濕煙囪出口“石膏雨”的成因及防治措施分析

陳世新，楊 濤

(陜西省電力設(shè)計(jì)院，陜西 西安 710054)

目前，大部分火力發(fā)電廠濕法脫硫系統(tǒng)后形成“濕煙囪”排放方案。一方面，濕煙氣對(duì)排煙內(nèi)外筒的腐蝕造成煙囪筒身的損害，帶來(lái)安全隱患；另一方面，煙囪周邊普遍存在“石膏雨”現(xiàn)象，污染地面，腐蝕建筑物、機(jī)械設(shè)備等，帶來(lái)環(huán)境危害。因此，分析煙氣攜帶液滴的機(jī)理，并制定相應(yīng)對(duì)策，防止煙囪腐蝕和“石膏雨”現(xiàn)象，是迫在眉睫的安全與環(huán)保問(wèn)題。

1 濕煙囪煙氣液滴來(lái)源分析

所有的濕煙囪都會(huì)具有一定量的煙囪液體排放，如果液滴足夠小，它們將在落到地面之前蒸發(fā)，只有煙囪出口的煙氣中夾帶“較大液滴”，未及時(shí)擴(kuò)散、蒸發(fā)，降落到地面，才能形成“石膏雨”。

(1) 除霧器逃逸且未沉積的液滴

脫硫裝置除霧器的作用是去除煙氣中的液體和石膏漿液，在正常運(yùn)行工況下，除霧器出口煙氣中直徑大于15μm的霧滴濃度低于75mg/Nm3。直徑小于15μm的霧滴無(wú)法去除。若除霧器未能有效攔截?zé)煔庵袏A帶的液滴，導(dǎo)致進(jìn)入濕煙囪的煙氣攜帶脫硫漿液液滴增加，煙氣流中會(huì)出現(xiàn)一些大的液滴，這些液滴是被二次夾卷進(jìn)入到煙氣流中的。在除霧器的沖洗周期，也會(huì)增加煙氣攜帶的液體數(shù)量。如果攜帶問(wèn)題突出，小于50μm的液滴在水平煙道或煙囪導(dǎo)流板上沉積，很可能造成石膏雨。

(2) 煙氣中水蒸氣的體積冷凝液

濕煙囪排放系統(tǒng)中液體的另一個(gè)來(lái)源是飽和煙氣流中水蒸汽的冷凝。未設(shè)置GGH裝置的脫硫系統(tǒng)，吸收塔出口煙氣溫度一般為45℃～55℃，煙氣中水蒸氣是飽和的，由于煙氣溫度低、濕度大，系統(tǒng)投運(yùn)后，煙氣在煙囪的上升過(guò)程中，由于煙囪阻力和高度變化，煙氣壓力降低，造成煙氣冷凝在微小液滴或粉塵中，即所謂體積冷凝。

(3) 煙氣二次夾卷道體沉積或熱力冷凝的液體

在煙氣與排煙筒間、以及煙道的中部和外側(cè)煙氣間存在溫度梯度，溫度較高的煙氣和溫度較低的煙囪內(nèi)襯接觸換熱，煙氣中的飽和水蒸氣將在煙囪內(nèi)筒內(nèi)壁上凝結(jié)成水滴，由于重力作用，水滴以液膜或者細(xì)流形式向下流動(dòng)，即所謂的熱力冷凝，分析表明，煙囪內(nèi)壁是主要的冷凝區(qū)域。

高速煙氣沖刷煙道或煙囪排煙筒表面沉積或冷凝的液滴，形成煙氣二次夾帶。二次夾卷將是以大直徑液滴(200μm～1500μm)的形式從煙囪頂部排放出去。100μm以上的液滴在煙囪外是不會(huì)完全蒸發(fā)的，它們將很可能降落到地面上。這是煙囪液體排放和煙囪附近形成石膏雨的最常見(jiàn)的原因。

(4) 煙囪內(nèi)壁向上流動(dòng)的液滴

當(dāng)煙氣流速高于煙囪內(nèi)筒內(nèi)襯材料的逆流速度的區(qū)域，沉積以及凝結(jié)煙囪內(nèi)筒上的液體會(huì)向上流動(dòng)。煙囪內(nèi)襯的頂部流速是最高的，在這里被重新夾帶的液滴可能會(huì)比較大(300μm～2000μm)，這取決于內(nèi)襯頂部的幾何形狀。同樣，在煙囪節(jié)流喉管上部的液體流向，通常也是向上的。

2 濕煙囪中煙氣攜帶液滴防治措施

2.1 脫硫系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)

濕法脫硫系統(tǒng)除霧器逃逸液滴是煙囪出口主要液體來(lái)源之一，提高除霧器效率可減少煙氣攜帶液體的數(shù)量。

除霧器效率是除霧器重要性能指標(biāo)，它與除霧器類型和結(jié)構(gòu)、煙氣中液體直徑、煙氣流速、煙氣動(dòng)力粘度、運(yùn)行方式有關(guān)。

2.2 濕法脫硫后加裝濕式電除塵器

隨著新的火力發(fā)電廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施，特別是國(guó)家對(duì)重點(diǎn)地區(qū)新建機(jī)組煙塵排放濃度≤5mg/Nm3的要求，以及解決現(xiàn)電廠普遍存在石膏雨問(wèn)題，濕式電除塵器已在工程中得到應(yīng)用。

在濕式電除塵器中，水霧使粉塵吸附凝聚，并與粉塵在電場(chǎng)中一起荷電，一起被收集，收集到極板上的水霧形成水膜，水膜使極板清灰，保持極板潔凈。濕式電除塵器布置在濕法脫硫之后，通過(guò)高壓電場(chǎng)捕獲飽和煙氣中的攜帶的水滴并被排出，減少煙囪出口煙氣的含水量。

2.3 煙囪優(yōu)化設(shè)計(jì)與改造

從除霧器攜帶的或者冷壁上冷凝的液滴會(huì)沉積在煙道和煙囪內(nèi)筒的表面上，煙氣二次夾卷沉積和冷凝的液滴是煙囪出口液體主要來(lái)源。

(1) 控制煙囪內(nèi)筒煙氣速度

通常將除霧器效率最高，且不發(fā)生二次夾卷的煙氣速度稱為臨界二次夾卷速度。煙氣達(dá)到臨界二次夾卷速度時(shí)，煙氣的剪切力達(dá)到或者超過(guò)重力和表面張力，液滴重新進(jìn)入或者二次夾卷進(jìn)入煙氣流中，并被攜帶出煙囪。控制煙氣速度是使二次夾卷進(jìn)入煙氣流中的液滴減至最小的重要因素。

臨界二次夾卷速度隨排煙筒表面粗糙度和材料而變化，合金材料排煙筒煙氣速度范圍應(yīng)控制在18m/s～22m/s?？紤]實(shí)際運(yùn)行中煤質(zhì)的變化情況，國(guó)內(nèi)新建采用鋼內(nèi)筒的“濕煙囪”，流速在BMCR工況下建議取下限：18m/s。可以通過(guò)“濕煙囪”設(shè)計(jì)來(lái)滿足煙氣流速控制的要求。

(2) 設(shè)置液體收集裝置

除了在水平煙道、煙道膨脹節(jié)、煙道底板安裝液體收集裝置外，煙囪內(nèi)筒結(jié)構(gòu)也應(yīng)設(shè)置合理的液體收集裝置，減少煙氣二次夾卷攜帶的液滴。

液體收集器的安裝位置至關(guān)重要。通常，可在內(nèi)簡(jiǎn)筒壁、煙囪底部和水平煙道出口處等安裝。如在煙囪一定高度上安裝特定的截流疏水環(huán)，防止液膜匯聚變厚，將疏水及時(shí)排除煙囪外，從而防止液膜被二次夾帶。在內(nèi)筒筒壁靠近水平煙道的位置設(shè)置環(huán)狀水槽，防止入口處水簾的形成，從而防止煙氣的沖撞水簾形成夾帶。在煙囪底部錐形導(dǎo)流板周邊設(shè)置環(huán)狀水槽并利用排水管排水，或在煙囪錐斗形底部接入沖洗水管，采用定期沖洗的方式將積灰沖入排水管。

煙囪的內(nèi)筒結(jié)構(gòu)進(jìn)行液滴收集裝置設(shè)計(jì)后，可以有效降低煙囪出口煙氣的帶水量，防止酸雨和石膏雨的發(fā)生。

3 結(jié)語(yǔ)

濕法脫硫后煙囪出口“石膏雨”現(xiàn)象會(huì)對(duì)環(huán)境造成危害，影響了周邊的環(huán)境及安全，應(yīng)引起足夠重視和加以防治。

(1)除霧器逃逸和煙氣二次夾卷液滴是濕煙囪“石膏雨”液體的主要來(lái)源。

(2)應(yīng)從脫硫系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)、加裝濕式電除塵器、煙囪優(yōu)化設(shè)計(jì)等方面考慮“石膏雨”的綜合防治措施。

[1]WET STACKS DESIGN GUIDE，Electric Power Research Institute,Inc.1996

[2]劉鶴忠，陶秋根．濕式電除塵器在工程中的應(yīng)用[J]．電力勘測(cè)設(shè)計(jì)，2012，(3)．

[3]陳牧．濕法脫硫后煙囪出口煙氣液滴夾帶問(wèn)題分析及解決[J]．電力建設(shè)，2010，(10)．

[4]程永新．濕法煙氣脫硫系統(tǒng)中“石膏雨”問(wèn)題的分析及對(duì)策[J]．電力建設(shè)，2010，(11)．