關于屋頂菱形管式除霧器的設計探討

張美霞

（ 上海瑞亞安環保設備有限公司，上海201413）

1 設計目的

氮氧化物(NOx)過量排放所造成的環境污染問題愈發嚴重。國家也制定了相關的法律法規以控制NOx 的排放[1]。因此各火電廠對除霧器的性能也有了更高的要求。常見的除霧器分類：屋頂式、平板式、菱形以及管式等。為保障除霧效果，可通過不同除霧器結合從而提高性能。目前市場常見的有屋頂管式，平板帶管式等除霧器，可以滿足大部分的性能需求。為了提高除霧器的性能，達到更好的除霧效果，將屋頂式、菱形以及管式三種類型的除霧器進行了組合。

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，當煙氣及霧滴在正弦曲面的葉片以及中流動，與葉片壁面產生連續性碰撞，多次碰撞后，霧滴動能逐漸消失，霧滴失去速度后與煙氣分離，最后滯留在葉片表面，隨著多個霧滴重復上述過程，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圖1，掉進漿液池。對于容易結垢的霧滴，我們將在除霧器設備上配備沖洗系統，在霧滴結垢之前，及時沖洗葉片表面的霧滴，保障葉片間無結垢，從而避免堵塞情況發生。

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面的阻力，且楔形尖有引導水膜快速滴下，不易結垢。繞過仿水滴形管側面的流體將減少了分離損失，減小了部分的流動阻力。而當水滴管去霧裝置的上、下兩層管排錯位時，可增加攔截霧滴的面積，提高去霧效果。見圖2

圖2 防水滴管式模塊

3 主要技術參數

3.1 煙氣流速

3.1.1 進口煙氣流速是以空塔流速V空表示，計算公式如下：

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- 實際工況下濕煙氣流量，m3/h；

F- 測定吸收塔斷面的面積，m2。

3.1.2 設計流速是以設計流速V設表示，計算公式如下：

V設=V空/S

V設- 設計煙氣流速，m/s，設計煙氣流速一般范圍在不超過5m/s；

S- 經過設計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表示，去霧效率是去霧裝置在單位時間內捕獲的霧滴質量與進入去霧裝置的霧滴質量之比。

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

除霧效率、霧滴含量、通過除霧器有效截面的氣流分布均勻性、葉片結構、葉片之間的距離以及除霧器的布置等參數，都是裝置性能評判的重要指標之一。

3.3 壓力降

壓力降是指煙氣通過除霧器時所產生的壓力損失、系統壓力將越大，能耗越高。壓力降數值與煙氣流速、葉片結構、葉片間距以及帶水負荷因素有著緊密關聯。

3.4 除霧器葉片間距

對于除霧系統而言，其性能與運行穩定性與葉片間距的選擇緊密相關。當葉片間距選擇過大時，該數值與去霧效率成反比，去霧效率降低，煙氣帶水嚴重，從而致使風機失效；當葉片間距選擇過小時，該數值與能耗成反比，逐漸增加，葉片容易堵塞、收縮，清洗效果降低，易致使系統停機。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- 為噴嘴數量，個；

H - 沖洗噴嘴與除霧器表面之間的垂直距離，m;

α- 為噴射擴散角;

A- 為除霧器有效面積，m2；

根據不同工況，洗滌覆蓋率一般可在100%～300%之間，經過大量的實驗數據，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構分析

圖3 屋頂菱形管式除霧器結構

屋頂以及菱形的除霧器的結構形式類似房屋尖頂形狀，而菱形為倒置屋頂的形狀。屋頂與菱形模塊均由分別兩塊上下端板將葉片通過葉片梳子和8mm PP 圓棒固定在端板上。一組模塊分別為左右兩塊，正好可以拼成屋頂的形狀。一種管狀除霧器，由具有類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，煙氣流向與管排內管子的軸線方向相垂直。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 深化設計要點

5.1 閥門直徑校核

一般情況下，我們會根據單根最大噴嘴數的管子的液體流速來選擇管徑的大小。計算公式如：

式中：V水- 管內液體的最大流速，m/s;

Q水- 沖洗水管的最大瞬時流量，m3/h；

r- 沖洗水管的半徑（外徑），m

據我司要求V管≤3m/s,管徑有DN125 和DN150 兩種選擇，考慮到節約成本的因素，選擇DN125 的管子更好。結合實際案列（山西冀武球團有限公司120 萬噸球團工程脫硫項目，以下簡稱冀武項目），由于客戶閥門是型號是DN100，在不改變沖洗水效率的情況下，在閥門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除霧器的沖洗效果，又可以滿足相關要求。

5.2沖洗水系統

沖洗水系沖洗邏輯：

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

在設計管道系統時，需要做到沖洗無死區。一般來說，噴嘴為全錐形的，噴射角度在80°到110°之間，通常為90°。沖洗系統是通過FGD 的閥門來控制的，基于閥門設置情況，FGD 被分成若干個沖洗區，從而完成單獨沖洗。沖洗水邏輯圖如圖4：

圖4 沖洗水邏輯圖

5.3 沖洗水系統

5.3.1 流量計算

沖洗順序通常是第一級是每40min 沖洗60s, 第二級是每60min 沖洗60s，第三級為每480min 沖洗60s。沖洗周期從第一級除霧器下面的沖洗系統開始，然后到第一級除霧器上面的沖洗系統，最后才是第三級除霧器下面的沖洗系統。各個沖洗區都按規定的順序進行沖洗期間的間隔只有幾秒鐘。

因在該沖洗周期內會生成多余的霧滴，這些霧滴會帶向CGH 以及位于除霧器下游的其他系統。故而除特殊情況（如：停機期間、緊急情況下）外，在FGD 正常運行期間不應使用第六級沖洗系統。而在第三級除霧器后沒有截留霧滴的除霧器，所以說所有的沖洗水會被截留于系統內而后帶入下流。

停機期間沖洗是為了把除霧器葉片上的結構液體殘留物在硬化之前將其沖洗掉，避免人工沖洗。

5.3.2 節流孔板

在運行過程中，當沖洗系統閥門打開的一瞬間，沖洗水管內部容易出現水錘效應，迫使水管斷裂。因此為了避免此種情況發生而產生不必要的成本和時間的損失，設計了節流孔板。節流孔板原理是：水在管道中流動時由于孔板的局部阻力，使得流體的壓力降低，從而節流。此種方式比采用調節閥簡單。

具體孔板的孔徑可以根據壓差和液體流量來計算，節流孔板計算公式：

式中：Q- 經過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- 節流孔板的孔徑，mm。

5.3.3 支撐系統

利用屋頂式結構的優勢研制出一種支撐結構方案。不僅性價比高，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。安裝時需要按照規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。見圖5。

圖5 支撐系統

6 系統調試

6.1 安裝檢查

屋頂菱形管式除霧器安裝零部種數量多且除霧器模塊覆蓋面廣，一般情況下安裝需要4-15 天時間。因此在調試安裝前就應該由服務專工在現場安裝時進行檢查，是否缺件漏以及零部件在運輸過程中的損壞，以便及時更換修補。同時把控好沖洗水管熱熔焊的工藝規范。

6.2 除霧器沖洗管道試漏

除霧器的沖洗水管種類水量大，安裝時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。因此會因安裝強度不夠的問題，導致運行過程中脫落，造成同一支管路上的沖洗水壓力不足。因此調試過程中，需開塔帶水檢漏。

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，且葉片結垢過多造成壓力過大。除霧器的沖洗水效果至關重要。屋頂菱形管式除霧器在塔頂母管的壓力不低于0.25Mpa。因此調試過程中，需要進塔檢查各種沖洗支管的沖洗效果。

7 結論

介于屋頂菱形管式除霧器的結構，整個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于相同塔徑以往的除霧器。其中管式除霧器安裝在第一級，為粗濾層，可以有效的除去大霧滴，不用另外增加沖洗水設備的布置。既能有效的改善除霧器的堵塞問題，又能起到均布煙氣的作用。

在除霧器支撐梁鋼結構規劃上，屋頂菱形管式除霧器實為四級除霧器，但是僅用兩層鋼支撐梁就可以達到安裝要求。因此它不僅節省吸收塔空間，結構簡單，性價比高，安裝簡易，最主要其組合方式新穎靈活，可以滿足多種排放要求。

在濕法煙氣脫硫中，多套高效屋頂菱形管式除霧器的應用，得出其性能值能保證除霧器出口霧滴含量小于20mg/Nm3，對煙塵的貢獻為1.5mg/Nm3。除霧器出口霧滴含量影響煙塵排放的達標值，因此屋頂菱形管式除霧器的應用，提高了除霧效率，也提高了煙塵達標排放的可能性。