關(guān)于濕法脫硫吸收塔出口效能相關(guān)研究

余輝 明章新

【摘 要】近年隨著排放標(biāo)準(zhǔn)的提高，在對燃煤電廠火力發(fā)電機組濕法脫硫吸收塔改造過程中，如何保持除霧器截面在合理的流場工況，避免除霧器由于流速過低或過高而出現(xiàn)“失效”現(xiàn)象，而一味的提高除霧器前后直段距離，則會使得增加吸收塔高度和加長煙道長度，造成投資增加，本文主要研究不同的吸收塔出口形式對除霧器截面流場進(jìn)而對霧滴脫除效率的影響。

前言

近年來，隨著環(huán)保壓力日益增加，國家對燃煤電廠排放要求也逐步提高，在《2011版大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定，在重點地區(qū)，要求煙塵排放濃度<20mg/Nm3，SO2排放濃度<50mg/Nm3，Nox排放濃度<100mg/Nm3；在2014年9月12日三部委規(guī)定的火電廠排放限值（2093號文）東部地區(qū)新建機組排放限值為煙塵<10mg/Nm3，SO2<35mg/Nm3，NOx<50mg/Nm3，中部地區(qū)原則上接近或達(dá)到、西部地區(qū)接近或達(dá)到上述限值；2015年12月2日李克強總理主持的國務(wù)院常務(wù)會議在全國全面推廣超低排放和世界一流水準(zhǔn)的能耗標(biāo)準(zhǔn)，在2020年前，完成對燃煤機組全面實施超低排放和節(jié)能改造。在此背景下，國內(nèi)燃煤電廠紛紛進(jìn)行節(jié)能改造，以滿足最新排放要求。吸收塔內(nèi)關(guān)鍵設(shè)備除霧器的效率直接影響上述標(biāo)準(zhǔn)中的粉塵能否達(dá)標(biāo)排放。

1.除霧器工作原理

燃煤鍋爐煙氣，經(jīng)過前端脫硝、電除塵等工藝后，進(jìn)入吸收塔內(nèi)部，經(jīng)過噴淋層漿液洗滌，形成夾帶液滴的濕煙氣，這些液滴中包含著固形物或可溶物，他們主要是吸收SO2后的生成物、過剩的脫硫劑以及未被捕集的煙塵，如果不除去這些液滴，這些液滴會沉積，堵塞，結(jié)垢，將會產(chǎn)生一系列的問題。例如會造成二次污染、石膏雨、后續(xù)設(shè)備的振動和腐蝕，或者是減少設(shè)備的使用效果和使用壽命。工程中常采用除霧器對脫硫后的煙氣進(jìn)行汽水分離。

當(dāng)含有霧沫的氣體以一定速度流經(jīng)除霧器時，由于氣體的慣性撞擊作用，霧沫與波形板相碰撞而被附著在波形板表面上。波形板表面上霧沫的擴散、霧沫的重力沉降使霧沫形成較大的液滴并隨氣流向前運動至波形板轉(zhuǎn)彎處，由于轉(zhuǎn)向離心力及其與波形板的摩擦作用、吸附作用和液體的表面張力使得液滴越來越大，直到集聚的液滴大到其自身產(chǎn)生的重力超過氣體的上升力與液體表面張力的合力時，液滴就從波形板表面上被分離下來。除霧器波形板的多折向結(jié)構(gòu)增加了霧沫被捕集的機會，未被除去的霧沫在下一個轉(zhuǎn)彎處經(jīng)過相同的作用而被捕集，這樣反復(fù)作用，從而大大提高了除霧效率。氣體通過波形板除霧器后，基本上不含霧沫。

2、除霧器出口霧滴含量的影響因素

決定霧滴出口含量的除霧器性能參數(shù)最重要的是：攜帶速度、極限分離粒徑和除霧器的分級分離效率。

（1）攜帶速度。除霧器的捕集效率隨氣流速度的增加而增加，這是由于流速高，作用于液滴上的慣性力大，有利于氣液的分離，但是流速的增加將造成系統(tǒng)阻力增加，使得能耗增加。并且實驗證明，流速增加到一定的程度，除霧效率不升反而急劇下降，分離后的霧滴將被氣體再次攜帶。這就是臨界氣體速度。這是除霧器選型和設(shè)計的一個重要參數(shù)。平板式除霧器臨界速度一般為5.2m/s左右，屋脊式除霧器臨界速度一般為7.2m/s左右，煙道式除霧器臨界速度一般為9m/s左右。對應(yīng)的空塔或空煙道速度一般分別為3.8m/s、4.5m/s和5m/s左右。

（2）極限分離粒徑。極限分離粒徑就是所有大于此霧滴粒徑的液滴將被100%地從氣體中分離。窄的葉片間距和長的通道長度能獲得更小的極限分離粒徑，但同時帶來積垢和阻塞的問題。平板式除霧器極限粒徑為28～32μm左右，屋脊式除霧器極限粒徑為22～24μm左右，煙道式除霧器極限粒徑約為15μm左右。

（3）除霧器的分級分離效率。每一級除霧器除了能夠100%分離大于極限霧滴的顆粒，還可以分離那些比極限粒徑小的顆粒，這部分分離效率即為分級分離效率。下圖體現(xiàn)了同種工況下同種型號除霧器不同級數(shù)的分級分離效率：

3、不同吸收塔出口形式對除霧器效率的影響

從上面影響除霧器效率的因素可以看出，通過除霧器葉片的煙氣流速對除霧效率的影響至關(guān)重要，即空塔或空煙道速度一般分別為3.8m/s、4.5m/s和5m/s左右，在實際工程中，除霧器截面會存在一定的速度離散偏差（CV），由于吸收塔內(nèi)和煙道除霧器往往都與吸收塔出口設(shè)置形式直接相關(guān)，而目前常見的吸收塔出口主要有以下四種：

下列為再其他條件保持一致的情況下，通過CFD分析，考察吸收塔出口形式對除霧器截面速度離散偏差程度：

根據(jù)上表數(shù)據(jù)，對比塔內(nèi)煙氣的流場，偏心的出口型式在塔內(nèi)形成明顯的偏流。分析原因可能是這種型式對煙氣一側(cè)造成了擠壓作用，煙氣出口方向的阻力小，煙氣往壓力小的方向偏流。其流場的偏心影響在塔內(nèi)，甚至影響到除霧器入口的氣流分布，影響除霧效率。頂出型式對塔內(nèi)煙氣擠壓作用相對對稱，塔內(nèi)中心部分煙氣流速較高，邊緣區(qū)域流速低。其流場偏心的影響在出口錐段上。這種流場分布能配合除霧器流場的需求，如邊緣區(qū)域除霧器盲板對煙氣的阻擋。塔出口凈煙道的流場，煙氣經(jīng)過塔出口后，側(cè)出型式項目在凈煙道處流場相對均勻。若未來要安裝煙道除霧器則側(cè)出出口的凈煙道的流場更能滿足流場要求。

4、不同吸收塔出口形式工程量對比

下面以16.8m的600MW級鍋爐為例，，分別將鋼材用量、防腐面積以及風(fēng)載荷的迎風(fēng)面積等參數(shù)予以對比

結(jié)束語

通過以上對比分析，結(jié)合各項目具體情況，若對性能要求不高的項目，可以采取出口形式C的扁平出口，這樣可以節(jié)約投資，但如果在超凈項目的改造上遇到出口C的形式，則需要根據(jù)CFD的模擬結(jié)果加大除霧器頂部到吸收塔出口下沿的距離。出口形式C能比較好的兼顧塔體總高度和塔內(nèi)流場要求，在目前普遍項目的執(zhí)行過程中，除霧器頂部到錐頂下沿的距離2m左右可以達(dá)到超凈項目的流場要求。當(dāng)需要采用頂出形式時候，則有A，B三種出口形式可以選擇，這里需要考慮的是，頂出出口在滿足除霧器截面CV值的前提下，除霧器頂部到錐頂下沿的距離能否減小以降低吸收塔的整體高度。

（作者單位：1武漢凱迪電力環(huán)保有限公司；

2 武漢工程大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院）