旋流氣帽水洗裝置在煙氣超潔凈排放治理中的應(yīng)用

胡靜齡，楊森林，鐘 璐，楊穎欣，胡小吐

(廣東佳德環(huán)?？萍加邢薰荆瑥V東 廣州 510663)

0 引言

顆粒物和SO2是大氣中的主要污染物，嚴(yán)重危害著環(huán)境和人體健康，煤炭燃燒是大氣污染物主要來源之一[1]。我國是燃煤大國，以煤炭為主要能源，煤炭一直占我國能源生產(chǎn)和消耗的70%以上, 煤炭燃燒過程中會產(chǎn)生大量的顆粒物SO2等有害物質(zhì)[2-4]。根據(jù)《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB13223-2011)，要求火電廠從2014年7月1日起煙氣中固體顆粒物排放濃度小于30mg/m3，其中就包括了氣溶膠的排放。

隨著環(huán)保要求的不斷提高，現(xiàn)有脫硫裝置需要考慮后續(xù)環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的提升對裝置帶來的新的要求和裕量保障。根據(jù)國家發(fā)展改革委、環(huán)境保護(hù)部、國家能源局2014年9月12日關(guān)于《煤電節(jié)能減排升級與改造行動計劃(2014-2020年)》(發(fā)改能源[2014]2093號)，要求東部地區(qū)到2020年現(xiàn)役燃煤發(fā)電機組改造后大氣污染物排放原則上接近或達(dá)到燃?xì)廨啓C組排放限值(即在基準(zhǔn)氧含量6%條件下，煙塵(即固體顆粒物)、SO2、NOx排放濃度分別不高于10、35、50mg/m3)，鼓勵其他地區(qū)現(xiàn)役燃煤發(fā)電機組實施大氣污染物排放濃度達(dá)到或接近燃?xì)廨啓C組排放限值的環(huán)保改造。

濕式氨法脫硫技術(shù)是國際上認(rèn)可的火電廠脫硫技術(shù)[5]，能同時進(jìn)行脫硫和除塵，吸收劑成本低，無二次污染，副產(chǎn)物硫酸銨可再利用，被越來越廣泛地應(yīng)用于火電廠的煙氣治理中。氨法脫硫技術(shù)是采用液氨或氨水作為吸收劑，在吸收塔內(nèi)通過噴淋與煙氣中的SO2反應(yīng)生成亞硫酸銨，再通過強制氧化生成硫酸銨的工藝。因受工藝條件限制，在脫硫過程中不可避免會產(chǎn)生大量粒徑非常細(xì)小的霧滴，統(tǒng)稱氣溶膠，因其具有粒徑小、捕捉困難等特點，極易被煙氣夾帶而隨同排放，成為氨法脫硫排放控制的主要問題[6]。Janmes 等[7]發(fā)現(xiàn)NH4和SO2在有水汽時可通過氣相反應(yīng)產(chǎn)生NH4HSO3和(NH3)2SO3顆粒。顏金培等[8]研究發(fā)現(xiàn)氣溶膠生成的途徑主要有兩個：一是從吸收液中揮發(fā)的NH3與煙氣中SO2在氣相中反應(yīng)生成氣溶膠顆粒，是氣溶膠生產(chǎn)的主要途徑；二是吸收液在高溫?zé)煔庵姓舭l(fā)析出的脫硫產(chǎn)物氣溶膠顆粒。

當(dāng)前火電廠脫硫治理主要是采用濕法空塔噴淋塔脫硫技術(shù)，通過噴淋堿液吸收煙氣中的SO2氣體，氣液接觸會使煙氣中形成粒徑為10～60μm的霧滴，這些霧滴通常包含懸浮物和溶解鹽，不僅含有水分，還溶有硫酸鹽、SO2、SO3酸霧、微塵等氣溶膠，其粒徑大小為0.001～10μm，這些物質(zhì)排入空氣中，它們與霧氣結(jié)合在一起，讓天空變得灰蒙蒙，也給周圍設(shè)備和環(huán)境帶來一系列問題。而傳統(tǒng)的折板式機械除霧器對霧滴除去的上限粒徑約為40μm，對小于此粒徑的細(xì)微氣溶膠基本無能為力[9]。

本文給出一種旋流板洗滌裝置，具有分離效率高、阻力小、不易堵塞等優(yōu)點。旋流板是利用離心力使液粒從氣流中分離，而液粒所受離心力的大小同旋轉(zhuǎn)半徑成反比例，半徑越小離心力越大，分離效果越好，在大直徑塔中采用多個小直徑旋流板除霧器并列組合而成的方式可提高分離效果[10]。

1 旋流氣帽水洗裝置原理及設(shè)計

1.1 水洗裝置的原理

在吸收塔漿液噴淋層上部安裝一套帶旋流氣帽的水洗裝置，對煙氣夾帶的氨氣和硫酸銨進(jìn)行洗滌，降低煙氣夾帶量，減少氣溶膠排放。

水洗裝置主要部件有：

(1)水洗噴淋層。噴淋水源使用工藝水，由地面水洗罐及水洗泵提供，兩層噴淋層。

(2)氣帽組件。采用多個旋流氣帽均布結(jié)構(gòu)，氣帽結(jié)構(gòu)使煙氣能從單個氣帽中間由下而上經(jīng)旋流板除霧后煙氣從氣帽上部出氣，托盤底部收集上部水洗噴淋水回流至水洗罐，使水洗罐系統(tǒng)水量平衡。整個氣帽在塔體內(nèi)均布，布局合理，氣流均勻通過，不會產(chǎn)生偏流。托盤設(shè)計合理，能滿足鍋爐正常工況運行要求。氣帽組件能夠防止脫硫塔下部噴淋漿液夾帶，殘余少量氣溶膠經(jīng)兩層水洗后使氣溶膠濃度大幅降低，達(dá)到超低排放要求。

1.2 設(shè)計圖

水洗裝置工藝流程和旋流氣帽結(jié)構(gòu)如圖1、圖2所示。

2 工程應(yīng)用實例

為滿足不斷提高的環(huán)保要求，巴陵石化動力事業(yè)部1號鍋爐煙氣脫硫采用J-TECH氨法煙氣脫硫技術(shù)進(jìn)行超潔凈排放改造，主要針對出口氣溶膠濃度問題，實施了旋流氣帽水洗裝置技術(shù)方案。水洗塔盤主要設(shè)計參數(shù)風(fēng)表1。

圖1 水洗裝置系統(tǒng)流程

圖2 旋流氣帽示意

表1 水洗塔盤主要設(shè)計參數(shù)

項 目數(shù) 值煙氣量/m3·h-1270000煙氣溫度/℃50煙氣流速(塔內(nèi))/m·s-11．86塔內(nèi)徑/m7．8水洗噴淋量/m3·h-1200×2氣帽總流通面積比/%46阻力/Pa200

3 應(yīng)用結(jié)果與分析

3.1 檢測數(shù)據(jù)結(jié)果及分析

煙氣中氣溶膠的濃度測定參照《固定污染物排氣中顆粒物和氣態(tài)污染物采樣方法》(GB/T16157-1996)的規(guī)定執(zhí)行。

對巴陵石化分公司動力事業(yè)部1號爐改造前顆粒物濃度(表2)為28.6mg/m3，滿足《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB13223-2011)的限值。

改造后，原煙氣、凈煙氣粉塵濃度測試結(jié)果見表3、表4。在100%負(fù)荷的情況下，脫硫裝置原煙氣平均粉塵濃度17.2mg/m3(標(biāo)干態(tài)、6%O2)，凈煙氣平均粉塵濃度為2.6mg/m3(標(biāo)干態(tài)、6%O2)，除塵效率為85.1%，完全達(dá)到設(shè)計要求。

表2 1號爐改造前煙氣污染物排放數(shù)據(jù) mg/m3

表3 原煙氣粉塵濃度測試結(jié)果

樣品編號煙氣體積/L采樣前重量/g采樣后重量/g粉塵重量/%O2/%粉塵濃度/mg·m-3161117．706817．720914．15．0721．74266918．071218．081910．75．1215．10368317．828717．83869．95．1713．73469718．007018．022415．45．1120．855169717．921417．948326．94．9714．83

表4 凈煙氣粉塵濃度測試結(jié)果

樣品編號煙氣體積/L采樣前重量/g采樣后重量/g粉塵重量/%O2/%粉塵濃度/mg·m-3677218．188418．19173．35．424．117120118．597218．60073．55．392．80876818．437818．44224．45．375．50983718．556218．55741．25．311．371084717．880817．88120．45．250．451166118．472018．47280．85．321．16

3.2 水洗噴淋強度的效果對比

在控制其他工況條件不變的情況下，調(diào)整水洗噴淋開啟工況來測試水洗塔盤在整個系統(tǒng)中對氣溶膠排放濃度控制的作用。水洗噴淋對煙塵濃度作用的數(shù)據(jù)見表5。

從對比試驗研究來看，吸收塔末端水洗盤的水洗噴淋對最終氣溶膠的控制作用顯著，水洗噴淋停運時，出口顆粒物濃度可達(dá)80.78mg/m3。開水洗噴淋，出口顆粒物濃度可大幅降至10mg/m3以下，開一層水洗噴淋測得的平均煙塵濃度為5.72mg/m3，單層洗滌效率可達(dá)90%；開二層水洗噴淋時測到的平均煙塵濃度可降到5mg/m3以下。

表5 噴淋水洗對控制氣溶膠排放濃度作用的檢測數(shù)據(jù)

項目煙氣量/m3·h-1煙塵濃度/mg·m-3項目煙氣量/m3·h-1煙塵濃度/mg·m-3停止25075280．78二層2482275．33一層2516807．55二層2443393．67一層2396784．00二層2630955．59一層2601835．61二層2287023．75

4 結(jié)語

從分析結(jié)果可知，改造后燃煤鍋爐的脫硫除塵系統(tǒng)中的水洗塔盤系統(tǒng)能大幅度降低煙氣排放中氣溶膠的濃度，經(jīng)過超潔凈治理后排放的煙氣中氣溶膠濃度降低到5mg/m3以下，優(yōu)于國家排放標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)過試驗證明水洗塔盤系統(tǒng)的運行穩(wěn)定，能達(dá)到設(shè)計要求。該旋流氣帽水洗裝置有助于煙氣氣溶膠治理效果的提高，有利于促進(jìn)我國大氣污染的治理，在煙氣治理的環(huán)保市場上有推廣價值。

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