LQ-GS-1管束式除霧器
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人氣：2902 發(fā)布時間：2015-11-24 16:34 關(guān)鍵詞：管束式除霧器 產(chǎn)品型號：LQ-GS-1 應(yīng)用領(lǐng)域：大氣控制 產(chǎn)品價格： 想了解更多產(chǎn)品詳情，請 |
引言：目前，大部分火力發(fā)電廠脫硫系統(tǒng)采用石灰石-石膏濕法脫硫工藝，取消了氣-氣換熱器（gas gasheater，GGH）裝置，直接將凈煙氣從煙囪排出，煙囪采用內(nèi)襯防腐材料，形成“濕煙囪”排放的方案。無GGH裝置的脫硫系統(tǒng)投產(chǎn)后，雖有效地避免了GGH的堵塞問題，但由于“濕煙囪”無煙氣再熱措施，排煙溫度較低，吸收塔出口帶有飽和水的凈煙氣在排出過程中部分冷凝形成液滴，煙氣自煙囪口排出后不能有效地抬升、擴散到大氣中，導(dǎo)致取消GGH裝置后煙氣不能迅速消散，特別是當(dāng)?shù)貐^(qū)溫度、氣壓較低或在陰霾天氣的時間段，煙氣中攜帶的粉塵及液滴聚集在煙囪附近，落到地面形成“石膏雨”或酸雨，對電廠及周邊環(huán)境產(chǎn)生污染，甚至腐蝕設(shè)備[1-2]。
管束式除塵器是除霧除塵裝置，應(yīng)用于濕法脫硫塔飽和凈煙氣攜帶的霧滴和塵的脫除凈化。使吸收塔出口塵排放值不大于5mg/Nm³，霧滴排放值不大于25mg/Nm³。管束式除塵除霧裝置組成單元示意圖如圖1所示。
其工作原理是利用凝聚、捕悉和湮滅的原理，在煙氣高速湍流、劇烈混合、旋轉(zhuǎn)運動的過程中，將煙氣中攜帶的霧滴和粉塵顆粒脫除。凝聚是指煙氣中夾雜的細小的液體顆粒相互之間碰撞而凝聚成較大的顆粒后沉降下來;捕悉是指細小的液體顆粒跟隨氣體與湍流器中的持液層充分接觸后，被液體捕悉實現(xiàn)分離;湮滅是指細小的液體顆粒與被拋灑至湍流器的表面時，形成附著液膜從而在煙氣中脫離出來;這三種運動過程同時將夾雜在液滴其中的塵除去。
管束式除塵器即是一種具有凝聚、捕悉、湮滅作用的裝置。首先，流經(jīng)除塵器的氣流高速湍動，促進煙氣中大量細小霧滴與塵顆粒的互相碰撞，凝聚為較大顆粒;其次，導(dǎo)流葉片形成的高速氣流，形成極高的切向速度，將液滴、細塵高速甩脫向壁面，與壁面的液膜接觸后被截留，實現(xiàn)捕悉分離;最后，高速旋轉(zhuǎn)的壁面液膜可保證同向運動的霧滴接觸后湮滅，不產(chǎn)生二次霧滴;為保證除塵效果，依據(jù)項目條件裝置內(nèi)設(shè)置了多級導(dǎo)流葉片，延長了氣體停留時間，提高了除塵器對塵顆粒的分離效果。
1 “石膏雨”成因分析
“石膏雨”包含了“石膏”和“雨”兩層含義。“石膏”指的是石膏漿液；“雨”指的是凈煙氣中飽和水形成的并降落在煙囪附近的冷凝液滴。
1.1 “石膏”的成因
“石膏”是煙氣中夾帶的石膏漿液隨煙氣排放落到地面形成的。脫硫裝置凈煙氣中的石膏漿液主要來源于吸收塔噴淋層噴嘴霧化后的細小液滴，石膏漿液經(jīng)噴嘴霧化后霧滴直徑一般在920 μm左右，經(jīng)碰撞后會產(chǎn)生少量直徑在15 μm左右的霧滴。霧滴在經(jīng)過除霧器后，直徑不小于22 μm的霧滴去除率一般為99.99%，直徑15~22 μm的液滴去除率為50%，15 μm以下的霧滴無法攔截，因此凈煙氣中有一定量的石膏漿液是必然的。但是如果煙氣在除霧器處的流速超過設(shè)計值，除霧器的效果將大大降低，甚至失效，除霧器也會在高速的煙氣下發(fā)生二次攜帶現(xiàn)象，大量的石膏漿液將會隨煙氣被帶入煙囪，形成凈煙氣帶漿現(xiàn)象。“石膏”的形成與多方面的因素有關(guān)，主要包括除霧器的除霧效果、吸收塔的設(shè)計、運行操作等。
1.2 “雨”的成因
“雨”就是凈煙氣中冷凝液，是由于煙氣排放過程中溫度降低、煙氣溫度與環(huán)境溫度溫差大及環(huán)境氣壓低等原因，煙氣中的水達到過飽和狀態(tài)，水蒸氣變成冷凝液落到地面形成的。
對于無GGH脫硫裝置，吸收塔出口凈煙氣溫度一般在50 ℃左右，由于脫硫后的凈煙氣無再熱設(shè)備，凈煙氣在流經(jīng)煙道和煙囪過程中，溫度有不同程度降低（通常溫度降低1~2 ℃），凈煙氣中帶有的飽和水隨著煙溫降低冷凝并析出。雖設(shè)有冷凝液收集裝置，但煙囪內(nèi)的冷凝液也極易被高速流動的煙氣帶出而形成“雨”落到地面。這是由于我國在煙囪流速的設(shè)計上與
歐美等國家有所不同造成的。我國的煙囪設(shè)計規(guī)程中規(guī)定：煙囪內(nèi)的煙氣流速一般控制在18~20 m/s，歐美等國家煙囪的設(shè)計流速與煙道的設(shè)計流速相近，一般控制在15 m/s 左右，煙氣流速低，煙囪內(nèi)的冷凝液不易被煙氣帶走，而是順著煙囪壁流下，在低點處收集。因此，煙氣因溫度降低析出冷凝液、高的煙氣流速將冷凝液帶出是導(dǎo)致無GGH脫硫裝置形成“雨”的主要原因[3]。“雨”形成的另外一個原因是環(huán)境因素的影響。通常情況下，環(huán)境氣溫及氣壓低會造成“雨”的出現(xiàn)。與未脫硫的原煙氣直排相比，脫硫后的凈煙氣在抬升高度及擴散能力方面相對較差，因此當(dāng)脫硫后煙氣從煙囪排出時，由于煙溫與環(huán)境溫度相差較大，煙氣來不及擴散，煙氣中的飽和態(tài)水遇冷變成過飽和狀態(tài)，最終成為冷凝液落到地面形成“雨”，煙氣排放溫度與環(huán)境溫度相差越大，越容易形成“雨”[4-5]。
2 “石膏雨”問題的解決對策
2.1 優(yōu)化脫硫系統(tǒng)設(shè)計
從前面的“石膏雨”的成因可以看出，在設(shè)計上采取合理的措施，“石膏雨”是可以有效避免的。系統(tǒng)設(shè)計上主要考慮入口煙氣量與設(shè)計參數(shù)的偏差、煙氣流速的大小、除霧器的選型及液氣比等方面。
2.1.1 分析煙氣脫硫入口煙氣量與設(shè)計參數(shù)的偏差對某電廠出現(xiàn)“石膏雨”現(xiàn)象進行分析發(fā)現(xiàn)，其煙氣脫硫（flue gas desulfurization，F(xiàn)GD）進口煙氣參數(shù)及煤質(zhì)發(fā)熱量與設(shè)計值相差較大，設(shè)計煤質(zhì)低位發(fā)熱量約為23.446 MJ/kg，而入爐煤的低位發(fā)熱量為20.515~22.609 MJ/kg，導(dǎo)致在300 MW負荷時煙氣流量增加，F(xiàn)GD入口煙氣溫度比設(shè)計值高出20~38 ℃，同時吸收塔內(nèi)煙氣流速有時達到5 m/s，超出設(shè)計值的3.9 m/s，故系統(tǒng)實際運行工況超過設(shè)計值，“石膏雨”現(xiàn)象較嚴重。實際運行煙氣量與設(shè)計值是否有較大偏差，這點需要明確，以便清楚地了解FGD系統(tǒng)運行工況和設(shè)計工況之間的偏差。
主要應(yīng)考慮以下2 方面：
（1）若煙氣量沒有偏差，則在出口排放濃度達標(biāo)的情況下降低噴淋量，使出口煙氣抬升；
（2）若煙氣量有偏差，則需要進行核算除霧器的
流速是否滿足要求，若除霧器的流速不能滿足要求，則相應(yīng)地調(diào)整除霧器的運行工況。
因此，在脫硫系統(tǒng)設(shè)計時，實際燃燒煤質(zhì)應(yīng)在設(shè)計值范圍內(nèi)，以保證FGD系統(tǒng)在其設(shè)計工況下穩(wěn)定運行。
2.1.2 選擇合適的煙氣流速
煙氣流速是“石膏雨”形成的一個重要原因，因此在設(shè)計時，塔內(nèi)煙氣流速應(yīng)該綜合多方面因素，設(shè)計合適的流速，才能避免出現(xiàn)“石膏雨”。吸收塔設(shè)計煙氣流速一般為3.5~4.1 m/s，除霧器的設(shè)計流速應(yīng)稍高于吸收塔設(shè)計流速。吸收塔流速高，煙氣中所攜帶的漿液液滴將增多，除霧器的負荷增大，導(dǎo)致“石膏雨”出現(xiàn)，因此，吸收塔的流速不能設(shè)計過高。另外，在吸收塔流速的設(shè)計上還應(yīng)考慮有足夠的裕量。通常情況下，機組經(jīng)過一段時間運行后，系統(tǒng)漏風(fēng)率將會增加，鍋爐的熱效率會有所降低，而煤耗則會上升或煙溫調(diào)高，兩者的這種變化將使脫硫裝置入口煙氣量增大，造成塔內(nèi)煙氣流速提高；因此，在設(shè)計上應(yīng)有足夠的裕量[6]。此外，對于無增壓風(fēng)機、無GGH、無旁路的“三無”脫硫裝置，吸收塔煙氣流速的設(shè)計還應(yīng)該與之結(jié)合起來考慮，由于無旁路，一旦出現(xiàn)“石膏雨”，將導(dǎo)致機組停運，降低脫硫裝置的可靠性。因此，“三無”脫硫裝置塔內(nèi)煙氣流速不宜設(shè)計過高，并應(yīng)留有足夠裕量，一般應(yīng)低于3.8 m/s。
2.1.3 選擇合適的除霧器類型
平板式除霧器設(shè)計流速一般在3.5~4.5 m/s 之間。屋脊式除霧器設(shè)計流速比平板式除霧器高，一般為3.8~7 m/s，屋脊式除霧器對煙氣流速的適應(yīng)范圍更寬，煙氣通過葉片法線的流速要小于塔內(nèi)水平截面的平均流速，即使塔內(nèi)煙氣流速偏高，在通過除霧器時，由于流通面積增大而使得煙氣流速減小，減少煙氣帶漿；另外，屋脊型除霧器的結(jié)構(gòu)較平板型除霧器更穩(wěn)定，可以耐受的溫度較高。對于“三無”脫硫裝置，為提高其可利用率，宜選用能有效減少漿液夾帶和安全性更好的屋脊式除霧器。在設(shè)計除霧器沖洗系統(tǒng)時要考慮的因素包括沖洗面選擇、沖洗水壓力、沖洗強度、噴嘴角度、沖洗頻率、沖洗水水質(zhì)等。噴嘴入口壓力高，噴出漿液中小粒徑的比例增多，易形成“石膏雨”，因此在設(shè)計上對漿液循環(huán)泵至噴嘴入口處的管道、噴淋層及管件等沿
程阻力應(yīng)詳細計算，確定準確的循環(huán)泵揚程，保證噴嘴的霧化效果。
2.1.4 采用較小液氣比
液氣比是指單位時間內(nèi)吸收塔循環(huán)漿液量與吸收塔出口煙氣的體積比。脫硫系統(tǒng)的液氣比是保證煙氣中SO2、SO3及煙塵有效吸收的關(guān)鍵指標(biāo)之一，足夠的液氣比是保證脫硫效率的前提，吸收塔的液氣比宜控制在13~18 L/m3之間。液氣比也不能設(shè)計過高，太高的液氣比會使煙氣中的液滴夾帶量增多，同樣會增大除霧器的負荷。因此在保證脫硫效率的前提下，液氣比越小越好。
2.2 煙囪內(nèi)筒型式的設(shè)計
2.2.1 “濕煙囪”內(nèi)筒型式的改進“濕煙囪”定義為用以排放飽和且全部清潔過的煙氣的煙囪。目前電廠一般將采用濕法脫硫工藝、取消GGH 時的煙囪稱為“濕煙囪”。對于濕煙囪的設(shè)計，為盡可能減少從煙囪排放出去的液體并引起煙囪降雨及環(huán)境污染，最有效的處理措施是濕煙囪內(nèi)能有效地收集煙氣帶入的較大液滴及防止煙囪內(nèi)壁上的液體被二次攜帶，為此要求內(nèi)筒形線及內(nèi)襯表面應(yīng)盡可能地平滑，煙囪排煙筒內(nèi)煙氣流速不得超過酸液液膜撕裂的臨界流速，該臨界流速與內(nèi)襯表面的粗糙度有關(guān)。為此，綜合國內(nèi)規(guī)程以及歐美國家的設(shè)計標(biāo)準，煙囪筒內(nèi)流速一般按18~20 m/s 取值，考慮實際運行中煤質(zhì)的變化情況，流速宜取下限值。某工程每臺鍋
爐吸收塔出口凈煙氣量為1 418 243 m3/h（額定工況），煙道內(nèi)筒直徑取7.4 m，流速為18.32 m/s。煙囪總高度210 m，為滿足環(huán)保對煙囪出口流速的要求，煙囪內(nèi)筒在202 m高處設(shè)置變徑，煙囪內(nèi)筒直徑由7.4 m收縮至6 m，變徑管長度6 m，煙囪頂部留2 m的直段。煙囪內(nèi)筒由“直筒型”改為“直筒型+出口收縮段”型式設(shè)計，這樣可以減少煙流下洗，便于煙氣擴散，避免凈煙氣冷凝液在煙道或煙囪里面沉積，同時在單臺機組運行時，煙道與煙囪入口位置為微負壓狀態(tài)，還可有效避免運行中的煙氣串風(fēng)現(xiàn)象。此方案的實施應(yīng)在設(shè)計時綜合考慮其經(jīng)濟性和可行性。
2.2.2 煙囪內(nèi)筒設(shè)置積液槽
以某電廠為例，其吸收塔出口凈煙氣溫度約為50 ℃，根據(jù)計算，若煙氣溫度降低1 ℃，將有7.4 t/h冷凝水析出，降低2 ℃則有14.4 t/h 冷凝水析出，可見煙氣因降溫而析出水量非常大，因此無GGH脫硫裝置在煙道及煙囪內(nèi)筒低點處都應(yīng)該設(shè)置足夠的排水裝置。因此，為及時排出冷凝液，防止酸液的二次攜帶，對采用鋼內(nèi)筒的煙囪的酸液排出設(shè)計建議采用圖1（煙囪底部不設(shè)置排灰斗）所示的型式。由于煙囪底部的淤積物中含有酸液、灰塵、吸收塔逃逸的漿液等，淤積物的粘度較大，可能造成酸液排出管的堵塞和結(jié)垢，必要時煙囪底部的積液槽或灰斗處應(yīng)設(shè)置沖洗管道和沖洗噴嘴。 
2.3 運行操作中的注意事項
為了保證脫硫裝置與機組同步運行，提高裝置的可利用率，除了在設(shè)計和設(shè)備選型上采取措施外，運行操作也要有所提高，操作上要精細、合理，及時發(fā)現(xiàn)問題和處理問題，才能有效避免煙氣帶漿現(xiàn)象的發(fā)生，從而保證FGD裝置的正常運行。
2.3.1 除霧器壓差
在操作過程中，除霧器壓差是一個重點關(guān)注的參數(shù)。除霧器壓差一般為100~150 Pa，壓差增大，會形成“石膏雨”。除霧器壓差增大是因為堵塞造成的，堵塞的原因有多種，如：煙氣流速高、漿液pH值高、液氣比高等都會造成除霧器堵塞，當(dāng)發(fā)現(xiàn)除霧器堵塞，首先要正確判斷堵塞的原因，然后采取合理的處理措施。
2.3.2 除霧器沖洗水
除霧器沖洗水是保證除霧器壓差的主要手段。沖洗效果的好壞取決于沖洗水量、沖洗周期、沖洗壓力。沖洗水量及沖洗周期與機組負荷、煙氣溫度有關(guān)，機組負荷高所需沖洗水量大，因此機組負荷發(fā)生變化時，沖洗水量及沖洗周期應(yīng)隨之調(diào)整。沖洗壓力是保證沖洗水量的關(guān)鍵參數(shù)，不隨機組負荷變化[11]。
2.3.3 pH值
pH值高對“石膏雨”的形成有一定的影響。正常工況下，pH 值應(yīng)控制在5.6~5.8 范圍內(nèi)，漿液pH 值高，能提高脫硫效果，但高的pH值也會帶來負面的影響。由于pH值高，漿液中碳酸鈣濃度增大，易在系統(tǒng)表面結(jié)垢，會造成除霧器的堵塞，因此，漿液pH值應(yīng)在設(shè)計值范圍內(nèi)操作，在操作過程中不宜以提高pH值來提高脫硫效率。
2.3.4 漿液密度
脫硫裝置中漿液密度會隨石灰石中的碳酸鎂含量變化，一般情況漿液密度控制在1.15 kg/L，所對應(yīng)漿液固含量在20%左右。漿液密度高，漿液的粘度會有所提高，易附著在除霧器表面導(dǎo)致結(jié)垢，因此在操作時，漿液密度應(yīng)控制在設(shè)計范圍內(nèi)。
2.3.5 運行調(diào)整
“石膏雨”現(xiàn)象多出現(xiàn)在鍋爐高負荷運行期間，這與煙氣流量有關(guān)。當(dāng)機組帶大負荷時，在保證鍋爐正常燃燒用氧前提下，適當(dāng)減少風(fēng)量，控制爐膛負壓與升壓風(fēng)機壓力，降低煙氣流量與流速。
3 結(jié)語
“石膏雨”是濕法脫硫系統(tǒng)運行中的一個實際問題，應(yīng)采取必要的技術(shù)措施進行解決。在FGD系統(tǒng)設(shè)計和運行中，通過優(yōu)化設(shè)計、選擇合適的設(shè)備、加強運行操作等，可在很大程度上解決“石膏雨”問題。
