面：
（1）若烟气量没有偏差，则在出口排放浓度达标的情况下降低喷淋量，使出口烟气抬升；
（2）若烟气量有偏差，则需要进行核算除雾器的
流速是否满足要求，若除雾器的流速不能满足要求，则相应地调整除雾器的运行工况。
因此，在脱硫系统设计时，实际燃烧煤质应在设计值范围内，以保证FGD系统在其设计工况下稳定运行。
2.1.2 选择合适的烟气流速
烟气流速是“石膏雨”形成的一个重要原因，因此在设计时，塔内烟气流速应该综合多方面因素，设计合适的流速，才能避免出现“石膏雨”。吸收塔设计烟气流速一般为3.5~4.1 m/s，除雾器的设计流速应稍高于吸收塔设计流速。吸收塔流速高，烟气中所携带的浆液液滴将增多，除雾器的负荷增大，导致“石膏雨”出现，因此，吸收塔的流速不能设计过高。另外，在吸收塔流速的设计上还应考虑有足够的裕量。通常情况下，机组经过一段时间运行后，系统漏风率将会增加，锅炉的热效率会有所降低，而煤耗则会上升或烟温调高，两者的这种变化将使脱硫装置入口烟气量增大，造成塔内烟气流速提高；因此，在设计上应有足够的裕量[6]。此外，对于无增压风机、无GGH、无旁路的“三无”脱硫装置，吸收塔烟气流速的设计还应该与之结合起来考虑，由于无旁路，一旦出现“石膏雨”，将导致机组停运，降低脱硫装置的可靠性。因此，“三无”脱硫装置塔内烟气流速不宜设计过高，并应留有足够裕量，一般应低于3.8 m/s。
2.1.3 选择合适的除雾器类型
平板式除雾器设计流速一般在3.5~4.5 m/s 之间。屋脊式除雾器设计流速比平板式除雾器高，一般为3.8~7 m/s，屋脊式除雾器对烟气流速的适应范围更宽，烟气通过叶片法线的流速要小于塔内水平截面的平均流速，即使塔内烟气流速偏高，在通过除雾器时，由于流通面积增大而使得烟气流速减小，减少烟气带浆；另外，屋脊型除雾器的结构较平板型除雾器更稳定，可以耐受的温度较高。对于“三无”脱硫装置，为提高其可利用率，宜选用能有效减少浆液夹带和安全性更好的屋脊式除雾器。在设计除雾器冲洗系统时要考虑的因素包括冲洗面选择、冲洗水压力、冲洗强度、喷嘴角度、冲洗频率、冲洗水水质等。喷嘴入口压力高，喷出浆液中小粒径的比例增多，易形成“石膏雨”，因此在设计上对浆液循环泵至喷嘴入口处的管道、喷淋层及管件等沿
程阻力应详细计算，确定准确的循环泵扬程，保证喷嘴的雾化效果。
2.1.4 采用较小液气比
液气比是指单位时间内吸收塔循环浆液量与吸收塔出口烟气的体积比。脱硫系统的液气比是保证烟气中SO2、SO3及烟尘有效吸收的关键指标之一，足够的液气比是保证脱硫效率的前提，吸收塔的液气比宜控制在13~18 L/m3之间。液气比也不能设计过高，太高的液气比会使烟气中的液滴夹带量增多，同样会增大除雾器的负荷。因此在保证脱硫效率的前提下，液气比越小越好。
2.2 烟囱内筒型式的设计
2.2.1 “湿烟囱”内筒型式的改进“湿烟囱”定义为用以排放饱和且全部清洁过的烟气的烟囱。目前电厂一般将采用湿法脱硫工艺、取消GGH 时的烟囱称为“湿烟囱”。对于湿烟囱的设计，为尽可能减少从烟囱排放出去的液体并引起烟囱降雨及环境污染，最有效的处理措施是湿烟囱内能有效地收集烟气带入的较大液滴及防止烟囱内壁上的液体被二次携带，为此要求内筒形线及内衬表面应尽可能地平滑，烟囱排烟筒内烟气流速不得超过酸液液膜撕裂的临界流速，该临界流速与内衬表面的粗糙度有关。为此，综合国内规程以及欧美国家的设计标准，烟囱筒内流速一般按18~20 m/s 取值，考虑实际运行中煤质的变化情况，流速宜取下限值。某工程每台锅
炉吸收塔出口净烟气量为1 418 243 m3/h（额定工况），烟道内筒直径取7.4 m，流速为18.32 m/s。烟囱总高度210 m，为满足环保对烟囱出口流速的要求，烟囱内筒在202 m高处设置变径，烟囱内筒直径由7.4 m收缩至6 m，变径管长度6 m，烟囱顶部留2 m的直段。烟囱内筒由“直筒型”改为“直筒型+出口收缩段”型式设计，这样可以减少烟流下洗，便于烟气扩散，避免净烟气冷凝液在烟道或烟囱里面沉积，同时在单台机组运行时，烟道与烟囱入口位置为微负压状态，还可有效避免运行中的烟气串风现象。此方案的实施应在设计时综合考虑其经济性和可行性。
2.2.2 烟囱内筒设置积液槽
以某电厂为例，其吸收塔出口净烟气温度约为50 ℃，根据计算，若烟气温度降低1 ℃，将有7.4 t/h冷凝水析出，降低2 ℃则有14.4 t/h 冷凝水析出，可见烟气因降温而析出水量非常大，因此无GGH脱硫装置在烟道及烟囱内筒低点处都应该设置足够的排水装置。因此，为及时排出冷凝液，防止酸液的二次携带，对采用钢内筒的烟囱的酸液排出设计建议采用图1（烟囱底部不设置排灰斗）所示的型式。由于烟囱底部的淤积物中含有酸液、灰尘、吸收塔逃逸的浆液等，淤积物的粘度较大，可能造成酸液排出管的堵塞和结垢，必要时烟囱底部的积液槽或灰斗处应设置冲洗管道和冲洗喷嘴。 
2.3 运行操作中的注意事项
为了保证脱硫装置与机组同步运行，提高装置的可利用率，除了在设计和设备选型上采取措施外，运行操作也要有所提高，操作上要精细、合理，及时发现问题和处理问题，才能有效避免烟气带浆现象的发生，从而保证FGD装置的正常运行。
2.3.1 除雾器压差
在操作过程中，除雾器压差是一个重点关注的参数。除雾器压差一般为100~150 Pa，压差增大，会形成“石膏雨”。除雾器压差增大是因为堵塞造成的，堵塞的原因有多种，如：烟气流速高、浆液pH值高、液气比高等都会造成除雾器堵塞，当发现除雾器堵塞，首先要正确判断堵塞的原因，然后采取合理的处理措施。
2.3.2 除雾器冲洗水
除雾器冲洗水是保证除雾器压差的主要手段。冲洗效果的好坏取决于冲洗水量、冲洗周期、冲洗压力。冲洗水量及冲洗周期与机组负荷、烟气温度有关，机组负荷高所需冲洗水量大，因此机组负荷发生变化时，冲洗水量及冲洗周期应随之调整。冲洗压力是保证冲洗水量的关键参数，不随机组负荷变化[11]。
2.3.3 pH值
pH值高对“石膏雨”的形成有一定的影响。正常工况下，pH 值应控制在5.6~5.8 范围内，浆液pH 值高，能提高脱硫效果，但高的pH值也会带来负面的影响。由于pH值高，浆液中碳酸钙浓度增大，易在系统表面结垢，会造成除雾器的堵塞，因此，浆液pH值应在设计值范围内操作，在操作过程中不宜以提高pH值来提高脱硫效率。
2.3.4 浆液密度
脱硫装置中浆液密度会随石灰石中的碳酸镁含量变化，一般情况浆液密度控制在1.15 kg/L，所对应浆液固含量在20%左右。浆液密度高，浆液的粘度会有所提高，易附着在除雾器表面导致结垢，因此在操作时，浆液密度应控制在设计范围内。
2.3.5 运行调整
“石膏雨”现象多出现在锅炉高负荷运行期间，这与烟气流量有关。当机组带大负荷时，在保证锅炉正常燃烧用氧前提下，适当减少风量，控制炉膛负压与升压风机压力，降低烟气流量与流速。
3 结语
“石膏雨”是湿法脱硫系统运行中的一个实际问题，应采取必要的技术措施进行解决。在FGD系统设计和运行中，通过优化设计、选择合适的设备、加强运行操作等，可在很大程度上解决“石膏雨”问题。
