關(guān)于濕法脫硫吸收塔出口效能相關(guān)研究

余輝 明章新

【摘 要】近年隨著排放標(biāo)準(zhǔn)的提高，在對(duì)燃煤電廠火力發(fā)電機(jī)組濕法脫硫吸收塔改造過程中，如何保持除霧器截面在合理的流場(chǎng)工況，避免除霧器由于流速過低或過高而出現(xiàn)“失效”現(xiàn)象，而一味的提高除霧器前后直段距離，則會(huì)使得增加吸收塔高度和加長(zhǎng)煙道長(zhǎng)度，造成投資增加，本文主要研究不同的吸收塔出口形式對(duì)除霧器截面流場(chǎng)進(jìn)而對(duì)霧滴脫除效率的影響。

前言

近年來，隨著環(huán)保壓力日益增加，國(guó)家對(duì)燃煤電廠排放要求也逐步提高，在《2011版大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定，在重點(diǎn)地區(qū)，要求煙塵排放濃度<20mg/Nm3，SO2排放濃度<50mg/Nm3，Nox排放濃度<100mg/Nm3；在2014年9月12日三部委規(guī)定的火電廠排放限值（2093號(hào)文）東部地區(qū)新建機(jī)組排放限值為煙塵<10mg/Nm3，SO2<35mg/Nm3，NOx<50mg/Nm3，中部地區(qū)原則上接近或達(dá)到、西部地區(qū)接近或達(dá)到上述限值；2015年12月2日李克強(qiáng)總理主持的國(guó)務(wù)院常務(wù)會(huì)議在全國(guó)全面推廣超低排放和世界一流水準(zhǔn)的能耗標(biāo)準(zhǔn)，在2020年前，完成對(duì)燃煤機(jī)組全面實(shí)施超低排放和節(jié)能改造。在此背景下，國(guó)內(nèi)燃煤電廠紛紛進(jìn)行節(jié)能改造，以滿足最新排放要求。吸收塔內(nèi)關(guān)鍵設(shè)備除霧器的效率直接影響上述標(biāo)準(zhǔn)中的粉塵能否達(dá)標(biāo)排放。

1.除霧器工作原理

燃煤鍋爐煙氣，經(jīng)過前端脫硝、電除塵等工藝后，進(jìn)入吸收塔內(nèi)部，經(jīng)過噴淋層漿液洗滌，形成夾帶液滴的濕煙氣，這些液滴中包含著固形物或可溶物，他們主要是吸收SO2后的生成物、過剩的脫硫劑以及未被捕集的煙塵，如果不除去這些液滴，這些液滴會(huì)沉積，堵塞，結(jié)垢，將會(huì)產(chǎn)生一系列的問題。例如會(huì)造成二次污染、石膏雨、后續(xù)設(shè)備的振動(dòng)和腐蝕，或者是減少設(shè)備的使用效果和使用壽命。工程中常采用除霧器對(duì)脫硫后的煙氣進(jìn)行汽水分離。

當(dāng)含有霧沫的氣體以一定速度流經(jīng)除霧器時(shí)，由于氣體的慣性撞擊作用，霧沫與波形板相碰撞而被附著在波形板表面上。波形板表面上霧沫的擴(kuò)散、霧沫的重力沉降使霧沫形成較大的液滴并隨氣流向前運(yùn)動(dòng)至波形板轉(zhuǎn)彎處，由于轉(zhuǎn)向離心力及其與波形板的摩擦作用、吸附作用和液體的表面張力使得液滴越來越大，直到集聚的液滴大到其自身產(chǎn)生的重力超過氣體的上升力與液體表面張力的合力時(shí)，液滴就從波形板表面上被分離下來。除霧器波形板的多折向結(jié)構(gòu)增加了霧沫被捕集的機(jī)會(huì)，未被除去的霧沫在下一個(gè)轉(zhuǎn)彎處經(jīng)過相同的作用而被捕集，這樣反復(fù)作用，從而大大提高了除霧效率。氣體通過波形板除霧器后，基本上不含霧沫。

2、除霧器出口霧滴含量的影響因素

決定霧滴出口含量的除霧器性能參數(shù)最重要的是：攜帶速度、極限分離粒徑和除霧器的分級(jí)分離效率。

（1）攜帶速度。除霧器的捕集效率隨氣流速度的增加而增加，這是由于流速高，作用于液滴上的慣性力大，有利于氣液的分離，但是流速的增加將造成系統(tǒng)阻力增加，使得能耗增加。并且實(shí)驗(yàn)證明，流速增加到一定的程度，除霧效率不升反而急劇下降，分離后的霧滴將被氣體再次攜帶。這就是臨界氣體速度。這是除霧器選型和設(shè)計(jì)的一個(gè)重要參數(shù)。平板式除霧器臨界速度一般為5.2m/s左右，屋脊式除霧器臨界速度一般為7.2m/s左右，煙道式除霧器臨界速度一般為9m/s左右。對(duì)應(yīng)的空塔或空煙道速度一般分別為3.8m/s、4.5m/s和5m/s左右。

（2）極限分離粒徑。極限分離粒徑就是所有大于此霧滴粒徑的液滴將被100%地從氣體中分離。窄的葉片間距和長(zhǎng)的通道長(zhǎng)度能獲得更小的極限分離粒徑，但同時(shí)帶來積垢和阻塞的問題。平板式除霧器極限粒徑為28～32μm左右，屋脊式除霧器極限粒徑為22～24μm左右，煙道式除霧器極限粒徑約為15μm左右。

（3）除霧器的分級(jí)分離效率。每一級(jí)除霧器除了能夠100%分離大于極限霧滴的顆粒，還可以分離那些比極限粒徑小的顆粒，這部分分離效率即為分級(jí)分離效率。下圖體現(xiàn)了同種工況下同種型號(hào)除霧器不同級(jí)數(shù)的分級(jí)分離效率：

3、不同吸收塔出口形式對(duì)除霧器效率的影響

從上面影響除霧器效率的因素可以看出，通過除霧器葉片的煙氣流速對(duì)除霧效率的影響至關(guān)重要，即空塔或空煙道速度一般分別為3.8m/s、4.5m/s和5m/s左右，在實(shí)際工程中，除霧器截面會(huì)存在一定的速度離散偏差（CV），由于吸收塔內(nèi)和煙道除霧器往往都與吸收塔出口設(shè)置形式直接相關(guān)，而目前常見的吸收塔出口主要有以下四種：

下列為再其他條件保持一致的情況下，通過CFD分析，考察吸收塔出口形式對(duì)除霧器截面速度離散偏差程度：

根據(jù)上表數(shù)據(jù)，對(duì)比塔內(nèi)煙氣的流場(chǎng)，偏心的出口型式在塔內(nèi)形成明顯的偏流。分析原因可能是這種型式對(duì)煙氣一側(cè)造成了擠壓作用，煙氣出口方向的阻力小，煙氣往壓力小的方向偏流。其流場(chǎng)的偏心影響在塔內(nèi)，甚至影響到除霧器入口的氣流分布，影響除霧效率。頂出型式對(duì)塔內(nèi)煙氣擠壓作用相對(duì)對(duì)稱，塔內(nèi)中心部分煙氣流速較高，邊緣區(qū)域流速低。其流場(chǎng)偏心的影響在出口錐段上。這種流場(chǎng)分布能配合除霧器流場(chǎng)的需求，如邊緣區(qū)域除霧器盲板對(duì)煙氣的阻擋。塔出口凈煙道的流場(chǎng)，煙氣經(jīng)過塔出口后，側(cè)出型式項(xiàng)目在凈煙道處流場(chǎng)相對(duì)均勻。若未來要安裝煙道除霧器則側(cè)出出口的凈煙道的流場(chǎng)更能滿足流場(chǎng)要求。

4、不同吸收塔出口形式工程量對(duì)比

下面以16.8m的600MW級(jí)鍋爐為例，，分別將鋼材用量、防腐面積以及風(fēng)載荷的迎風(fēng)面積等參數(shù)予以對(duì)比

結(jié)束語

通過以上對(duì)比分析，結(jié)合各項(xiàng)目具體情況，若對(duì)性能要求不高的項(xiàng)目，可以采取出口形式C的扁平出口，這樣可以節(jié)約投資，但如果在超凈項(xiàng)目的改造上遇到出口C的形式，則需要根據(jù)CFD的模擬結(jié)果加大除霧器頂部到吸收塔出口下沿的距離。出口形式C能比較好的兼顧塔體總高度和塔內(nèi)流場(chǎng)要求，在目前普遍項(xiàng)目的執(zhí)行過程中，除霧器頂部到錐頂下沿的距離2m左右可以達(dá)到超凈項(xiàng)目的流場(chǎng)要求。當(dāng)需要采用頂出形式時(shí)候，則有A，B三種出口形式可以選擇，這里需要考慮的是，頂出出口在滿足除霧器截面CV值的前提下，除霧器頂部到錐頂下沿的距離能否減小以降低吸收塔的整體高度。

（作者單位：1武漢凱迪電力環(huán)保有限公司；

2 武漢工程大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院）