濕法脫硫協(xié)同除塵機(jī)理及超低排放技術(shù)路線選擇

郭 俊，楊 丁，葉 凱，何永勝

(1.福建龍凈環(huán)保股份有限公司，福建 龍巖 364000；2.國家環(huán)境保護(hù)電力工業(yè)煙塵治理工程技術(shù)中心，福建 龍巖 364000；3.上海龍凈環(huán)保科技工程有限公司，上海 200331)

濕法脫硫協(xié)同除塵機(jī)理及超低排放技術(shù)路線選擇

郭 俊1，楊 丁2，葉 凱2，何永勝3

(1.福建龍凈環(huán)保股份有限公司，福建 龍巖 364000；2.國家環(huán)境保護(hù)電力工業(yè)煙塵治理工程技術(shù)中心，福建 龍巖 364000；3.上海龍凈環(huán)?？萍脊こ逃邢薰?，上海 200331)

詳細(xì)回顧了WFGD協(xié)同除塵的研究歷史，并通過WFGD噴淋層液滴捕集顆粒物的理論模型計(jì)算以及比較當(dāng)今超低排放WFGD的協(xié)同除塵效率數(shù)據(jù)，論證了噴淋層是WFGD協(xié)同除塵的主要貢獻(xiàn)這一基本事實(shí)，也肯定了WFGD協(xié)同除塵的效果。通過對機(jī)械除霧器、濕式電除塵器以及WFGD運(yùn)行實(shí)際的分析，理清了機(jī)械除霧器、濕式電除塵器的功能定位，揭示了WFGD協(xié)同除塵的局限性，并為燃煤電廠超低排放技術(shù)路線的選擇提供了有益的意見與建議。

濕法煙氣脫硫；協(xié)同除塵；核心機(jī)理；超低排放；濕式電除塵器

0 引言

隨著國家三部委《全面實(shí)施燃煤電廠超低排放和節(jié)能改造工作方案》的實(shí)施，燃煤電廠煙氣治理設(shè)備超低排放改造工作突飛猛進(jìn)，成績顯著。在實(shí)施濕法脫硫(WFGD)超低排放方面，各環(huán)保公司紛紛開發(fā)了脫硫噴淋塔技術(shù)改造提效升級的多種新工藝，如單塔雙循環(huán)技術(shù)、雙托盤技術(shù)、單塔雙區(qū)(三區(qū))技術(shù)、旋匯耦合技術(shù)等，特別在脫硫塔核心部件噴淋系統(tǒng)上，采用增強(qiáng)型的噴淋系統(tǒng)設(shè)計(jì)(如增加噴淋層、提高覆蓋率、提高液氣比等)。脫硫效率從以前平均在95%左右提高到99%甚至更高。特別引人關(guān)注的是，在超低排放脫硫系統(tǒng)脫硫效率大幅提高的同時(shí)，其協(xié)同除塵效果也顯著提高，一批改造后脫硫系統(tǒng)的協(xié)同除塵效率(凈效率，已包含脫硫系統(tǒng)逃逸漿液滴的含固量)達(dá)到了70%，甚至有更高的報(bào)道。

面對這樣的事實(shí)，與之相關(guān)的問題亟需得到解答與澄清：

(1)超低排放濕法脫硫協(xié)同除塵的核心機(jī)理是什么？

(2)濕法脫硫協(xié)同除塵技術(shù)是否有局限性？應(yīng)用中應(yīng)注意哪些問題？

(3)超低排放技術(shù)路線選擇中如何把握好濕法脫硫協(xié)同除塵與濕式電除塵器的關(guān)系？

本文旨在追根溯源，一方面回顧總結(jié)過去在這方面的研究；一方面從機(jī)理出發(fā)，研究噴淋系統(tǒng)(及除霧器)對顆粒物脫除的作用。并采用理論模型計(jì)算與實(shí)際工程案例比較的方法，論證濕法脫硫噴淋系統(tǒng)是協(xié)同除塵的主要貢獻(xiàn)部件，同時(shí)分析濕法脫硫協(xié)同除塵的局限性及與濕式電除塵器的關(guān)系，為超低排放技術(shù)路線選擇提供有益的參考意見。

1 濕法脫硫協(xié)同除塵的研究簡要回顧

清華大學(xué)熱能系對脫硫塔除塵機(jī)理的研究較多，脫硫塔內(nèi)單液滴捕集飛灰顆粒物的相關(guān)研究，主要建立了綜合考慮慣性、攔截、布朗擴(kuò)散、熱泳和擴(kuò)散泳作用的單液滴捕集顆粒物模型并進(jìn)行了數(shù)值模擬計(jì)算，分析了溫度、液滴直徑和顆粒粒徑對單液滴捕集過程及效率的影響規(guī)律[1]。清華大學(xué)王暉等[2]通過測試執(zhí)行GB13223-2011標(biāo)準(zhǔn)WFGD進(jìn)出口顆粒物的分級濃度的研究表明，WFGD可有效捕集大顆粒，但對PM2.5的捕集效率較低，且分級脫除效率隨粒徑減小而明顯下降。華電電力科學(xué)研究院魏宏鴿等[3]于2011～2013年對39臺鍋爐(機(jī)組容量為25～1000MW)的執(zhí)行GB13223-2011標(biāo)準(zhǔn)WFGD開展了除塵效率測試試驗(yàn)，結(jié)果顯示，不同試驗(yàn)機(jī)組WFGD的協(xié)同除塵效率為18%～68%，平均協(xié)同除塵效率為49%。國電環(huán)保研究院王東歌等[4]通過對我國4座電廠5臺不同容量的執(zhí)行GB13223-2011標(biāo)準(zhǔn)WFGD進(jìn)出口煙氣總顆粒物濃度進(jìn)行了測試，結(jié)果表明，WFGD對煙氣中總顆粒物的去除效率介于46.00%～61.70%之間，平均達(dá)到55.50%。夏立偉等[5]對某電廠超低排放改造前的WFGD進(jìn)行了協(xié)同除塵效果測試，結(jié)果顯示，WFGD協(xié)同除塵效率為53%。

上述研究結(jié)果一致表明： WFGD具備協(xié)同除塵能力；執(zhí)行GB13223-2011標(biāo)準(zhǔn)WFGD平均協(xié)同除塵效率大致在50%左右；濕法脫硫協(xié)同除塵的主要機(jī)理是噴淋液滴對顆粒物的捕獲機(jī)理。這種認(rèn)識在WFGD實(shí)施超低排放之前是行業(yè)內(nèi)比較公認(rèn)的。

2 濕法脫硫噴淋液滴協(xié)同除塵機(jī)理

2.1 濕法脫硫噴淋液滴捕集顆粒物的機(jī)理與模型

噴淋塔除塵機(jī)理與濕法除塵設(shè)備中重力噴霧洗滌器相似。一定粒徑(范圍)的噴淋液滴自噴嘴噴出，與自下而上的含塵煙氣逆流接觸，粉塵顆粒被液(霧)滴捕集，捕集機(jī)理主要有重力、慣性碰撞、截留、布朗擴(kuò)散、靜電沉降、凝聚和沉降等。煙氣中塵粒細(xì)微而又無外界電場的作用，可忽略重力和靜電沉降，主要依靠慣性碰撞、截留和布朗擴(kuò)散3種機(jī)理。前人的研究結(jié)果表明，Devenport提出的孤立液滴慣性碰撞效率模型[1,6]、馬大廣[7]的攔截效率模型、嵆敬文[8]的布郎擴(kuò)散捕集效率模型與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合較好，因此我們根據(jù)上述相關(guān)模型計(jì)算單個(gè)液滴的綜合顆粒分級捕集效率，然后結(jié)合實(shí)際工程參數(shù)參考岳煥玲[9]提出的液滴群和多層噴淋層中不同粒徑液滴的顆粒分級捕集效率模型進(jìn)行了的計(jì)算，相關(guān)計(jì)算模型見表1所示。

表1 濕法脫硫裝置噴淋液滴顆粒物捕集效率計(jì)算模型

項(xiàng) 目計(jì)算模型(1)單個(gè)液滴對粉塵顆粒的慣性碰撞、攔截和布朗擴(kuò)散效應(yīng)①孤立液滴慣性碰撞效應(yīng)顆粒分級捕集效率模型:El=StSt+0.35()2;St=Ccd2pρpu18μgdl②孤立液滴攔截效應(yīng)顆粒分級捕集效率模型:ER=1+KR()2-11+KR≈3KRKR=dpdl③孤立液滴擴(kuò)散效應(yīng)顆粒分級捕集效率模型:ED=4Pe2+0.557R1/2eD×Sc3/8()Pe=dluD,Sc=PeReD=μgρgD,ReD=ρgdluμg④單個(gè)液滴的綜合顆粒分級捕集效率模型:ηE=1-(1-El)(1-ER)(1-ED)(2)單層噴淋層中,粒徑為dl霧滴群的顆粒分級捕集效率ηs=1-c2c1=1-e-0.0015ωηEHugLd21D3cu(3)濕法脫硫裝置噴淋液滴綜合除塵效率①濕法脫硫具有多層噴淋層(n層),粒徑為dl的噴淋液滴群對顆粒的分級除塵效率模型:ηLi=1-(1-ηi1)(1-ηi2)(1-ηin)②來自噴淋層向下運(yùn)動(dòng)的液滴具有一定的粒徑范圍(液滴粒徑分為x個(gè)間隔),噴淋液滴對顆粒的分級捕集效率模型:ηi=mi=1ηLi③濕法脫硫裝置噴淋液滴的綜合除塵效率:η=mi=1ηi×VRi100

2.2 濕法脫硫噴淋層對顆粒物捕集效率影響因素

(1)顆粒物粒徑及分級濃度分布對噴淋層協(xié)同粉塵脫除效率的影響

選用單向雙頭空心噴嘴(液滴體積平均粒徑1795μm)，液氣比L/G=14.283L/m3時(shí)，不同粒徑范圍(900～5000μm)液滴群對顆粒物分級脫除效果曲線如圖1所示。

隨著顆粒物分級粒徑的增大，脫除效率明顯增加，900μm粒徑液滴群對1μm顆粒物的脫除效率不到5%，而對10μm顆粒物的脫除效率可達(dá)70%以上，因此，煙塵顆粒的分級濃度特性對噴淋層的協(xié)同除塵效率影響很大，小顆粒(<2.5μm)比重越大，脫硫塔的協(xié)同除塵效率越低。隨著液滴粒徑增大，因其數(shù)量占比大幅減小，發(fā)生慣性碰撞、攔截和擴(kuò)散效應(yīng)的概率隨之降低，對同一粒徑顆粒物分級脫除效率隨之降低。

(2)液氣比對顆粒物協(xié)同脫除效率的影響

選用單向雙頭空心噴嘴(液滴體積平均粒徑1795μm)，液氣比選為8、12、16、20L/m3，不同液氣比條件下不同粒徑范圍(900～5000μm)噴淋霧滴群對2.5μm顆粒物脫除效果曲線如圖2所示。

上述計(jì)算結(jié)果表明，隨著液氣比的增大，吸收塔單位截面上噴淋漿液量越大，噴淋液滴數(shù)目增加，表面積增加，與顆粒物接觸機(jī)會增加，脫除效率明顯增大。對于900μm左右粒徑的液滴，液氣比從8L/m3增加到16L/m3，對2.5μm顆粒分級脫除效率從14.35%增加到26.64%，脫除率增加了84%。因此增大液氣比有助于提高濕法脫硫?qū)Ψ蹓m和細(xì)顆粒(PM2.5)的協(xié)同脫除作用。

2.3 超低排放WFGD與執(zhí)行GB13223-2011標(biāo)準(zhǔn)WFGD協(xié)同除塵效率的比較

為了分析問題，我們假定有一個(gè)脫硫工程需要做超低排放改造，設(shè)定進(jìn)口SO2濃度2450mg/m3，進(jìn)口粉塵濃度20mg/m3，出口SO2濃度在超低排放改造前后分別設(shè)定為200mg/m3和35mg/m3，選用雙頭空心噴嘴(液滴體積平均粒徑1795μm)，脫硫塔進(jìn)口飛灰顆粒物濃度分布參考清華大學(xué)對某個(gè)實(shí)際工程的顆粒物質(zhì)量累積分布測試結(jié)果[2]。

根據(jù)上述假定，我們計(jì)算了超低排放WFGD與執(zhí)行GB13223-2011標(biāo)準(zhǔn)WFGD噴淋層的協(xié)同除塵效率、噴淋層對PM2.5的脫除效率，同時(shí)把除霧器出口液滴中的含固量考慮在內(nèi)，測算了超低排放WFGD與執(zhí)行13223-2011標(biāo)準(zhǔn)WFGD的協(xié)同除塵效率，結(jié)果如表2所示。

圖1 不同粒徑范圍液滴群對顆粒物分級脫除效率

圖2 不同液氣比條件下液滴群對2.5μm顆粒分級脫除效率

項(xiàng) 目GB13223-2011標(biāo)準(zhǔn)WFGD超低排放WFGD進(jìn)口SO2濃度/mg·m-32450出口SO2濃度/mg·m-3≤200≤35設(shè)計(jì)脫硫效率/%91.8498.57設(shè)計(jì)液氣比/L·m-310.3517.55噴淋層數(shù)34進(jìn)口飛灰顆粒物/mg·m-320噴淋層出口飛灰/mg·m-35.013.34噴淋層協(xié)同除塵效率/%74.9583.30進(jìn)口PM2.5濃度/mg·m-38.75噴淋層出口PM2.5/mg·m-35.013.34噴淋層PM2.5脫除效率/%42.7461.83WFGD出口液滴/mg·m-35015漿液滴含固量/wt%15WFGD出口液滴固體/mg·m-37.52.25WFGD出口顆粒物/mg·m-312.515.59WFGD協(xié)同除塵效率/%37.4572.05

表2計(jì)算可以給我們以下幾點(diǎn)認(rèn)識：

(1)WFGD對飛灰顆粒物協(xié)同脫除的主要貢獻(xiàn)是噴淋層。根據(jù)前述WFGD噴淋霧滴捕集顆粒物的機(jī)理分析與模型計(jì)算，噴淋層對較大粒徑顆粒的脫除效率是較高的，而這一部分顆粒占重量濃度的大部分，所以計(jì)算結(jié)果顯示，對執(zhí)行GB13223-2011標(biāo)準(zhǔn)WFGD，噴淋層協(xié)同除塵效率74.95%，超低排放WFGD噴淋層協(xié)同除塵效率83.30%。

(2)WFGD的整體協(xié)同除塵效率需要考慮WFGD逃逸液滴中的石灰石、石膏等固體顆粒物分量。在進(jìn)口粉塵濃度條件不變的情況下，由于超低排放WFGD改造安裝了高效除霧器，超低排放WFGD協(xié)同除塵效率可保持在72.05%，而執(zhí)行GB13223-2011標(biāo)準(zhǔn)WFGD由于我們假設(shè)的原除霧器設(shè)計(jì)效率較低，出口液滴排放濃度較高，其協(xié)同除塵效率降到了37.45%。為了保障WFGD整體的協(xié)同除塵效率和較低的顆粒物總排放濃度，需要應(yīng)用高效除霧器把WFGD出口液滴排放濃度降到足夠低。

(3)對于我們特別關(guān)注的細(xì)顆粒物(PM2.5)，執(zhí)行GB13223-2011標(biāo)準(zhǔn)WFGD噴淋層的協(xié)同脫除效率為42.74%，超低排放WFGD噴淋層的協(xié)同脫除效率為61.83%，提效44.67%，分析超低排放WFGD噴淋層脫除細(xì)顆粒物效率較高的主要原因，在于大幅增加了WFGD的液氣比，使得噴淋霧滴總的表面積增加，與細(xì)顆粒接觸的概率增加，從而明顯提高了顆粒物特別是PM2.5的協(xié)同脫除效率。

表3是我國部分超低排放WFGD工程的協(xié)同除塵效果，其中A為華能南通電廠4號機(jī)組(350MW)，B為華能國際電力股份有限公司玉環(huán)電廠一期1000MW機(jī)組，C為首陽山公司二期300MW機(jī)組。實(shí)際WFGD工程的協(xié)同除塵測試效率與理論計(jì)算結(jié)果存在一定的差別，但是趨勢是一致的，部分案例數(shù)據(jù)還比較接近。

表3 實(shí)際超低排放WFGD工程協(xié)同除塵效果

項(xiàng) 目A電廠B電廠C電廠進(jìn)口粉塵濃度/mg·m-312.6915.5323.20出口粉塵濃度/mg·m-34.102.863.90協(xié)同除塵效率/%67.781.3383.19

超低排放WFGD與執(zhí)行GB13223-2011標(biāo)準(zhǔn)WFGD比較，無論是通過理論計(jì)算比較，還是通過工程實(shí)際測試結(jié)果來比較，證明超低排放WFGD對執(zhí)行GB13223-2011標(biāo)準(zhǔn)WFGD提高協(xié)同除塵效率的大致幅度是一致的。這也間接地證明了噴淋層是WFGD協(xié)同除塵作用的主力軍。

3 濕法脫硫用機(jī)械類除霧器協(xié)同除塵機(jī)理

3.1 除霧器的工作機(jī)理及主要作用

除霧器是WFGD的重要設(shè)備，安裝于脫硫塔頂部，常采用機(jī)械除霧器，用以去除煙氣攜帶的小液滴，保護(hù)下游設(shè)備免遭腐蝕和結(jié)垢[10-12]。

除霧器對協(xié)同除塵的主要作用在于捕集逃逸液滴的同時(shí)捕集了液滴中顆粒物(石灰石、石膏及被液滴包裹的煙塵等)。SO2與顆粒物的超低排放對WFGD的除霧器組件提出了更高要求，一方面，通過增加液氣比與噴淋層數(shù)、提高噴淋覆蓋率等措施實(shí)現(xiàn)高效脫硫，但在另一方面一定程度上增加了進(jìn)入除霧區(qū)的液滴總量，使其負(fù)荷增加。同時(shí)為了保證WFGD出口煙氣的顆粒物達(dá)到超低排放濃度要求，實(shí)際超低排放WFGD工程一般會應(yīng)用多級或組合型(管式、屋脊式、水平煙道式)高效除霧器以保證WFGD出口液滴濃度處在較低水平，以盡量減少逃逸液滴中的顆粒物對排放的貢獻(xiàn)。

3.2 WFGD除霧器協(xié)同除塵的貢獻(xiàn)討論

當(dāng)今高效除霧器能將WFGD出口液滴排放濃度控制得比較低已得到工程實(shí)際的驗(yàn)證。但有人可能要問，這一類的除霧器對噴淋層出口的飛灰顆粒物是否有較高的直接脫除作用呢？我們認(rèn)為，應(yīng)該說會有一定作用。但是，從本文對噴淋層協(xié)同除塵效果分析可以看出，未被噴淋層捕集的飛灰顆粒物的平均粒徑非常小。在現(xiàn)實(shí)燃煤電廠超低排放治理?xiàng)l件下，脫硫前的除塵器出口飛灰顆粒物濃度一般控制在20mg/m3左右，平均粒徑約是3.02μm[2]，經(jīng)過脫硫塔噴淋層協(xié)同除塵作用后，噴淋層出口的飛灰顆粒物平均粒徑<1μm。從分析可知，機(jī)械除霧器對液滴的臨界分離粒徑在20～30μm左右，可以推斷，機(jī)械除霧器對噴淋層出口的飛灰顆粒物直接脫除(液滴包裹的除外)作用很有限，不太可能成為協(xié)同除塵的主要貢獻(xiàn)者。

4 超低排放技術(shù)路線的選擇

4.1 WFGD的主要功能定位與協(xié)同除塵的局限性

WFGD的主要功能定位是脫硫，工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)時(shí)要確定設(shè)計(jì)輸入與輸出條件，在設(shè)計(jì)煤種上會選含硫量較高的煤種進(jìn)行設(shè)計(jì)，根據(jù)要求的出口SO2濃度設(shè)計(jì)脫硫效率，從而設(shè)計(jì)整個(gè)脫硫系統(tǒng)(包括噴淋層系統(tǒng)和運(yùn)行參數(shù))，對除塵作用基本上是協(xié)同的概念。從我們前述計(jì)算與測試數(shù)據(jù)來源，大多數(shù)是以全負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)而言。實(shí)際上，WFGD運(yùn)行是與煤的含硫量、發(fā)電負(fù)荷緊密聯(lián)系的，根據(jù)WFGD實(shí)際進(jìn)口SO2濃度進(jìn)行控制，調(diào)節(jié)循環(huán)泵開啟的個(gè)數(shù)，控制噴淋量與漿液pH。這樣可能導(dǎo)致協(xié)同除塵效率不是很穩(wěn)定，運(yùn)行中二者難以兼顧。當(dāng)采用WFGD后沒有配置濕式電除塵器的超低排放治理技術(shù)路線工程中，WFGD就是除塵的終端把關(guān)設(shè)備，在某種特定應(yīng)用煤種情況下(如低硫煤、高灰分、高比電阻粉塵)，WFGD進(jìn)口比較低的SO2濃度與較高的飛灰顆粒物濃度同時(shí)出現(xiàn)，WFGD的運(yùn)行將難以兼顧，不大可能為了維持較高的除塵效率將噴淋層全負(fù)荷投運(yùn)，這就是WFGD協(xié)同除塵的局限性。WFGD的主要功能定位就是脫硫，除塵僅僅是協(xié)同作用，不可把除塵的終端把關(guān)全部責(zé)任交給WFGD。

4.2 濕式電除塵器對超低排放與多污染物協(xié)同控制的重要作用

濕式電除塵器(WESP)安裝于WFGD下游，WESP除塵原理與干式電除塵收塵原理相同，都是依靠高壓電暈放電使得粉塵顆粒荷電，荷電粉塵顆粒在電場力的作用下到達(dá)收塵極。在工作的煙氣環(huán)境和清灰方式上兩者有較大區(qū)別，干式電除塵器主要處理含水很低的干氣體，WESP主要處理含水較高乃至飽和的濕氣體；干式電除塵器一般采用機(jī)械振打或聲波清灰等方式清除電極上的積灰，而WESP則通過噴淋系統(tǒng)連續(xù)噴霧在收塵極表面形成完整的水膜將粉塵沖刷去除。由于WESP進(jìn)口煙氣溫度低且處于飽和濕態(tài)，水霧與粉塵結(jié)合后比電阻大幅下降，使得WESP對粉塵適應(yīng)能力強(qiáng)，同時(shí)不存在二次揚(yáng)塵[15]，因此無論前部條件是否波動(dòng)，WESP對細(xì)顆粒和WFGD除霧器逃逸液滴均具備較高的脫除效率，WESP還能有效捕集其它煙氣治理設(shè)備捕集效率較低的污染物(如PM2.5、SO3酸霧和Hg等)，可作為煙氣多污染物治理終端把關(guān)設(shè)備。實(shí)際工程中WESP應(yīng)用較廣，除塵效果顯著，甚至可達(dá)到更低排放要求，例如河北國華定洲發(fā)電有限責(zé)任公司1號機(jī)組(600MW)配套WESP出口粉塵排放濃度低于1mg/m3。

4.3 是否配置濕式電除塵器是超低排放技術(shù)路線選擇中的一個(gè)重要問題

根據(jù)我們的經(jīng)驗(yàn)可以列出以下幾點(diǎn)作為考慮是否需要配置WESP的主要因素：

(1)脫硫前除塵器的除塵效率是否有較大余量？如有較大余量，就可以在不利條件下啟用除塵器余量，不用過分依賴WFGD的協(xié)同除塵作用；

(2)煤種的條件：實(shí)際供應(yīng)的煤種含硫量是否波動(dòng)較?。亢蛄坎▌?dòng)小，意味著協(xié)同除塵效率比較穩(wěn)定，依靠度較高；

(3)影響除塵器除塵效率的煤種條件和飛灰條件是否相對穩(wěn)定？如果經(jīng)常可能使用影響除塵性能的困難煤種，那脫硫系統(tǒng)的協(xié)同除塵負(fù)擔(dān)就重。

(4)是否考慮未來對SO3等其他污染物的控制要求？

如果有以上(1)～(3)的不利條件，同時(shí)考慮到未來對SO3等可凝結(jié)顆粒物和其他污染物的控制要求，那么論證配置WESP的必要性是應(yīng)該的。

目前，關(guān)于超低排放技術(shù)路線的選擇有很多探討，實(shí)際工程上的問題和條件是很復(fù)雜的，除了技術(shù)條件，還有現(xiàn)場場地條件、煤種來源穩(wěn)定性、負(fù)荷波動(dòng)狀況等等其他因素需要考慮。所以我們認(rèn)為超低排放技術(shù)路線選擇的核心就是具體問題具體分析。

超低排放技術(shù)路線中的關(guān)鍵問題是多污染物協(xié)同控制，在各主要治理設(shè)備中理清主要功能和協(xié)同功能非常重要，一定要考慮當(dāng)主要功能與協(xié)同功能有矛盾時(shí)如何處理，還是要保留有應(yīng)對措施。比如，在煤種多變的條件下，保留一個(gè)適當(dāng)規(guī)格的WESP作為終端把關(guān)，是一個(gè)較符合實(shí)際的選擇。

4.4 濕法脫硫協(xié)同除塵與濕式電除塵器在除塵中相互關(guān)系計(jì)算舉例

為了說明WFGD與濕式電除塵器在除塵中的相互關(guān)系，我們舉了個(gè)計(jì)算例子，按第3節(jié)“濕法脫硫噴淋液滴協(xié)同除塵機(jī)理”的關(guān)于超低排放脫硫系統(tǒng)的基本假設(shè)，取超低排放WFGD出口煙氣液滴濃度為15mg/m3(含固量15wt%)，計(jì)算液氣比分別為10、12.5、15、17.5和20L/m3的WFGD進(jìn)出口粉塵濃度關(guān)系曲線(注：這里是簡化計(jì)算，實(shí)際應(yīng)考慮塔內(nèi)其他部件對煙塵的捕集作用)，結(jié)果見圖3所示。

WFGD的液氣比越大，噴淋層協(xié)同除塵效率越高，越容易達(dá)到超低排放。對于特定液氣比條件下的WFGD，WFGD進(jìn)出口粉塵濃度呈線性關(guān)系，當(dāng)其進(jìn)口粉塵濃度在一定范圍以內(nèi)(較低)時(shí)，對應(yīng)的出口粉塵濃度處于圖中垂直網(wǎng)格區(qū)域，此時(shí)由高效除霧器配合即可滿足WFGD出口粉塵濃度達(dá)到超低排放要求；但是在斜線網(wǎng)格區(qū)域時(shí)就不能滿足WFGD出口粉塵濃度≤5mg/m3。

圖3 不同液氣比條件下WFGD進(jìn)出口粉塵濃度關(guān)系

這個(gè)結(jié)果可供設(shè)計(jì)參考，考慮實(shí)際用煤的含硫量(特別要注意低含硫量煤種)可以估算實(shí)際應(yīng)用的液氣比，考慮最差煤種可以估算進(jìn)口粉塵濃度最高值，這樣可以幫助判斷是否需要配置WESP作為除塵終端把關(guān)設(shè)備。上述結(jié)果也可供實(shí)際運(yùn)行控制時(shí)參考，在正常的煤種條件下，充分發(fā)揮WFGD的協(xié)同除塵作用，同時(shí)控制好WESP的運(yùn)行參數(shù)；在低硫煤、飛灰條件對除塵器不利條件下，用WESP起到終端把關(guān)作用實(shí)現(xiàn)超低排放(≤5mg/m3)。

5 結(jié)語

(1)WFGD協(xié)同除塵的主要貢獻(xiàn)是噴淋層，其除塵的核心機(jī)理是霧化液滴對飛灰顆粒物的慣性碰撞、攔截和擴(kuò)散效應(yīng)。通過理論計(jì)算和工程案例數(shù)據(jù)比較可看出，由于超低排放WFGD噴淋層應(yīng)用了高液氣比、多層噴淋層、高覆蓋率等措施以及高效除霧器的配合，協(xié)同除塵效率可達(dá)到70%左右。

(2)濕法脫硫裝置的主要功能定位是脫硫，除塵是協(xié)同功能。當(dāng)燃用低硫煤煤種、對除塵器不利飛灰兩種情況同時(shí)出現(xiàn)時(shí)，WFGD的脫硫與協(xié)同除塵較難兼顧，所以在粉塵超低排放技術(shù)方案選擇時(shí)，不應(yīng)過度依賴WFGD的協(xié)同除塵作用(設(shè)計(jì)上直接應(yīng)用70%協(xié)同除塵效率是有風(fēng)險(xiǎn)的)。

(3)機(jī)械除霧器主要通過高效脫除來自噴淋層的霧滴抑制WFGD出口液滴中固體含量對排放粉塵的貢獻(xiàn)，其液滴的臨界分離粒徑在20～30μm左右，對粒徑更小的噴淋層出口飛灰顆粒物(≤10μm)的脫除作用很有限，起到輔助除塵作用。

(4)濕式電除塵器對顆粒物、霧滴及其他(SO3等)污染物具有高效捕集能力，在超低排放中作為終端把關(guān)設(shè)備可以應(yīng)對煤種、工況變化的復(fù)雜情況。

(5)超低排放技術(shù)路線選擇的核心是具體問題具體分析，在各主要治理設(shè)備中理清主要功能和協(xié)同功能非常重要，在中國煤種普遍波動(dòng)較大的現(xiàn)實(shí)條件下，更要仔細(xì)認(rèn)清協(xié)同控制中協(xié)同功能的局限性，不能簡單地套用一些國外經(jīng)驗(yàn)。

[1]王 翱, 宋 薔, 姚 強(qiáng). 脫硫塔內(nèi)單液滴捕集顆粒物的數(shù)值模擬[J]. 工程熱物理學(xué)報(bào), 2014, 35(9): 1889-1893.

[2]王 琿, 宋 薔, 姚 強(qiáng), 等. 電廠濕法脫硫系統(tǒng)對煙氣中細(xì)顆粒物脫除作用的實(shí)驗(yàn)研究[J]. 中國電機(jī)工程學(xué)報(bào), 2008, 28(5): 1-7.

[3]魏宏鴿, 葉偉平, 柴 磊, 等. 濕法脫硫系統(tǒng)除塵效果分析與提效措施[J]. 中國電力, 2015, 48(8): 33-36.

[4]王東歌, 朱法華, 易玉萍,等. 基于實(shí)測的濕法脫硫系統(tǒng)對顆粒物去除效果的研究[J]. 環(huán)境監(jiān)測管理與技術(shù),2015, 27(5):21-25.

[5]夏立偉, 張學(xué)鎖, 梁會友, 等. 脫硫協(xié)同除塵技術(shù)在大型火電機(jī)組中的應(yīng)用研究[J]. 中國高新技術(shù)企業(yè), 2016(12):83-85.

[6]Devenport. Atmodpheric Environment,1978(12):997-1008.

[7]馬大廣. 除塵器性能計(jì)算[M]. 北京: 中國環(huán)境科學(xué)出版社, 1990.

[8]嵇敬文. 除塵器[M]. 北京: 中國建筑工業(yè)出版社, 1981.

[9]岳煥玲. 火電廠脫硫工藝對除塵效率的影響研究[D]. 保定：華北電力大學(xué), 2006.

[10]楊宏慧, 陳晨, 林繼香,等. 脫硫除霧器頻繁堵塞原因分析及對策[J]. 華電技術(shù), 2012, 34(8): 64-65.

[11]楊治中, 郭士義. 火電廠石灰石-石膏濕法脫硫除霧器的研究及應(yīng)用進(jìn)展[J]. 能源環(huán)境保護(hù), 2014,28(6): 11-14.

[12]張 軼, 趙 紅, 石 峰, 等. 脫硫除霧器對煙塵排放的影響的研究[J]. 廣州化工, 2014, 42(17): 107-109.

[13]馬曉麗,張襄平.無GGH濕法脫硫系統(tǒng)除霧器堵塞原因及防堵建議[J].電力科技與環(huán)保,2012,28(4):35-36.

[14]官大純,紅小春.某電廠三通道除霧器堵塞過程探析與防控措施[J].電力科技與環(huán)保,2012,28(6):42-44.

[15]朱召平, 鄭曉盼. 濕式電除塵器在煤電超低排放中的應(yīng)用[J]. 中國環(huán)保產(chǎn)業(yè), 2015(11): 52-56.

The mechanism of co-benefit dedusting in wet desulfurization and selection on technical routes of ultra-low emission

The research on co-benefit dedusting of WFGD system has been reviewed. According to the theoretical particulate trapping model caculations of droplet from WFGD spray layer and the co-benefit dedusting efficiency data comparisons on WFGD system of today's ultra-low emission, it demonstrated that the spray layer provided the major contribution in the process of co-benefit dedusting. The effect of co-benefit dedusting on WFGD confirmed has been coformed as well. Through the practical operation analysis of mechanical demister, wet electrostatic precipitator and WFGD, the function orientation of mechanical demister and wet electrostatic precipitator have been clarified, and the limitation of WFGD co-benefit dedusting has been revealed, which provided useful advice and suggestions for the selection on technical routes of ultra-low emission for coal-fired power plants.

wet flue gas desulfurization; co-benefit dedusting; core mechanism; ultra-low emission; wet electrostatic precipitator

國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(2016YFC0203700)

X701.3

B

1674-8069(2017)02-009-06

2016-12-20；

2017-01-09

郭 俊(1955-)，男，福建龍巖人,教授級高工，注冊環(huán)保工程師，享受國務(wù)院特殊津貼專家，主要從事大氣污染物凈化技術(shù)研究及管理工作。E-mail：junguo318@139.com