濕煙囪出口“石膏雨”的成因及防治措施分析

陳世新，楊 濤

(陜西省電力設計院，陜西 西安 710054)

目前，大部分火力發電廠濕法脫硫系統后形成“濕煙囪”排放方案。一方面，濕煙氣對排煙內外筒的腐蝕造成煙囪筒身的損害，帶來安全隱患；另一方面，煙囪周邊普遍存在“石膏雨”現象，污染地面，腐蝕建筑物、機械設備等，帶來環境危害。因此，分析煙氣攜帶液滴的機理，并制定相應對策，防止煙囪腐蝕和“石膏雨”現象，是迫在眉睫的安全與環保問題。

1 濕煙囪煙氣液滴來源分析

所有的濕煙囪都會具有一定量的煙囪液體排放，如果液滴足夠小，它們將在落到地面之前蒸發，只有煙囪出口的煙氣中夾帶“較大液滴”，未及時擴散、蒸發，降落到地面，才能形成“石膏雨”。

(1) 除霧器逃逸且未沉積的液滴

脫硫裝置除霧器的作用是去除煙氣中的液體和石膏漿液，在正常運行工況下，除霧器出口煙氣中直徑大于15μm的霧滴濃度低于75mg/Nm3。直徑小于15μm的霧滴無法去除。若除霧器未能有效攔截煙氣中夾帶的液滴，導致進入濕煙囪的煙氣攜帶脫硫漿液液滴增加，煙氣流中會出現一些大的液滴，這些液滴是被二次夾卷進入到煙氣流中的。在除霧器的沖洗周期，也會增加煙氣攜帶的液體數量。如果攜帶問題突出，小于50μm的液滴在水平煙道或煙囪導流板上沉積，很可能造成石膏雨。

(2) 煙氣中水蒸氣的體積冷凝液

濕煙囪排放系統中液體的另一個來源是飽和煙氣流中水蒸汽的冷凝。未設置GGH裝置的脫硫系統，吸收塔出口煙氣溫度一般為45℃～55℃，煙氣中水蒸氣是飽和的，由于煙氣溫度低、濕度大，系統投運后，煙氣在煙囪的上升過程中，由于煙囪阻力和高度變化，煙氣壓力降低，造成煙氣冷凝在微小液滴或粉塵中，即所謂體積冷凝。

(3) 煙氣二次夾卷道體沉積或熱力冷凝的液體

在煙氣與排煙筒間、以及煙道的中部和外側煙氣間存在溫度梯度，溫度較高的煙氣和溫度較低的煙囪內襯接觸換熱，煙氣中的飽和水蒸氣將在煙囪內筒內壁上凝結成水滴，由于重力作用，水滴以液膜或者細流形式向下流動，即所謂的熱力冷凝，分析表明，煙囪內壁是主要的冷凝區域。

高速煙氣沖刷煙道或煙囪排煙筒表面沉積或冷凝的液滴，形成煙氣二次夾帶。二次夾卷將是以大直徑液滴(200μm～1500μm)的形式從煙囪頂部排放出去。100μm以上的液滴在煙囪外是不會完全蒸發的，它們將很可能降落到地面上。這是煙囪液體排放和煙囪附近形成石膏雨的最常見的原因。

(4) 煙囪內壁向上流動的液滴

當煙氣流速高于煙囪內筒內襯材料的逆流速度的區域，沉積以及凝結煙囪內筒上的液體會向上流動。煙囪內襯的頂部流速是最高的，在這里被重新夾帶的液滴可能會比較大(300μm～2000μm)，這取決于內襯頂部的幾何形狀。同樣，在煙囪節流喉管上部的液體流向，通常也是向上的。

2 濕煙囪中煙氣攜帶液滴防治措施

2.1 脫硫系統優化設計

濕法脫硫系統除霧器逃逸液滴是煙囪出口主要液體來源之一，提高除霧器效率可減少煙氣攜帶液體的數量。

除霧器效率是除霧器重要性能指標，它與除霧器類型和結構、煙氣中液體直徑、煙氣流速、煙氣動力粘度、運行方式有關。

2.2 濕法脫硫后加裝濕式電除塵器

隨著新的火力發電廠污染物排放標準的實施，特別是國家對重點地區新建機組煙塵排放濃度≤5mg/Nm3的要求，以及解決現電廠普遍存在石膏雨問題，濕式電除塵器已在工程中得到應用。

在濕式電除塵器中，水霧使粉塵吸附凝聚，并與粉塵在電場中一起荷電，一起被收集，收集到極板上的水霧形成水膜，水膜使極板清灰，保持極板潔凈。濕式電除塵器布置在濕法脫硫之后，通過高壓電場捕獲飽和煙氣中的攜帶的水滴并被排出，減少煙囪出口煙氣的含水量。

2.3 煙囪優化設計與改造

從除霧器攜帶的或者冷壁上冷凝的液滴會沉積在煙道和煙囪內筒的表面上，煙氣二次夾卷沉積和冷凝的液滴是煙囪出口液體主要來源。

(1) 控制煙囪內筒煙氣速度

通常將除霧器效率最高，且不發生二次夾卷的煙氣速度稱為臨界二次夾卷速度。煙氣達到臨界二次夾卷速度時，煙氣的剪切力達到或者超過重力和表面張力，液滴重新進入或者二次夾卷進入煙氣流中，并被攜帶出煙囪。控制煙氣速度是使二次夾卷進入煙氣流中的液滴減至最小的重要因素。

臨界二次夾卷速度隨排煙筒表面粗糙度和材料而變化，合金材料排煙筒煙氣速度范圍應控制在18m/s～22m/s。考慮實際運行中煤質的變化情況，國內新建采用鋼內筒的“濕煙囪”，流速在BMCR工況下建議取下限：18m/s。可以通過“濕煙囪”設計來滿足煙氣流速控制的要求。

(2) 設置液體收集裝置

除了在水平煙道、煙道膨脹節、煙道底板安裝液體收集裝置外，煙囪內筒結構也應設置合理的液體收集裝置，減少煙氣二次夾卷攜帶的液滴。

液體收集器的安裝位置至關重要。通常，可在內簡筒壁、煙囪底部和水平煙道出口處等安裝。如在煙囪一定高度上安裝特定的截流疏水環，防止液膜匯聚變厚，將疏水及時排除煙囪外，從而防止液膜被二次夾帶。在內筒筒壁靠近水平煙道的位置設置環狀水槽，防止入口處水簾的形成，從而防止煙氣的沖撞水簾形成夾帶。在煙囪底部錐形導流板周邊設置環狀水槽并利用排水管排水，或在煙囪錐斗形底部接入沖洗水管，采用定期沖洗的方式將積灰沖入排水管。

煙囪的內筒結構進行液滴收集裝置設計后，可以有效降低煙囪出口煙氣的帶水量，防止酸雨和石膏雨的發生。

3 結語

濕法脫硫后煙囪出口“石膏雨”現象會對環境造成危害，影響了周邊的環境及安全，應引起足夠重視和加以防治。

(1)除霧器逃逸和煙氣二次夾卷液滴是濕煙囪“石膏雨”液體的主要來源。

(2)應從脫硫系統優化設計、加裝濕式電除塵器、煙囪優化設計等方面考慮“石膏雨”的綜合防治措施。

[1]WET STACKS DESIGN GUIDE，Electric Power Research Institute,Inc.1996

[2]劉鶴忠，陶秋根．濕式電除塵器在工程中的應用[J]．電力勘測設計，2012，(3)．

[3]陳牧．濕法脫硫后煙囪出口煙氣液滴夾帶問題分析及解決[J]．電力建設，2010，(10)．

[4]程永新．濕法煙氣脫硫系統中“石膏雨”問題的分析及對策[J]．電力建設，2010，(11)．