燃煤機組煙囪出口煙氣帶水問題分析

趙繼康

摘? 要：目前燃煤電廠普遍取消了GGH，吸收塔出口的煙溫在50℃左右。通常情況下，超低排放改造通過高效除霧器保證霧滴不超過20mg/Nm3，但由于煙囪在整個系統(tǒng)的尾端，在保證除霧器的有效性外，還需保證煙囪的設計也在合理的煙氣流速范圍內，否則單一通過除霧器改造，并不能保障避免煙囪雨的產生。煙囪飄雨現(xiàn)象與煙氣狀態(tài)、煙囪內煙氣流速、大氣環(huán)境等因素有關。本文剖析了某330MW燃煤機組煙囪飄雨的原因并給出了解決建議。

關鍵詞：煙囪飄雨? 除霧器? 冷凝? 二次夾帶

中圖分類號：TK26? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098 X （2020）07（b）-0031-03

Abstract： As GGH has been abandoned by most coal-fired power plants， flue gas temperature at the outlet of absorption towers is lowered to around 50 ℃. In general， the ultra-low emission transformation ensures that the concentration of fog drop in the flue gas does not exceed 20 mg/Nm3 by using high-efficiency demisters. However， as the stack is at the end of the whole system， in addition to ensuring the effectiveness of the demister， it is also essential that the stack is properly designed such that the flue gas velocity inside the stack is within reasonable range. Otherwise， the transformation of the demister alone cannot prevent the occurrence of the “stack rain”， which is affected by various factors including the state and velocity of the flue gas， the atmospheric environment and so on. This paper analyzes the cause of stack rain of a 330MW coal-fired power plant and suggestions are given to solve the problem.

Key Words： Stack rain;Demister; Condensation; Secondary entrainment

某發(fā)電廠共裝設4臺機組，其中#3、#4機組容量為2×330MW，鍋爐采用武漢鍋爐廠制造的型號為WGZ1065/18.4-1型的亞臨界參數(shù)、一次中間再熱、單爐膛、自然循環(huán)汽包爐，采用石灰石-石膏濕法煙氣脫硫技術。脫硫系統(tǒng)設計參數(shù)為：FGD入口SO2濃度為2200mg/Nm3，脫除效率≥95%，采用一爐一塔配置，三層漿液噴淋層，漿液循環(huán)泵流量為7230m3/h，吸收塔本體漿液池容積為1184m3。近期對#4原脫硫系統(tǒng)進行了超低排放改造，技術要求為：（1）脫硫裝置入口SO2濃度2850mg/Nm3（標態(tài)、干基、6% O2，下同），脫硫裝置出口SO2濃度≤35mg/Nm3，脫硫效率≥98.78%;（2）對現(xiàn)有吸收塔除霧器改造，使脫硫裝置出口霧滴濃度降至20mg/Nm3以下;（3）改造后的脫硫裝置的協(xié)同除塵實現(xiàn)脫硫裝置出口凈煙氣固體顆粒物濃度≤5mg/Nm3。

該機組超低排放改造效果的第三方測試結果如表1。測試結果表明，超低改造工程完成后，脫硫裝置出口SO2濃度、NOx濃度、顆粒物濃度以及石灰石耗量等指標均優(yōu)于合同要求的性能保證指標，但霧滴含量為27.54mg/Nm3，沒有達到設計值，同時現(xiàn)場存在“煙囪飄雨”的現(xiàn)象，對周邊環(huán)境和居民生活造成了不利影響。

1? 煙囪出口帶水的一般成因

4機組2008年原脫硫裝置投運后，煙囪周邊區(qū)域飄雨嚴重，尤其在冬季更為嚴重，水滴中帶有明顯的白色物質。2016年超低改造完成后，煙囪周邊區(qū)域仍有飄雨現(xiàn)象，但水滴中白色物質明顯降低。這種現(xiàn)象說明煙囪出口帶水的原因是多方面的。

1.1 脫硫漿液滴逃逸及“石膏雨”

為實現(xiàn)二氧化硫的超低排放以及協(xié)同脫除部分顆粒物，多數(shù)燃煤電廠采用了濕法脫硫工藝。石膏漿液經(jīng)吸收塔噴淋層噴嘴霧化后形成粒徑920μm左右的液滴，下落過程中與上行煙氣逆流而部分破碎產生少量直徑在15μm左右或更大的霧滴。經(jīng)過噴淋層上方的除霧器后，直徑不小于22μm的霧滴被去除99.99%以上，直徑15～22μm的液滴被去除約50%，而15μm以下的霧滴基本全部逃逸。因此凈煙氣中必然有一定量的石膏漿液滴。若吸收塔內流場不均、流速過高或除霧器發(fā)生了堵塞、破損甚至缺失，則大量石膏漿液滴逃逸進入大氣并在煙囪或電廠周邊落下，即形成所謂“石膏雨”。

1.2 煙道及煙囪冷凝液滴的二次攜帶

飽和濕煙氣在流經(jīng)煙道和煙囪的過程中，水蒸氣會在溫度較低的煙道壁和煙囪內壁上冷凝，并在煙道、煙囪壁上形成液膜。正常情況下，煙囪壁上的液膜在重力作用下而向下流淌。但在煙囪內煙氣流速較高的情況下，煙氣流動會對液膜形成湍流擾動，液膜部分破碎形成的小液滴被煙氣夾帶而進入環(huán)境中。煙氣的流速越高，生成和夾帶的液滴也就越多，當煙氣流速過高時，甚至會造成液膜向上流動。剪切形成的夾帶液滴一般尺寸較大，通常在100～500μm，大直徑液滴會隨煙氣向上運動而進入大氣環(huán)境，在煙囪周圍區(qū)域降落形成“煙囪雨”。

1.3 煙氣進入大氣后的冷凝

在環(huán)境溫度較低、大氣中的水分接近飽和、氣象擴散條件較差的天氣狀況下，飽和濕煙氣離開煙囪進入環(huán)境后降溫冷凝也會生成水滴。生成的冷凝水滴的粒徑、數(shù)量與煙氣溫度、環(huán)境條件有關。當形成的水滴粒徑較大且未及時擴散時，就會在重力作用下下落。

2? 煙囪出口帶水的定量分析

2.1 脫硫漿液滴逃逸量

4機組吸收塔煙氣出口溫度為62.4°C，飽和煙氣含濕量為141.5g/m3，1.0×106 Nm3/h的煙氣量對應攜帶水（蒸氣）的量為141.3t /h。實際測試除霧器出口凈煙氣液滴（以液態(tài)形式存在）含量為27.54mg/ Nm3，折合含水量為27.5 kg/h?？梢妰魺煔忪F滴含量相對于飽和煙氣含水量來說是可以忽略的。

2.2 煙囪中水蒸氣冷凝的影響因素

根據(jù)西安熱工院一組冷凝水模擬量分析（見表2）可以看出：（1）冷凝水量隨著環(huán)境溫度升高，凝結水量有較大程度的降低;（2）在相同的條件下，設置冷凝裝置，具有一定導流作用，不設置冷凝液收集槽，煙囪逸出量液滴量大;（3）有水平煙道保溫比沒保溫收集凝結水量大。

2.3 煙囪內煙氣流速對“煙囪雨”的影響

為了防止煙囪內壁二次夾帶的發(fā)生，國內外相關標準對煙囪內煙氣流速提出了要求。德國要求BMCR工況下煙囪內煙氣流速≤16m/s;美國電力研究院（EPRI）最新頒布的《濕煙囪設計導則（2012）》對“煙囪雨”解決路線給出了明確說明。按照《濕煙囪設計導則（2012）》，影響“煙囪雨”問題的主要因素包括煙氣流速、防腐內襯類型、煙囪結構、脫硫系統(tǒng)參數(shù)等，其中對于最主要的影響因素即煙氣流速和內襯類型的推薦組合如表3。國內標準《煙囪設計規(guī)范》（GB 50051—2013）要求排煙筒內部應設置冷凝液收集裝置。

本文所述#4機組與所在電廠#3機組兩爐共用一座煙囪。煙囪為單管鋼內筒，內襯陶瓷磚，出口內徑7.0m。單臺爐1.0×106 Nm3/h的干煙氣量，在實際溫度62.4℃時，兩臺爐的實際工況飽和濕煙氣量為2.81×106 m3/h，對應煙囪出口煙氣流速為20.3m/s，超過了煙氣臨界流速，造成的二次夾帶是形成“煙囪雨”現(xiàn)象的直接原因。

3? 結語

基于煙囪出口帶水的影響因素和影響規(guī)律分析了某330MW燃煤機組煙囪雨的成因，發(fā)現(xiàn)煙囪帶水的主要來源是飽和煙氣中攜帶的冷凝液，是由煙囪內煙氣流速過高而導致的“二次夾帶”引起的。高效除霧器出口凈煙氣攜帶的霧滴對煙囪雨形成的影響較弱，不是形成煙囪雨的主要原因。

建議從以下方面進行“煙囪雨”的治理：

（1） 為減少冷凝液的逃逸，應在煙囪內設置分段收集和排放裝置，對煙囪筒壁的液膜層進行破壞、收集和外排，避免液膜堆積過厚造成煙氣二次夾帶。

（2） 若考慮現(xiàn)運行情況，無法在線改造原煙囪，僅針對消除“飄雨”現(xiàn)象，一般煙氣出口每降低1℃，可以增加6～7t/h冷凝水。因此若將吸收塔出口溫度降低到50℃附近，收集40t/h左右的冷凝水，并在脫硫后采用煙氣冷凝+MGGH升溫工藝方案，即可消除飄雨現(xiàn)象。

（3）運行時應注意控制除霧器沖洗水量，保證沖洗水壓力不要過大，同時注意吸收塔內漿液運行時的品質，避免漿液中的油、雜質或灰含量過多造成漿液起泡，從而導致煙氣中漿液攜帶量增大，造成“飄雨”現(xiàn)象惡化。

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