(大唐山西发电有限公司太原第二热电厂 山西太原 030041)
摘要：燃煤电厂污染物的排放限制越来越严格。进一步提高燃煤电厂的除尘脱硫性能是一项重要的任务。如果能在优化脱硫吸收塔的同时提高脱硫效率，就能大大降低火电厂环保系统的投资成本。因此，根据除尘机理，研究了设置导流环、优化喷嘴布置、增加液滴冷凝系统对脱硫吸收塔除尘能力的影响。结果表明，该系统能显著提高除尘效率，满足超低排放限值的要求。目前，研究成果已在 某电厂进行了试验。
关键词：燃煤电厂；脱硫吸收塔；超低排放；除尘；均流板；导流环
脱硫吸收塔对烟气中的细尘有一定的去除效果，但其去除效率有待进一步提高。采用理论分析与工程实践相结合的方法，对脱硫吸收塔协同除尘效率的提高进行了研究。结果表明，在脱硫吸收塔内设置导流环和正六边形孔板，优化喷嘴布置，增加液滴冷凝系统，可提高脱硫塔的除尘效率。
一、吸收区的除尘
1.塔内流场
吸收塔是湿法脱硫系统的核心设备，复杂流场对塔的脱硫除尘效率起着关键作用。后进入吸收塔烟气体积迅速膨胀,慢下来,塔壁的影响,在横向上的吸收器入口烟气流量的一部分,另一部分烟气向下运动,在底部附近的吸收浆池逆时针漩涡的形成,引起强烈的湍流区域,导致不均匀分布在塔内烟气、气体和液体两相之间的传质效果很差。另外，由于塔壁周围的喷雾密度低、阻力小，烟气到达喷雾层后容易附着在塔壁上，而喷雾液滴则附着在塔壁上形成液膜。这两个因素对吸收体的脱硫和协同除尘能力有很大的影响。可以采取的优化流场的措施主要有以下三点:首先，安装合金托盘。该塔板不仅能使气流均匀分布，还能保持一定的液膜高度，增加气液接触的比表面积和反应时间，提高吸收剂利用率和脱硫效率。烟气流经盘后,尘粒的一部分是被网滴盘下来,部分粗除尘塔的底部是底部的液膜,捕捉最微妙的烟通过网进入泡沫层托盘,激起很多气泡和灰尘惯性,同时扩散不断被泡沫干扰,改变方向,增加他们与液体接触的机会。入口烟气脱硫塔粉尘粒径的大小直接影响脱硫塔的效率,从锅炉烟气的身体后,除尘装置处理,然后进入脱硫系统,这个时候大部分的煤烟颗粒大小在2.5μm,因此,洗PM2.5颗粒的去除效率是反映脱硫除尘塔的关键性能。结果表明，在粒径小于2.5 m时，塔板具有较高的除尘效率。第二，在烟道关键部位设置导流板，减少烟气的漂移。第三，通过对吸烟塔入口角度的流场模拟，发现在相同的烟气工况下，以入口角度为15°的烟气进入吸烟塔的流动度较好。
2.喷雾密度和液气比。喷雾密度定义为吸收塔单位截面面积的喷雾量。喷淋密度越高,喷浆量越大单位横截面积上的吸收塔,和更多的机会接触不同直径的尘埃,和更大的粉尘捕捉和删除的概率。但是，随着液气比的增加和脱硫系统能耗的增加，喷雾密度的选择需要综合考虑。
3.雾化粒径。液滴直径受喷嘴类型和喷雾压力的影响较大。在喷淋量一定的情况下，增加了喷嘴压力，减小了雾滴直径，延长了塔内悬浮时间，增加了粉尘捕集的机会，但运行能耗相应增加。因此，在液气比相同的情况下，可以采用雾化效果高的高效喷嘴来减小雾滴直径。高效喷嘴不仅可以提高单喷嘴的雾化效果，还可以增加烟气通过喷雾层的路径。附加注入重叠区产生大量二次雾化，反应表面积大大增加。烟气与雾化的液滴有较多的反应机会，提高了吸收塔的脱硫除尘效果。同时，还可将合金气环安装在喷淋层下方的塔壁上。烟气通过气体积聚环后，被引到塔中心，减小了烟气的主要覆盖面积，减少了塔壁的逸出现象，增加了粉尘被雾滴捕获的机会。塔的泥浆流动的沿墙也返回吸收塔的中心区域再次参与反应,这强化了混气液两相之间的传质,提高了脱硫效率,同时提高了除尘效果。
4.塔内空气流速。吸收塔的主要任务是脱硫。因此，在考虑除尘前，必须满足脱硫效率。在这种情况下，新吸收体的气体流量一般要求为3 ~ 3.5m/s。此外,根据改造项目的测量数据,在进口和出口粉尘浓度的吸收塔往往是基本稳定在不同负载下的烟气,表明改变气体吸收塔的速度在这个时候不显著提高除尘效率。
二、设置吸收塔的平衡板
设置导流环后，高速带明显向塔中心移动。为了更好地传质和平衡流动，提出了一种正六边形平衡板结构。相同条件下的开盘价,普通六角开板有一个较大的洞间距和一个更稳定的结构比圆形板,哪个更有利于分裂气流,增加泡沫的数量和增加传质面积,以提高收集烟尘的能力。此外，规则的六边形开口也有利于湍流的流动，增强局部区域的传质混合。烟气高速进入液膜层后，会激起大量的泡沫。这些泡沫相互重叠，增加了烟气与浆液的接触概率，从而有效地捕捉烟气中的细尘和SO3。在流板均匀的情况下，泡沫大幅增加，气液接触面充分，可有效减少浆体循环泵的循环流量。
三、喷嘴在吸收塔喷雾层的最佳布置
为了提高喷雾塔的浆液覆盖率，根据吸收塔内流场的特点，通过优化不同喷嘴的组合，可以进一步提高吸收塔的除尘脱硫效率。在吸收塔壁面附近区域，采用90°高喷雾密度的固体锥型喷嘴，可显著提高该区域料浆覆盖率，减少烟气逸出。在吸收塔中心区域，采用雾化粒径均匀度高的双向空心锥型喷嘴，可有效提高该区域的浆液覆盖率。吸收塔顶层的单向喷嘴可有效减少烟气携浆量。对于喷雾层为4层的吸收塔，喷嘴布置如图1所示。虽然增加了施工难度，增加了管道和循环泵的难度，但能显著提高除尘效果。
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图1喷嘴优化布置方案
四、增加液滴凝聚系统
传统高效除雾器对颗粒和雾滴的去除基于惯性碰撞理论，其分割粒径约为15微米。当颗粒物(粉尘或石膏雾滴)粒径< 15微米，除雾器的去除效率较低。当粒径为> 30微米时，其去除率基本达到100%。凝聚体使烟气团聚体中的超细颗粒达到湿法脱硫除雾的粒度范围，可提高脱硫塔对超细颗粒的去除效率。在本研究中，通过冷凝和雾化的方法，将粒径小于15微米的细尘与石膏雾结合，形成粒径为> 40微米的颗粒。然后用除雾器去除颗粒。去除细颗粒物和石膏雾滴的工艺流程如图2所示。
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图2去除颗粒物和雾滴的工艺流程
首先通过吸收塔脱硫浆洗涤烟气，洗涤后的烟气进入一级除雾装置(图2a)。在一级除雾装置中，可有效去除直径在60~ 1500μm的大液滴。然后烟气进入翅片管冷凝器(图2b)，饱和烟气开始冷凝。蒸汽开始凝结，并随着烟气中的粉尘作为凝结核心而逐渐增大。表面凝结后粉尘的亲水性和润湿性将显著提高，为下一步提高凝聚性和效率打下基础。接下来，烟雾进入超细雾化冷凝区域(图2c)。超细雾化凝固系统由空气压缩机、双流体喷嘴和合金管道组成。将冷却水喷入加压空气，形成雾化致密区，雾化粒径40~100μm。烟气中的大部分粉尘和石膏雾滴都凝结成40μm左右的大颗粒。之后，烟气依次进入第二级和第三级细除雾器(图2d)。由于除雾器的颗粒尺寸约为15μm，而烟气中的大部分粉尘颗粒尺寸为> 40μm。因此，烟气流经2、3级细雾去除器后，细颗粒物粉尘质量浓度可达到< 5 mg/m3。同时，由于混凝系统的作用，进入精细除霜器的烟气固体含量大大降低，大大降低了除霜的风险。
总之，增设导流环和正六边形孔板可显著增加烟气的气液接触面积和停留时间，提高脱硫效率和除尘效率。根据流场的特点,在每个喷淋层和墙的中间区域的塔,喷嘴与不同的参数用于优化的布局在每个喷雾喷嘴层,可进一步提高吸收塔的除尘效果。加入液滴冷凝系统，采用三级除雾器。通过烟气的冷凝和冷凝，将液滴的粒径提高到40μm以上，采用多级除雾器去除，可显著提高吸收塔对细粉尘的去除效果。
参考文献：
[1]王凤，浅谈燃煤电厂脱硫吸收塔协同除尘的增效.2018.
[2]刘红艳，关于燃煤电厂脱硫吸收塔协同除尘的增效研究.2019.