關(guān)于屋頂菱形管式除霧器的設(shè)計(jì)探討

張美霞

（ 上海瑞亞安環(huán)保設(shè)備有限公司，上海201413）

1 設(shè)計(jì)目的

氮氧化物(NOx)過(guò)量排放所造成的環(huán)境污染問(wèn)題愈發(fā)嚴(yán)重。國(guó)家也制定了相關(guān)的法律法規(guī)以控制NOx 的排放[1]。因此各火電廠(chǎng)對(duì)除霧器的性能也有了更高的要求。常見(jiàn)的除霧器分類(lèi)：屋頂式、平板式、菱形以及管式等。為保障除霧效果，可通過(guò)不同除霧器結(jié)合從而提高性能。目前市場(chǎng)常見(jiàn)的有屋頂管式，平板帶管式等除霧器，可以滿(mǎn)足大部分的性能需求。為了提高除霧器的性能，達(dá)到更好的除霧效果，將屋頂式、菱形以及管式三種類(lèi)型的除霧器進(jìn)行了組合。

2 工作原理

屋頂菱形管式除霧器適用于垂直向上或水平氣流的葉片除霧，當(dāng)煙氣及霧滴在正弦曲面的葉片以及中流動(dòng)，與葉片壁面產(chǎn)生連續(xù)性碰撞，多次碰撞后，霧滴動(dòng)能逐漸消失，霧滴失去速度后與煙氣分離，最后滯留在葉片表面，隨著多個(gè)霧滴重復(fù)上述過(guò)程，葉片表面的霧滴顆粒直徑逐漸增大，由于葉片的表面是光滑的，那么霧滴由于重力的作用將沿著葉片表面向下滑落見(jiàn)圖1，掉進(jìn)漿液池。對(duì)于容易結(jié)垢的霧滴，我們將在除霧器設(shè)備上配備沖洗系統(tǒng)，在霧滴結(jié)垢之前，及時(shí)沖洗葉片表面的霧滴，保障葉片間無(wú)結(jié)垢，從而避免堵塞情況發(fā)生。

圖1 除霧原理示意

在屋頂菱形除霧器下層增加管式除霧器，管子形狀為仿水滴形，仿水滴形管楔形向下布置可以減少迎風(fēng)面的阻力，且楔形尖有引導(dǎo)水膜快速滴下，不易結(jié)垢。繞過(guò)仿水滴形管側(cè)面的流體將減少了分離損失，減小了部分的流動(dòng)阻力。而當(dāng)水滴管去霧裝置的上、下兩層管排錯(cuò)位時(shí)，可增加攔截霧滴的面積，提高去霧效果。見(jiàn)圖2

圖2 防水滴管式模塊

3 主要技術(shù)參數(shù)

3.1 煙氣流速

3.1.1 進(jìn)口煙氣流速是以空塔流速V空表示，計(jì)算公式如下：

QS=3600*F*V空

V空- 空塔煙氣流速，m/s，空塔煙氣流速一般范圍在3～4m/s；

Qs- 實(shí)際工況下濕煙氣流量，m3/h；

F- 測(cè)定吸收塔斷面的面積，m2。

3.1.2 設(shè)計(jì)流速是以設(shè)計(jì)流速V設(shè)表示，計(jì)算公式如下：

V設(shè)=V空/S

V設(shè)- 設(shè)計(jì)煙氣流速，m/s，設(shè)計(jì)煙氣流速一般范圍在不超過(guò)5m/s；

S- 經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)的除霧器的有效面積率。

3.2 除霧性能

去霧性能可以用去霧效率來(lái)表示，去霧效率是去霧裝置在單位時(shí)間內(nèi)捕獲的霧滴質(zhì)量與進(jìn)入去霧裝置的霧滴質(zhì)量之比。

煙氣通過(guò)屋頂菱形管除霧器后的洗滌循環(huán)平均霧滴含量小于20mg/Nm3，該處的霧滴是指霧滴粒徑大于15μm。

除霧效率、霧滴含量、通過(guò)除霧器有效截面的氣流分布均勻性、葉片結(jié)構(gòu)、葉片之間的距離以及除霧器的布置等參數(shù)，都是裝置性能評(píng)判的重要指標(biāo)之一。

3.3 壓力降

壓力降是指煙氣通過(guò)除霧器時(shí)所產(chǎn)生的壓力損失、系統(tǒng)壓力將越大，能耗越高。壓力降數(shù)值與煙氣流速、葉片結(jié)構(gòu)、葉片間距以及帶水負(fù)荷因素有著緊密關(guān)聯(lián)。

3.4 除霧器葉片間距

對(duì)于除霧系統(tǒng)而言，其性能與運(yùn)行穩(wěn)定性與葉片間距的選擇緊密相關(guān)。當(dāng)葉片間距選擇過(guò)大時(shí)，該數(shù)值與去霧效率成反比，去霧效率降低，煙氣帶水嚴(yán)重，從而致使風(fēng)機(jī)失效；當(dāng)葉片間距選擇過(guò)小時(shí)，該數(shù)值與能耗成反比，逐漸增加，葉片容易堵塞、收縮，清洗效果降低，易致使系統(tǒng)停機(jī)。屋頂菱形管式除霧器的葉片選型如表1：

表1 除霧器葉片類(lèi)型

3.5 沖洗覆蓋率

洗滌覆蓋率是指洗滌水覆蓋除霧器部分的程度。

式中：η- 沖洗覆蓋率，%；

n- 為噴嘴數(shù)量，個(gè)；

H - 沖洗噴嘴與除霧器表面之間的垂直距離，m;

α- 為噴射擴(kuò)散角;

A- 為除霧器有效面積，m2；

根據(jù)不同工況，洗滌覆蓋率一般可在100%～300%之間，經(jīng)過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，沖洗水管的洗滌覆蓋率平均值為150%。

4 屋頂菱形管式除霧器結(jié)構(gòu)分析

圖3 屋頂菱形管式除霧器結(jié)構(gòu)

屋頂以及菱形的除霧器的結(jié)構(gòu)形式類(lèi)似房屋尖頂形狀，而菱形為倒置屋頂?shù)男螤?。屋頂與菱形模塊均由分別兩塊上下端板將葉片通過(guò)葉片梳子和8mm PP 圓棒固定在端板上。一組模塊分別為左右兩塊，正好可以拼成屋頂?shù)男螤?。一種管狀除霧器，由具有類(lèi)似水滴截面的管子組成，其特征是具有至少兩排均勻平行排列的管子組成，管排的兩端分別支撐板上，煙氣流向與管排內(nèi)管子的軸線(xiàn)方向相垂直。如圖3：

除霧器的葉片和水滴形管子由聚丙烯（PPTV）高分子材料制作而成。

5 深化設(shè)計(jì)要點(diǎn)

5.1 閥門(mén)直徑校核

一般情況下，我們會(huì)根據(jù)單根最大噴嘴數(shù)的管子的液體流速來(lái)選擇管徑的大小。計(jì)算公式如：

式中：V水- 管內(nèi)液體的最大流速，m/s;

Q水- 沖洗水管的最大瞬時(shí)流量，m3/h；

r- 沖洗水管的半徑（外徑），m

據(jù)我司要求V管≤3m/s,管徑有DN125 和DN150 兩種選擇，考慮到節(jié)約成本的因素，選擇DN125 的管子更好。結(jié)合實(shí)際案列（山西冀武球團(tuán)有限公司120 萬(wàn)噸球團(tuán)工程脫硫項(xiàng)目，以下簡(jiǎn)稱(chēng)冀武項(xiàng)目），由于客戶(hù)閥門(mén)是型號(hào)是DN100，在不改變沖洗水效率的情況下，在閥門(mén)出口靠近塔壁的位置借用DN125/DN100大小通，這樣既不影響沖洗水管對(duì)除霧器的沖洗效果，又可以滿(mǎn)足相關(guān)要求。

5.2沖洗水系統(tǒng)

沖洗水系沖洗邏輯：

在線(xiàn)沖洗系統(tǒng)的工作介質(zhì)為工藝水，除具有沖洗功能外，沖洗系統(tǒng)還具有維持煙氣脫硫系統(tǒng)水量平衡（FGD）的功能。工藝用水以2-3 公斤的壓力(推薦值)泵入沖洗管。

在設(shè)計(jì)管道系統(tǒng)時(shí)，需要做到?jīng)_洗無(wú)死區(qū)。一般來(lái)說(shuō)，噴嘴為全錐形的，噴射角度在80°到110°之間，通常為90°。沖洗系統(tǒng)是通過(guò)FGD 的閥門(mén)來(lái)控制的，基于閥門(mén)設(shè)置情況，F(xiàn)GD 被分成若干個(gè)沖洗區(qū)，從而完成單獨(dú)沖洗。沖洗水邏輯圖如圖4：

圖4 沖洗水邏輯圖

5.3 沖洗水系統(tǒng)

5.3.1 流量計(jì)算

沖洗順序通常是第一級(jí)是每40min 沖洗60s, 第二級(jí)是每60min 沖洗60s，第三級(jí)為每480min 沖洗60s。沖洗周期從第一級(jí)除霧器下面的沖洗系統(tǒng)開(kāi)始，然后到第一級(jí)除霧器上面的沖洗系統(tǒng)，最后才是第三級(jí)除霧器下面的沖洗系統(tǒng)。各個(gè)沖洗區(qū)都按規(guī)定的順序進(jìn)行沖洗期間的間隔只有幾秒鐘。

因在該沖洗周期內(nèi)會(huì)生成多余的霧滴，這些霧滴會(huì)帶向CGH 以及位于除霧器下游的其他系統(tǒng)。故而除特殊情況（如：停機(jī)期間、緊急情況下）外，在FGD 正常運(yùn)行期間不應(yīng)使用第六級(jí)沖洗系統(tǒng)。而在第三級(jí)除霧器后沒(méi)有截留霧滴的除霧器，所以說(shuō)所有的沖洗水會(huì)被截留于系統(tǒng)內(nèi)而后帶入下流。

停機(jī)期間沖洗是為了把除霧器葉片上的結(jié)構(gòu)液體殘留物在硬化之前將其沖洗掉，避免人工沖洗。

5.3.2 節(jié)流孔板

在運(yùn)行過(guò)程中，當(dāng)沖洗系統(tǒng)閥門(mén)打開(kāi)的一瞬間，沖洗水管內(nèi)部容易出現(xiàn)水錘效應(yīng)，迫使水管斷裂。因此為了避免此種情況發(fā)生而產(chǎn)生不必要的成本和時(shí)間的損失，設(shè)計(jì)了節(jié)流孔板。節(jié)流孔板原理是：水在管道中流動(dòng)時(shí)由于孔板的局部阻力，使得流體的壓力降低，從而節(jié)流。此種方式比采用調(diào)節(jié)閥簡(jiǎn)單。

具體孔板的孔徑可以根據(jù)壓差和液體流量來(lái)計(jì)算，節(jié)流孔板計(jì)算公式：

式中：Q- 經(jīng)過(guò)減壓孔板的液體流量，m3/h;

H- 減壓孔板前后所消耗的壓力，Mpa;

D- 節(jié)流孔板的孔徑，mm。

5.3.3 支撐系統(tǒng)

利用屋頂式結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)研制出一種支撐結(jié)構(gòu)方案。不僅性?xún)r(jià)比高，易于安裝效果顯著。

這種支撐的材料是一般的鋼條，鋼條表面裹上聚丙烯管子，防止腐蝕生銹和磨損。安裝時(shí)需要按照規(guī)定位置將這些支撐條放置在支撐梁上，而沖洗水管安裝在支撐條的上部或者懸掛在支撐條的下部。一般情況下，如果沖洗系統(tǒng)的噴嘴是向上噴射的，則沖洗水管就安裝在支撐條的上部，反之，則安裝在下部。見(jiàn)圖5。

圖5 支撐系統(tǒng)

6 系統(tǒng)調(diào)試

6.1 安裝檢查

屋頂菱形管式除霧器安裝零部種數(shù)量多且除霧器模塊覆蓋面廣，一般情況下安裝需要4-15 天時(shí)間。因此在調(diào)試安裝前就應(yīng)該由服務(wù)專(zhuān)工在現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)進(jìn)行檢查，是否缺件漏以及零部件在運(yùn)輸過(guò)程中的損壞，以便及時(shí)更換修補(bǔ)。同時(shí)把控好沖洗水管熱熔焊的工藝規(guī)范。

6.2 除霧器沖洗管道試漏

除霧器的沖洗水管種類(lèi)水量大，安裝時(shí)除了沖洗水管需要熱熔焊水管上的噴嘴與水管之間是螺紋連接。因此會(huì)因安裝強(qiáng)度不夠的問(wèn)題，導(dǎo)致運(yùn)行過(guò)程中脫落，造成同一支管路上的沖洗水壓力不足。因此調(diào)試過(guò)程中，需開(kāi)塔帶水檢漏。

6.3 除霧器沖洗水效果檢查

為防止除霧器葉片上積漿液的效率降低，且葉片結(jié)垢過(guò)多造成壓力過(guò)大。除霧器的沖洗水效果至關(guān)重要。屋頂菱形管式除霧器在塔頂母管的壓力不低于0.25Mpa。因此調(diào)試過(guò)程中，需要進(jìn)塔檢查各種沖洗支管的沖洗效果。

7 結(jié)論

介于屋頂菱形管式除霧器的結(jié)構(gòu)，整個(gè)除霧器有效面積大于之前相同塔徑的除霧器。因此除霧器承所承受的煙氣載荷量，除霧器分離效率和分離的霧滴極限尺寸等性能優(yōu)于相同塔徑以往的除霧器。其中管式除霧器安裝在第一級(jí)，為粗濾層，可以有效的除去大霧滴，不用另外增加沖洗水設(shè)備的布置。既能有效的改善除霧器的堵塞問(wèn)題，又能起到均布煙氣的作用。

在除霧器支撐梁鋼結(jié)構(gòu)規(guī)劃上，屋頂菱形管式除霧器實(shí)為四級(jí)除霧器，但是僅用兩層鋼支撐梁就可以達(dá)到安裝要求。因此它不僅節(jié)省吸收塔空間，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性?xún)r(jià)比高，安裝簡(jiǎn)易，最主要其組合方式新穎靈活，可以滿(mǎn)足多種排放要求。

在濕法煙氣脫硫中，多套高效屋頂菱形管式除霧器的應(yīng)用，得出其性能值能保證除霧器出口霧滴含量小于20mg/Nm3，對(duì)煙塵的貢獻(xiàn)為1.5mg/Nm3。除霧器出口霧滴含量影響煙塵排放的達(dá)標(biāo)值，因此屋頂菱形管式除霧器的應(yīng)用，提高了除霧效率，也提高了煙塵達(dá)標(biāo)排放的可能性。