煙氣降溫耦合增濕團聚的電除塵提效技術初探

王志華，劉含笑，沈志昂，方小偉，郭 瀅，何德源

(1：天津大港發電廠，天津 300270；2：浙江菲達環保科技股份有限公司， 浙江 諸暨 311800)

資源與環境

煙氣降溫耦合增濕團聚的電除塵提效技術初探

王志華1，劉含笑2，沈志昂2，方小偉2，郭 瀅2，何德源2

(1：天津大港發電廠，天津 300270；2：浙江菲達環保科技股份有限公司， 浙江 諸暨 311800)

分析了煙氣降溫提效技術和顆粒增濕團聚技術，并從降溫和顆粒團聚兩個方面探討了兩項技術的耦合作用機制，可為耦合技術及工程應用提供借鑒。

燃煤電廠；低低溫電除塵器；顆粒增濕團聚；脫硫廢水

近幾年來，燃煤電廠煙氣超低排放呼聲愈演愈烈。江蘇、浙江、山西等地方政府紛紛出臺燃煤電廠超低排放要求，在國家層面，陸續出臺《煤電節能減排升級與改造行動計劃(2014年～2020年)》、《全面實施燃煤電廠超低排放和節能改造工作方案》，要求全國范圍實施超低排放。

隨著燃煤電廠大氣污染物排放要求的進一步加嚴，燃煤電廠煙氣顆粒物脫除技術也取得可可喜的進展。以低低溫電除塵技術為核心的煙氣協同控制技術路線，可較經濟高效的實現燃煤電廠的煙氣超低排放，如日本Hitachinaka電廠1000MW機組采用低低溫電除塵技術。該技術路線也已成為我國燃煤電廠實現超低排放的主流技術路線之一，如首次在嘉華電廠1000MW機組采用低低溫電除塵技術，長興電廠首次僅采用低低溫電除塵技術而不是濕式電除塵技術實現超低排放；通過采用電凝并、化學凝并等技術促進細顆粒物長大，有效減少細顆粒逃逸。如澳大利亞Vales Point 電廠660MW機組采用電凝并技術。

值得注意的是，在實際工程運行中，許多電廠雖然采用低低溫電除塵技術，但并不敢長期在酸露點溫度以下運行；電凝并技術雖然可以有效減排細顆粒物，但該裝置需要安裝在電除塵器進口煙道直管段，與低低溫電除塵技術所需的煙氣冷卻器布置位置有沖突。因此，該兩項技術往往難于兼顧。

1 降溫提效技術

低低溫電除塵技術可大幅提高除塵效率、去除煙氣中大部分SO3、提高濕法脫硫的協同除塵效率，且節能效果顯著，與其他除塵技術相比具有更優越的經濟性。典型的以低低溫電除塵技術為核心的煙氣協同治理典型技術路線如圖1所示。在不設濕式電除塵器的情況下可實現煙氣超低排放。

圖1 以低低溫電除塵技術為核心的煙氣協同治理技術路線圖

注：當不設置煙氣再熱器(FGR)時，煙氣冷卻器(WHR)處的換熱量按上圖①所示回收至汽機回熱系統；當設置煙氣再熱器(FGR)時，煙氣冷卻器(WHR)處的換熱量按上圖②所示至煙氣再熱器(FGR)。

與常規的電除塵技術相比，低低溫電除塵器的除塵效率之所以能得以大幅提升，主要原因歸結如下：

1)飛灰工況比電阻大幅下降。煙氣溫度降到酸露點溫度以下，煙氣中氣態SO3冷凝成硫酸霧，并粘附在飛灰粉塵的表面，粉塵得以改性，可大幅度降飛灰工況比電阻。而且環境溫度降低，飛灰比電阻本身也是會下降的。

2)電場擊穿電壓上升。根據經驗公式，一般來說，煙溫度每降低10℃，電場的擊穿電壓將會上升約3%。而在實際工程應用中，由于低低溫可有效地避免反電暈現象，電場的擊穿電壓會有更大程度的提升。

3)電除塵器入口煙氣量降低。根據PV=nRT，煙氣溫度降低，煙氣體積減小，煙氣量將下降，電除塵器比集塵面積提高，有效增加了顆粒物在電場內的停留時間。

4)顆粒團聚引起平均粒徑增大。煙氣溫度降至酸露點以下后，使煙氣中的大部分氣態SO3冷凝成硫酸霧，并粘附在粉塵表面，促進了細顆粒團聚長大，平均粒徑增大，細顆粒數量減少，有利于提高電除塵器的除塵效率。

2 煙氣增濕團聚技術

根據工作原理不同，顆粒團聚技術有電團聚、湍流團聚、聲波團聚、磁團聚、化學團聚、增濕團聚、相變團聚等，其中，與低低溫電除塵技術密切相關的是增濕團聚，因煙氣溫度低于酸露點，致使氣態SO3冷凝成硫酸霧，鑒于硫酸極強的吸水性，硫酸霧吸附到飛灰顆粒表面后增加顆粒的吸濕性，可繼續吸收煙氣中水分，以至于飛灰顆粒表面會逐漸形成一層液膜，增加顆粒表面粘附力，從而促使小顆粒間凝并成團或粘附在大顆粒上，如圖2所示。

圖2 低低溫工況下SO3促進顆粒團聚過程

在硫酸煙氣調質研究方面，調質劑首先被吸附在飛灰表面的毛細孔內，從而擴散到整個飛灰顆粒表面，形成一層液膜，從而改變飛灰黏附性，促進顆粒有效團聚；在粉塵的吸濕性研究方面，SO3強氧化劑，且活性大，具有極強的吸水性，有研究表明，往煙氣中噴入SO3，可使煙氣中飛灰顆粒物吸收的水分提高7～8倍；在低低溫狀態下，顆粒的團聚與顆粒的潤濕特性關系密切，潤濕可使得飛灰顆粒表面的氣體膜被液體膜所取代，干燥固體表面的化學性質發生改變，相關研究表明，全疏水性、半疏水性和親水性顆粒的團聚效果截然不同，顆粒的團聚生長隨潤濕角的減小而變得明顯。

3 煙氣降溫與增濕調控的耦合機制探討

3.1 在降溫過程中的耦合作用

煙氣增濕可通過向煙氣中噴水來實現，其中，所噴水霧可來自脫硫廢水，以節省電廠用水，并有望實現脫硫廢水零排放。向煙氣中噴水在增加煙氣濕度的同時可有效降低煙氣溫度，為進一步探討噴水量與煙氣降溫的關系，假設煙氣量為3600000m3/h，經煙氣冷卻器后煙氣溫度降至90℃，所噴入的脫硫廢水溫度為20℃，噴水量按10t/h計，采用商業軟件Aspen進行計算，最終煙氣溫度被降至82.6℃，如圖3所示。

圖3 煙氣噴水降溫計算結果

值得注意的是，鑒于當前超低排放對SCR脫硝效率的要求，往往噴氨量過剩，氨逃逸較為嚴重，當煙氣冷卻器內煙氣溫度降至酸露點以下時，硫酸霧極易與氨氣反應生成硫酸氫銨，堵塞換熱管束。為解決該問題，可考慮采用煙氣冷卻器降低至100℃左右，剩余的降溫空間采用后續噴水降溫的方式來實現，如圖4所示。

圖4 煙氣降溫耦合機制示意圖

3.2 在顆粒團聚方面的耦合作用

促進顆粒間互相吸引的力主要有范德華力、液橋力，當顆粒團聚后范德華力和液橋力仍然存在。浙江大學基于國家863課題"燃煤電站PM2.5捕集增效與優化技術與裝備研制"(2013AA065002)，開展煙氣噴水顆粒增濕團聚的實驗研究，研究表明，液滴潤濕顆粒后增加液橋力作用，促進顆粒間的電凝聚，0.1μm以下顆粒隨霧滴濃度的增加而減少。當霧滴量的增加，顆粒間產生液橋力，提高顆粒間粘附力，從而使顆粒更容易凝聚，不易分散。根據顆粒團聚過程中的受力分析和電鏡分析，推測水滴在顆粒表面形成液膜，可以捕集細顆粒物，液橋力促進顆粒物團聚，最終形成較為穩定的粗-細顆粒物團聚體。

低低溫條件下的顆粒團聚如“2 煙氣增濕團聚技術”所述，通過煙氣降溫和煙氣噴霧增濕的耦合作用，可有效改善粉塵性質，促進細顆粒團聚，提高電除塵器的除塵效率。

4 結語

低低溫電除塵技術與噴霧增濕技術耦合使用，可有效發揮煙氣降溫提效和增濕團聚提效的雙重作用，值得工程推廣應用，但值得注意的是，噴霧增濕裝置的噴嘴布置在高濃度煙塵環境中，需優選耐磨、防堵塞的噴嘴技術，且電除塵器后續部件的防腐特性應重新評估。另外，當采用脫硫廢水作為噴淋用水時，應考慮污染物轉移的問題。

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ThePreliminaryStudyofFlueGasCoolingCouplingHumidifyingCoagulationTechnology

WangZhihua1,LiuHanxiao2,ShenZhiang2,FangXiaowei2,GuoYing2,HeDeyuan2

(1.Tianjin Dagang Power Plant ,Tianjin 300270,China;2.Zhejiang Feida Environmental Science & Technology Co., Ltd.,Zhuji 311800,China)

The flue gas cooling and PM humidification coagulation technology was analysied in this paper, and the coupling mechanism of action of two technologies discussed from two aspects of cooling and particle coagulation , which can provide reference for the coupling technology and engineering application.

coal-fired power plant; LL-ESP; PM humidifying coagulation；the desulfurization wastewater

2017-05-07

X701

A

1008-021X(2017)18-0187-03

(本文文獻格式王志華，劉含笑，沈志昂,等.煙氣降溫耦合增濕團聚的電除塵提效技術初探[J].山東化工，2017，46(18)：187-189.)