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湿法脱硫系统除尘效果分析与提效措施

来源:中国电力 时间:2017-11-27

    北极星环保网讯:通过对湿法脱硫装置开展除尘效率试验,研究影响脱硫装置除尘效率的主要因素,研究发现,脱硫装置对高浓度粉尘洗尘效果更为明显.目前脱硫装置综合除尘效率在50%左有。同时,实际运行时脱硫装置出口雾滴含量均高出设计值.雾滴巾存在的同体颗粒是导致除尘效率偏低的关键因素之一。最后,提出了脱硫改造中除尘效率的提效措施.以实现脱硫的协同除尘作用,为下一步脱硫改造提供相关思路。

湿法脱硫

 

    关键词:燃煤发电:湿法脱硫装置;协同除尘作用;除雾器改造;喷淋系统优化

    随着《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223—2011)的颁布.燃煤机组烟尘排放浓度将执行一般地区≯30mg/m3、重点地区≯20mg/m3的排放限值.催生了大批除尘器的提效改造工作。某些除尘改造路线由于受改造场地、投资成本等因素的限制.并不能确保实现除尘器出口粉尘直接达标排放.

    湿法脱硫系统具有一定的洗尘效果.但由于同时存在洗尘作用和浆液夹带现象.成为除尘改造工作中的“双刃剑”.部分机组在除尘改造无法直接达标前提下.可以通过湿法脱硫系统实现粉尘达标排放.但也存在粉尘在经过吸收塔后粉尘浓度不降反升甚至造成超标的现象。因此.在同期开展的脱硫提效改造丁作中.必须考虑其粉尘协同脱除作用的提效措施。

    1、湿法脱硫系统除尘效果现状 

    2011一2013年通过脱硫性能考核试验以及脱硫改造可行性研究摸底试验.对39台湿法脱硫装置开展除尘效率试验.对脱硫装置除尘效率的影响因素进行了分析.机组容量范围为25~1000MW.试验机组脱硫装置平均除尘效率为49%.对于粉尘的测试.按照国家和行业相关测试标准.

    采用皮托管等速采样重量法捕集管道中的颗粒物.脱硫净烟气粉尘采用新推出的一体化采样器进行取样.称量时不需要将滤筒抽出,避免了过程损失.精度大大提高。对于雾滴含量的测试.本文采用的是镁离子修正法:在满足雾滴含量不大于75mg/m,前提下,除雾器临界分离粒径为20¨m,因此本次测试雾滴粒径均为20um以上雾滴,此部分雾滴中约含有15%左右同体颗粒物。

    1.1入口粉尘浓度 

    脱硫装置入口粉尘浓度在50mg/m3以下时.脱硫装置除尘效率很低.在22%以下.一台机组甚至出现入口粉尘浓度为22mg/m3.而出口升高为23mg/m3的现象。除尘效率随着入口粉尘浓度增加而增加.当入口粉尘浓度超过200mg/m3时.脱硫除尘效率能够超过60%.高入口粉尘浓度下洗尘效果更为明显。洗尘效率与入口粉尘浓度的关系统计结果如图1所示。有研究及试验证明.随着除尘器烟尘排放值的减小.烟尘粒径的下降.其烟尘中微细颗粒的比例大大增加.这时脱硫系统的除尘效率将大大降低。

湿法脱硫

 

图1洗尘效率与入口粉尘浓度的关系

    1.2喷淋层层数 

    脱硫装置除尘效率与不同喷淋层层数的关系如表1所示。相同条件下.脱硫效率随着喷淋层层数的增加而增加,而从表1中可以看出.喷淋层层数对除尘效率影响并不大.设置3层与4层喷淋层脱硫装置除尘效率基本一致.而设置5层喷淋层的2台机组除尘效率甚至更低。

表1不同喷淋层层数下的除尘效率

湿法脱硫

 

    对于串联吸收塔(4+3)配置.在其入口粉尘浓度为60mg/m3时.其除尘效率达到55%.高出此入口粉尘浓度区间内除尘效率46%的平均值.串联吸收塔配置可以显著提高除尘效率。

    1.3除雾器 

    目前.除雾器配置以屋脊式和平板式除雾器为主.对其中27台机组的脱硫塔出口雾滴含量进行测试.其中22台机组为屋脊式除雾器,5台机组为平板式除雾器。主要测试结果如表2所示。

表2雾滴含量在测试机组中的比例分布

湿法脱硫

 

    虽然目前出口雾滴含量保证值大多为不超过75mg/m3.但测试机组中只有1/3比例机组能够满足此要求,测得雾滴含量最小为63mg/m3,没有任何机组能做到低于50mg/m3.所有机组雾滴含量的平均值为95mg/m,。早前脱硫设计时除雾器无论从设计、生产、安装过程质量均不过关,导致除雾器运行效果远低于设计值。平板式除雾器效果要远低于屋脊式.测试机组雾滴含量均超过100mg/m3。平板式与屋脊式除雾器液滴含量统计如图2所示。

湿法脱硫

 

图2平板式与屋脊式除雾器出口雾滴含量的比较

    雾滴中约含有15%左右固体颗粒物.本次试验测试雾滴含量平均值为95mg/m3.雾滴对粉尘贡献值约为16mg/m,。低入口粉尘浓度的机组中,雾滴含固量在净烟气粉尘中贡献更为明显。以测试机组为例.其入口粉尘浓度为27mg/m3.FGD出口粉尘浓度(含雾滴含固量)为21mg/m3,吸收塔出口雾滴含量为65mg/mz.粉尘雾滴贡献值就达到10mg/m3.出口粉尘中50%由雾滴含固量提供。考虑雾滴和不考虑雾滴贡献后。吸收塔除尘效率如图3所示。

湿法脱硫

图3考虑雾滴和不考虑雾滴吸收塔除尘效率的比较

    由于雾滴的存在.吸收塔除尘效率降低了36%.若雾滴为0.吸收塔出口粉尘可以降至11mg/m3,取得较高的除尘效果。目前在前部除尘器考虑提效改造后.吸收塔入口粉尘浓度可以降至较低水平.但若雾滴含量较高.烟囱入口粉尘达标排放仍存在较大风险。

    因此.鉴于目前国内除雾器运行效果总体不佳.质量参差不齐,除雾效果离设计值偏差较大.对比国外除雾器往往能将雾滴含量控制在30mg,/m3以下的实际运行效果.除雾器除雾能力仍有潜力可挖.若能将出口雾滴含量进一步降低.还可降低雾滴含固量对出口粉尘的贡献.这将提高脱硫装置综合除尘效率。

    2、湿法脱硫改造中除尘效果提效措施 

    湿法脱硫改造中.除尘效果提效措施可以从以下两个方面着手:提高粉尘洗涤效率和降低出口雾滴含量。

    2.1除雾器优化配置 

    脱硫改造时除雾器应优先选用屋脊式.除雾器改造可以从除雾器结构优化、增加除雾器级数、除雾器组合配置、除雾器冲洗水系统改造等角度着手。

    2.1.1除雾器结构优化 

    除雾器叶片间距的选取对保证除雾效率.维持除雾系统稳定运行至关重要。目前脱硫系统中最常用的除雾器叶片间距大多在30~50mm.基本采用不带钩叶片,为了提高除雾效果.可以调整除雾器叶片间距.采用带钩叶片。可以考虑将第一级除雾器间距由30mm降低至27.5mm.第二级除雾器间距由27.5mm降低至25mm.

    同时第二级除雾器由不带钩叶片改为带钩叶片。除雾器设计选型时需进行吸收塔流场模拟工作.根据吸收塔内存在的不同流场对除雾器进行细化布置。除雾器布置时应考虑无死角设计.适当加大除雾器与下层喷淋层和上层烟气出口之间的距离(此距离宜大于2m)。

    2.1.2增加除雾器级数 

    通过增加除雾器级数.形成“一级管式+二级屋脊式”、“三级屋脊式”除雾器配置.可以提高除雾效果。管式除雾器对于400~500仙m雾滴拦截效果显著,去除大雾滴可以减轻下游除雾器的负担。同时,通过管式除雾器对烟气流场紊流进行调整,保证烟气流速均布.防止局部烟气流速过快引起夹带。

    对于3级屋脊式除雾器.可以通过调整不同层除雾器叶片间距,形成初级(一级)+次精级(二级)+精级(j级)布置,提高除雾效果。通过增加吸收塔内除雾器级数.可以将雾滴含量控制在50mg/m3以下。

    2.1.3塔内+塔外除雾器组合配置 

    在原吸收塔出口烟道空间条件允许时.可以通过塔内(管式、屋脊式)+塔外(水平烟道式)除雾器组合配置,进一步提高除雾效果.从烟道式除雾器投运业绩来看.其对于雾滴深度脱除效果较佳.布置级数可以为一级或二级。为确保气流均布.必要时需在吸收塔出口布置导流板。烟道式除雾器由于冲洗水量较大.设计时需对吸收塔水平衡重新核算。通过塔内+塔外组合配置.可使烟气中雾滴含量控制在30mg/m3以下,甚至更低。

    2.1.4除雾器冲洗水系统改造 

    除雾器冲洗效果较差时极易造成堵塞.使局部烟气流速超出允许值.雾滴夹带量增大。对于脱硫改造,需对原除雾器冲洗水管道、阀门仔细检查.对损坏破裂的管道阀门考虑更换.阀门尽可能选用优质产品,确保冲洗水量、水压达到设计值。同时.对冲洗水系统出力进行核算,必要时对除雾器冲洗水泵增容。对于最上层除雾器.可以考虑增加一层顶部冲洗水.在必要时开启。

    2.2降低吸收塔烟气流速 

    要达到较高的粉尘洗涤效果.尘粒与水滴必须具备足够的相对速度。但同时.在逆流喷淋塔中.如果烟气上升速度超过液滴的末端沉降速度.液滴将被烟气带走…。试验结果表明.在烟气流速低于3.5m/s时.吸收塔除尘效率随着烟气流速增加而显著增加.烟气流速在3.5~4.5lTl/s时.

烟气流速增加后除尘效率增加并不明显【21。吸收塔烟气流速设计时一般按不超过4m/s设计。之前吸收塔设计时考虑到成本因素.吸收塔设计烟气流速一般取上限(3.8~3.9m/s),因此,建议在新建吸收塔时烟气流速按不超过3.5m/s设计.尽可能避免高流速烟气对粉尘的夹带现象。

    2.3浆液喷淋系统优化 

    吸收塔除尘效率随着喷淋密度的增加不断增大。喷淋密度越大,塔截面有液滴通过部分越多.烟尘由于截留而被捕集的机会也越多。早期脱硫设计时,考虑到喷嘴成本.喷淋密度设置一般偏小,达不到较好的洗尘效果,因此在脱硫改造时.可以通过喷淋层改造.提高喷淋层喷淋覆盖度(喷淋覆盖度按照不小于300%设计)。

    增加喷嘴布置数量.选择高性能喷嘴来提高烟尘与浆液的接触机会.提高除尘效率。同时,脱硫改造中可以考虑在喷淋层下部设置合金托盘、在每层喷淋层下设置聚气环等措施.这样可在提高脱硫效率的同时.增加液固接触机会,防止烟气的贴壁逃逸,提高除尘效率。

    3结论 

   (1)从试验结果来看.脱硫系统综合除尘效率在50%左右.高入口粉尘浓度机组的脱硫系统除尘效率要高于低入口粉尘浓度机组。目前大部分机组脱硫出口雾滴含量均处于较高水平.雾滴中含固量对粉尘贡献较大.降低了吸收塔洗尘效率.也影响了烟囱入口粉尘达标排放,对低入口粉尘浓度机组,雾滴对出口粉尘排放的影响更显著。

    (2)通过除雾器结构优化、增加除雾器级数、除雾器组合配置、除雾器冲洗水系统改造等手段,将除雾器出口雾滴含量控制在50mg/m,甚至30mg/m3以下.有效降低雾滴含固量对出口粉尘的贡献。

    (3)通过降低吸收塔烟气流速(不大于3.5m/s)、增加喷淋覆盖度、增加喷嘴布置数量、增加托盘(或者聚气环)等.可以提高脱硫塔洗尘效率。

    (4)脱硫改造时需考虑协同除尘作用,一方面尽可能提高吸收塔洗尘效率.另一方面要尽可能降低吸收塔浆液夹带造成净粉尘含量的增加。充分发挥脱硫装置自身的洗尘效果,可以降低前部常规除尘器改造成本。带来更高的经济效益。

来源:中国电力;作者:魏宏鸽,叶伟平,柴磊,朱跃