濕法脫硫超低排放技術是煙氣協(xié)同治理技術路線實施的關鍵

　　隨著燃煤電廠污染物“超低排放”局勢的越演越烈，人們對實現(xiàn)“超低排放”技術的關注度也越來越高。目前，煙氣協(xié)同治理技術已成為燃煤電廠滿足煙氣污染物“超低排放”的主流技術之一，該技術的應用可使燃煤煙氣主要污染物SO_X、NO_X及顆粒物排放濃度達到或接近燃機排放標準。國內(nèi)已有多套采用煙氣協(xié)同治理技術路線的燃煤電廠煙氣“超低排放”機組投運，為燃煤電廠煙氣排放污染物控制技術應用提供了重要參考。

　　煙氣協(xié)同治理技術是在現(xiàn)有的燃煤電廠煙氣污染物處理技術路線基礎上，通過系統(tǒng)流程優(yōu)化、過程參數(shù)優(yōu)化、協(xié)同發(fā)揮煙氣處理流程上各處理單元設備的能力實現(xiàn)煙氣污染物的超低排放技術。該技術在上世紀九十年代的日本燃煤電廠得到較為普遍的應用。燃煤電廠煙氣協(xié)同治理技術的核心在于低低溫電除塵技術的應用，難點在于在不采用濕式電除塵的前提條件下，通過對濕法脫硫裝置的科學設計以及工程實施過程的精細管理，經(jīng)濟、高效地實現(xiàn)煙氣污染物排放濃度達到超低排放的要求。因此濕法脫硫超低排放關鍵技術的開發(fā)與應用是煙氣協(xié)同治理技術路線成功實施的關鍵。

　　我國早在上世紀90年代就引進了以石灰石-石膏法為代表的濕法脫硫技術，并得到廣泛的應用，市場占有率達到80%以上。就目前技術應用情況看，對SO_x的脫除性能無論是工藝原理還是系統(tǒng)設計及裝備制造技術都較為成熟，也有達到35mg/Nm³排放濃度的工程應用案例，但對濕法脫硫裝置顆粒物協(xié)同脫除性能乃至超低排放控制技術卻鮮有研究，自然也沒有相關的應用案例。因此對濕法脫硫裝置顆粒物協(xié)同脫除性能的研究、技術開發(fā)及應用是實現(xiàn)燃煤電廠煙氣超低排放的關鍵。

傳統(tǒng)的濕法脫硫裝置存在的問題

　　1 忽視了濕法脫硫協(xié)同除塵能力

　　傳統(tǒng)的濕法脫硫系統(tǒng)主要以脫除二氧化硫為主，在設計時忽視了吸收塔的協(xié)同除塵能力。國家權威機構結合大多數(shù)脫硫裝置，包括空塔、托盤塔得出的經(jīng)驗值，認為濕法脫硫的除塵效率僅為50%左右，該觀念廣泛地被環(huán)保企業(yè)和燃煤電廠所接受，產(chǎn)生這種觀念的主要原因在于：一方面，現(xiàn)有環(huán)保標準尚不能促使企業(yè)關注濕法脫硫的脫硫效率之外的除塵效率，即采用常規(guī)的濕法脫硫系統(tǒng)就能滿足現(xiàn)有的二氧化硫和煙塵的排放限值；另一方面，濕法脫硫的除塵機理復雜尚無成熟理論可循。攜帶煙塵的煙氣進入吸收塔后，與噴淋層噴出的漿液發(fā)生一些列復雜的碰撞、攔截等物理過程，鮮有成熟的機理研究案例和工業(yè)示范應用為濕法脫硫的除塵效率計算提供明確的理論依據(jù)。

　　2 石膏雨現(xiàn)象的困擾

　　當吸收塔設計不恰當、比如塔內(nèi)關鍵截面煙氣流場設計、噴淋吸收區(qū)設計、除霧器設計選型不合理時，造成排放煙氣中夾帶大量含飛灰、石膏等顆粒物的霧滴，尤其與較低的大氣壓、煙囪內(nèi)部流場設計不合理等客觀因素結合時，極易發(fā)生“石膏雨”現(xiàn)象，對周圍環(huán)境造成二次污染。

　　“石膏雨”是煙氣中夾帶的石膏霧滴隨煙氣排放以“雨”的形式落到地面的一種現(xiàn)象�！笆�膏雨”頻發(fā)的原因在于石灰石/石膏濕法脫硫工藝中，煙氣經(jīng)過噴淋層噴出的漿液洗滌后會攜帶大量的液滴到除霧器，這些液滴中包含固形物及可溶鹽類，如石灰石漿液吸收SO₂后的反應生成物石膏、過剩的脫硫劑以及未被捕集的粉塵等。如果煙氣在除霧器處的流速超過液滴攜帶臨界氣速則發(fā)生二次攜帶，大量的石膏霧滴會隨煙氣進入煙囪，繼而產(chǎn)生“石膏雨”現(xiàn)象。

　　“石膏雨”的形成與多方面的因素有關，主要包括除霧器的除霧性能、吸收塔的設計、運行操作等。目前，我國已能自主設計生產(chǎn)除霧器，大多除霧器的排放出口液滴攜帶量的保證值為75mg/Nm³，且國內(nèi)業(yè)界認為除霧器出口霧滴含固量等同于塔內(nèi)石膏漿液含固量（20%），即除霧器出口排放的液滴對煙塵的貢獻值為75 mg/Nm³×20%=15 mg/Nm³，這與超低排放要求5—10 mg/Nm³是有相當大的差距的。

　　因此，許多改造工程往往僅要求煙氣中的粉塵經(jīng)過濕法脫硫系統(tǒng)后其濃度不再升高即可，對脫硫的除塵性能不敢多做奢求。

　　3 煙氣流場不均

　　濕法脫硫系統(tǒng)的煙氣偏流是導致粉塵排放濃度高的重要因素之一。

　　一方面，由于我國燃煤電廠污染物治理起步較晚，在燃煤電廠建設中未給污染治理設備預留充足的空間，導致新建或改造的濕法脫硫設備煙道布置不合理，煙道布置難以滿足流場設計基本要求，煙氣經(jīng)過煙道進入吸收塔前偏流嚴重。

　　另一方面，濕法脫硫裝置普遍采用單塔單側入口進氣方式，該方式會造成煙氣沿塔截面的流場不均，在入口對側形成高速區(qū)，致使煙氣到達首層噴淋層入口處流場分布偏流嚴重，形成遠離吸收塔入口區(qū)域的液氣比較低，靠近吸收塔入口區(qū)域的液氣比較高的，這是引起近塔壁煙氣逃逸，脫除效率偏離設計值的重要原因，其影響在超低排放應用時尤為突出。

濕法脫硫超低排放關鍵技術

　　上述濕法脫硫裝置煙塵控制難題阻礙了煙氣協(xié)同治理技術在我國超低排放技術應用中的推廣，由于通過濕法脫硫改造、升級達到超低排放技術難度大，實施風險高相當一部分的環(huán)保企業(yè)認為在濕法脫硫系統(tǒng)后通過增加處理設備來達到超低排放要求是一種行之有效、一勞永逸的技術選擇。

　　在總結已承接的200多套濕法脫硫裝置運行經(jīng)驗的基礎上，武漢凱迪電力環(huán)保有限公司通過自主研發(fā)，建立了高效除塵和深度脫硫的理論模型，結合數(shù)值模擬、半工業(yè)化實驗和已有產(chǎn)品實測數(shù)據(jù)開發(fā)了濕法脫硫關鍵設備及部件，優(yōu)化了系統(tǒng)流程，創(chuàng)立了精細化工程實施過程管理體系，形成了具有凱迪特色的II代高效除塵深度脫硫托盤塔技術。

　　1 優(yōu)化煙氣流場強化氣液傳質(zhì)

　　根據(jù)進入塔內(nèi)截面煙氣流速分布，設置非均勻開孔托盤——異形托盤，精細化調(diào)整進入噴淋層的煙氣流場，確保噴淋區(qū)域液氣比均衡從而保證污染物脫除效率。

　　　　煙氣進入吸收塔后，依次通過托盤、噴淋層及除霧器。噴嘴噴出的漿液由塔上部噴入落到托盤上，與含塵煙氣接觸，部分粉塵被托盤篩孔流下來的液滴所捕獲，或由于氣流在改變方向時的慣性力作用，部分較粗的塵粒沉降到塔的底部被底部液膜捕集；而大部分微細粉塵與煙氣一起通過小孔進入托盤上部的持液層，煙氣高速進入持液層并激起大量的液泡，形成的液膜能有效的增大煙氣與漿液的傳質(zhì)表面積，粉塵在慣性、擴散作用的同時又不斷地受到液泡的擾動，使粉塵不斷改變方向，增加了粉塵與液體的接觸機會，氣體得到凈化。

　　如圖2所示，為空塔對煙塵粒徑的分級去除效率，由圖可知，空塔噴淋對于1～2.5μm的粉塵，分級除塵效率較小，粉塵去除效率變化不明顯；對于3～5μm的粉塵，分級除塵效率較大，粉塵去除效率變化明顯；對于大于5μm的粉塵，分級除塵效率區(qū)趨于穩(wěn)定接近100%。

　　如圖3所示，為托盤對煙塵粒徑的分級去除效率，由圖可知，托盤對不小于2μm的粉塵具有較高的捕集效率。對于0.1~1μm的粉塵，有10%~30%的捕集效率；對于1~2μm的粉塵，有30%~40%的捕集效率。在一定條件下，在同一粒徑分布區(qū)間，托盤的分級除塵效率比空塔噴淋高20%以上。因此，凱迪的托盤塔技術對PM2.5的粉塵具有較為顯著的脫除性能。

　　2  高效吸收內(nèi)件技術

　　噴淋層是吸收塔的核心部件，其中的噴嘴選型與脫除性能緊密相關。噴嘴噴出的液滴直徑越小，吸收比表面積越大，氣液傳質(zhì)效果越好。因此，采用霧滴直徑小的噴嘴，有利于提高脫硫除塵效率。提高噴嘴壓力，霧滴直徑減小，但運行能耗增大。采用雙頭噴嘴，不僅可以提高噴嘴布置密度，還可以利用相鄰噴嘴反向旋轉流體的相互碰撞，獲得顯著的液滴二次霧化效果，從而實現(xiàn)提高脫硫除塵效率，同時節(jié)省能耗。

　　3 高性能除霧技術

　　針對石膏雨現(xiàn)象，凱迪環(huán)保對除霧器的理論模型、結構及做了全面的研究，確定了合理的除霧器選型原則，并且可以精確量化通過除霧器攜帶出的顆粒物含量。

圖5 除霧器出口液滴粒徑分布與質(zhì)量百分比關系

　　4 全煙氣流場仿真技術

　　全煙氣流場仿真技術是指借助流場計算軟件將上述濕法脫硫超低排放裝置進行計算機流場數(shù)值模擬，優(yōu)化塔內(nèi)件布置，通過降阻設計、優(yōu)化塔內(nèi)截面煙氣流場，并輔以冷態(tài)物理模型予以驗證，使設計達到設定的目標。

　　凱迪環(huán)保是關注煙氣流場分布對濕法脫硫系統(tǒng)性能影響的企業(yè)，通過借助較的流場分析軟件及冷態(tài)物理模型試驗對濕法脫硫的關鍵位置進行分析，以使煙氣與漿液充分接觸，達到理論計算的性能要求。凱迪環(huán)保擁有較的CFD數(shù)值模擬研究團隊，通過自主研發(fā)，實現(xiàn)了對復雜的濕法脫硫系統(tǒng)進行氣、液、固多相流的流場分析，借助該技術已對華能長興電廠、華能玉環(huán)電廠、華能邯峰等多個燃煤電廠的流場進行設計優(yōu)化，有效保證了超低排放技術的成功實施。

濕法脫硫超低排放技術應用案例

　�。�1）華能長興高效超超臨界2×660MW機組

• 機組規(guī)模：2×660MW

• 技術路線：低低溫電除塵+濕法脫硫超低排放技術

• 入口煙塵濃度：≥15mg/Nm³；

• 出口煙塵濃度：≤3mg/Nm³；

• 除塵效率：≥80%；

• 承建單位：武漢凱迪電力環(huán)保有限公司

　�。�2）華能玉環(huán)百萬機組

• 機組規(guī)模：1000MW

• 技術路線：低低溫電除塵+濕法脫硫超低排放技術

• 入口煙塵濃度：≥20mg/Nm³；

• 出口煙塵濃度：≤3mg/Nm³；

• 除塵效率：≥85%；

• 承建單位：武漢凱迪電力環(huán)保有限公司

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