溼法脫硫協同除塵機理及超低排放技術路線選擇

2020-11-22 北極星環保網

北極星大氣網訊:隨著國家三部委《全面實施燃煤電廠超低排放和節能改造工作方案》的實施，燃煤電廠煙氣治理設備超低排放改造工作突飛猛進，成績顯著。在實施溼法脫硫(WFGD)超低排放方面，各環保公司紛紛開發了脫硫噴淋塔技術改造提效升級的多種新工藝，如單塔雙循環技術、雙託盤技術、單塔雙區(三區)技術、旋匯耦合技術等，特別在脫硫塔核心部件噴淋系統上，採用增強型的噴淋系統設計(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。特別引人關注的是，在超低排放脫硫系統脫硫效率大幅提高的同時，其協同除塵效果也顯著提高，一批改造後脫硫系統的協同除塵效率(淨效率，已包含脫硫系統逃逸漿液滴的含固量)達到了70%，甚至有更高的報導。

面對這樣的事實，與之相關的問題亟需得到解答與澄清：

(1)超低排放溼法脫硫協同除塵的核心機理是什麼?

(2)溼法脫硫協同除塵技術是否有局限性?應用中應注意哪些問題?

(3)超低排放技術路線選擇中如何把握好溼法脫硫協同除塵與溼式電除塵器的關係?

本文旨在追根溯源，一方面回顧總結過去在這方面的研究;一方面從機理出發，研究噴淋系統(及除霧器)對顆粒物脫除的作用。並採用理論模型計算與實際工程案例比較的方法，論證溼法脫硫噴淋系統是協同除塵的主要貢獻部件，同時分析溼法脫硫協同除塵的局限性及與溼式電除塵器的關係，為超低排放技術路線選擇提供有益的參考意見。

溼法脫硫協同除塵的研究簡要回顧

清華大學熱能系對脫硫塔除塵機理的研究較多，脫硫塔內單液滴捕集飛灰顆粒物的相關研究，主要建立了綜合考慮慣性、攔截、布朗擴散、熱泳和擴散泳作用的單液滴捕集顆粒物模型並進行了數值模擬計算，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律。清華大學王暉等通過測試執行GB13223-2011標準WFGD進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。華電電力科學研究院魏宏鴿等於2011～2013年對39臺鍋爐(機組容量為25～1000MW)的執行GB13223-2011標準WFGD開展了除塵效率測試試驗，結果顯示，不同試驗機組WFGD的協同除塵效率為18～68%，平均協同除塵效率為49%。國電環保研究院王東歌等通過對我國4座電廠5臺不同容量的執行GB13223-2011標準WFGD進出口煙氣總顆粒物濃度進行了測試，結果表明，WFGD對煙氣中總顆粒物的去除效率介於46.00%～61.70%之間，平均達到55.50%。夏立偉等對某電廠超低排放改造前的WFGD進行了協同除塵效果測試，結果顯示，WFGD協同除塵效率為53%。

上述研究結果一致表明：WFGD具備協同除塵能力;執行GB13223-2011標準WFGD平均協同除塵效率大致在50%左右;溼法脫硫協同除塵的主要機理是噴淋液滴對顆粒物的捕獲機理。這種認識在WFGD實施超低排放之前是行業內比較公認的。

溼法脫硫噴淋液滴協同除塵機理

1、溼法脫硫噴淋液滴捕集顆粒物的機理與模型

噴淋塔除塵機理與溼法除塵設備中重力噴霧洗滌器相似。一定粒徑(範圍)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，捕集機理主要有重力、慣性碰撞、截留、布朗擴散、靜電沉降、凝聚和沉降等。煙氣中塵粒細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、截留和布朗擴散3種機理。前人的研究結果表明，Devenport提出的孤立液滴慣性碰撞效率模型、馬大廣的攔截效率模型、嵆敬文的布郎擴散捕集效率模型與實驗結果吻合較好，因此我們根據上述相關模型計算單個液滴的綜合顆粒分級捕集效率，然後結合實際工程參數參考嶽煥玲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行了的計算，相關計算模型見表1所示。

表1 溼法脫硫裝置噴淋液滴顆粒物捕集效率計算模型

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