新型高效規流除霧器的應用

郭麗麗，朱武華，方達輝

（湖南碧綠環保產業發展有限公司，湖南 湘潭 411100）

1 前言

國內的煙氣脫硫目前大都采用的是濕法工藝，其核心裝置就是吸收塔，由于吸收塔內的反應大部分都采用噴淋式洗滌，處理過的煙氣中含有大量的霧滴，因此煙氣在經過洗滌后一般要通過除霧器，目的是將經過洗滌的煙氣中的水滴分離出來，使水滴回歸系統。

除霧器和噴淋管是濕法脫硫中必不可少的設備。目前廣泛使用是折流板除霧器（包括屋脊式和平板式），但是從現運行的脫硫系統中，可以發現折流板除霧器存在以下問題。

（1）除霧效率不高，致使其下游的GGH結垢嚴重或煙囪下“石膏雨”

表現突出的是塔外布置的水平除霧器。由于場地有限，布置緊湊，吸收塔出口至除霧器入口缺少符合要求的直管段，即使裝有導流板，也難以調整氣流分布，除霧器入口端面處的氣流速度偏差甚大，高的達10m/s以上，低的出現渦流區，造成除霧器入口處石膏堆積，除霧器出口煙氣攜帶的液滴超標，對設有GGH的脫硫系統，GGH換熱元件結垢加劇；對不設GGH的脫硫系統，由于排煙溫度較低，煙氣擴散條件不利，煙氣攜帶的液滴會在煙囪出口形成“石膏雨”（即脫硫塔漿液池內的大量石膏漿液隨上升煙氣從煙囪口飄出，嚴重影響周圍環境。

（2）除霧器板片結垢堵塞，沖冼失常，造成除霧器坍塌

FS-04規流填料床技術通過在河南金山集團、晉煤集團等鍋爐煙氣脫硫EPC項目上的應用，顯示出在脫水除霧方面的高效性。該技術為脫硫塔的脫水除霧帶來了新的技術理論和應用思路。有利于脫硫除霧技術和設備的國產化，打破了國外在脫水除霧產品方面的壟斷。

2 脫硫項目概況

以河南金山集團脫硫項目為例：該項目的設計處理煙氣量為42萬m3/h；煙氣溫度150℃；除塵方式采用袋式除塵器；入塔SO2濃度1800mg/Nm3。煙氣從塔體中部側面進入，依次通過一層噴淋層、一層規流填料床和一層規流除霧器，最后進入原煙囪排放。

系統投運后，各項指標均達到設計要求，SO2排放濃度降到60mg/Nm3以下。但由于除霧器沖洗水采用的水源是鍋爐引風機冷卻回水，回水壓力小，不能滿足對除霧器的沖洗需要，因而除霧器長期得不到有效沖洗。系統運行半年后，除霧器發生了堵塞（見圖1），造成了脫硫塔壓力損失增大，凈煙氣帶水帶漿。

對于除霧器的沖洗，業主一直無法提供適合壓力的水源。為保證系統能夠運行，施工方拆除了除霧器，保留了除霧器沖洗管道，僅依靠規流床完成脫水的工作。系統運行后，未再發生煙氣帶水帶漿的現象，至今已經連續運行兩年。

圖1 除霧器堵塞情況

3 理論分析

從原理上說，折流板除霧器（包括平板式和屋脊式的除霧器）屬于利用液滴的慣性來脫水，因此折流板彎折的角度越大、彎折的次數越多，板與板的間隔就越小，除霧效果也就越好，但同時除霧器也就越容易積累灰塵等固體雜質，從而發生堵塞。并且由于除霧器的折流板都是靜止狀態，容易積灰，所以除霧器要反復進行周期沖洗。而且如果沖洗不徹底，除霧器也很容易結垢堵塞，引發“石膏雨”現象，更為嚴重的是可能會導致脫硫系統發生故障而停運。

規流除霧器是一種有規則運動的填料裝置，它集合了固定填料以及湍流填料的各項優點。規流除霧器特殊專業設計的導向方式、規流球的規則運動，進一步促進了煙氣流場的均勻分布，解決了氣流偏流問題，達到了最小空間、最高傳質效率的目的，實現了最高的捕液與除霧效率。其除霧機理如圖2。

圖2 規流除霧器除霧機理

（1）慣性捕集

小霧滴由于自身的慣性作用，含霧滴的煙氣在進入規流床過程中，遇到填料球后會改變氣流方向，繞過填料球流動。其中細小的霧滴隨氣流一起繞流，運動軌跡由直線變為曲線。粒徑較大（大于0.2μm）的霧滴具有較大的慣性，便脫離氣流的流線保持直線運動，與填料球相撞而被捕集，使煙氣中的霧滴得到脫除。

（2）擴散

微小顆粒從高濃度區域向低濃度區域移動的過程稱為擴散。擴散主要是布朗運動的結果，布朗運動是指微小顆粒在周圍氣體分子和其他微粒碰撞下的無規則自由運動。粒徑小于0.2μm（比重為1）的小顆粒主要通過擴散捕集，因為它們質量小，不大可能發生慣性撞擊，且物理尺寸小，不容易被攔截。當這些微粒被捕集到一個液滴里面，液滴鄰近區域的微粒濃度降低，其他微粒又一次從高濃度區域向液滴鄰近的低濃度區域移動。

與大型出版企業相比，中小出版企業在資源壟斷、出版許可、網點布局、文化沉淀、社會責任等方面差距較大。因此，中小出版企業轉型升級不能效仿大企業的“高、大、上、全”。

（3）凝集

凝集有兩種情況，一種是以微小塵粒為凝結核，由于小霧滴的凝結，使霧滴尺寸增大；另一種是由于擴散漂移和熱漂移的綜合作用，使霧滴凝聚增大，增大后的霧滴可以通過慣性作用加以捕集。

（4）規流除霧器的運行

1）脫硫塔運行時，煙氣推動安裝在規流除霧器上的填料球呈現規則運動狀態，煙氣與填料球朝同一方向運動（使所有填料球繞內筒公轉），延長了煙氣通過除霧器的距離和時間。

2）由于規流除霧器采用了獨特的導流設計，填料球不會被吹離，而是使煙氣通過填料球之間的縫隙，多次改變流動方向（至少改變8次方向，遠遠多于一般折流板的彎折次數）。煙氣中夾帶的漿液同樣由于慣性撞擊被填料球表面捕集，并在填料球層不斷積累，直到集聚的漿液重力大于煙氣的上升托力時，即會從規流除霧器中落回脫硫塔中。并且安裝在除霧器上的填料球呈現規則運動狀態（填料球個體自轉運動，不同于靜止的折流板），有利于煙氣流暢均勻地通過，避免局部區域煙氣流速過高或過低。相比于折流板葉片的靜止狀態，規流除霧器更加不易積灰。即使有灰塵黏附于填料球表面，也會因為填料球的運動碰撞、相互摩擦而剝落。同時由于填料球的運動，增加了煙氣的擾動，增大了霧滴與霧滴之間和霧滴與填料球的碰撞機率，能夠強化慣性捕集和擴散捕集，提高脫硫效率。

3）設置沖洗水裝置對規流除霧器定期進行沖洗，徹底杜絕了除霧器結垢堵塞的可能性。

規流除霧器除霧原理及實物示意見圖3、圖4。

圖3 規流除霧器除霧原理圖

圖4 規流除霧器實物圖

4 規流除霧器的應用及發展

（1）目前國內在用的除霧器的不足

目前國內在用的除霧器除了在使用方面容易發生堵塞之外，在制作方面也存在一些問題。

除霧器是一個流體機件，就結構而言，除霧器的結構是相對比較簡單的（見圖5）。從制造的角度來講，唯一有難度的就是：除霧器本身是一個大型的塑料機件，制造過程中需要有專門的模具，還需要一定的經驗。另外，在直徑十幾米的斷面上，各種工況下的氣流流場的變化是比較復雜的。如果在設計應用除霧器的過程中不考慮這些復雜的變化因素，在使用過程中就可能出現問題。

圖5 折流板除霧器橫截面

除霧器的核心技術不是其外在的形狀，也不是制造的過程，而是一個流體力學的設計。而這項任務對中國的企業來講還是比較艱巨的，所以，在我國大力推行脫硫產業的前三五年內，一般是使用進口的除霧器，而且為此付出了不菲的代價。近幾年，國內的一些企業開始自行研發制造除霧器，但是國內對于除霧器制造的認識還是停留在除霧器本身的塑料結構設備的層次上，并未對其核心技術進行太多的研究，大多數設計也都沒有掌握核心的關鍵技術，往往是照搬國外的除霧器進行仿制，對其中的特性知之甚少。所以制造出的除霧器在運行中往往由于不能適應不同工況的變化而出現一系列的問題。另外，由于國內大部分煙氣脫硫裝置的建成時間不長，運行初期由于各種原因，特別是在運行監管尚未全部落實的情況下，運行商往往會采取讓大量的煙氣走旁路的辦法，使脫硫系統維持在比較小的負荷下，這樣就可節約大量的運行費用。但在這種狀況下，由于熱煙氣進來的量很少，系統蒸發的水分也相應較少，而除霧器的運行是需要定時采用外源水沖洗的。脫硫系統在正常的工作過程中，由于熱煙氣的通過會蒸發掉大量的水分，而沖洗除霧器的水進入系統中不足以補充這部分蒸發的水，因此需要另外的水補充到系統中實現水平衡。但如果系統長期在低負荷量運行，蒸發的水量很少，這樣沖洗除霧器的水分就會越來越多，使系統接納不了，造成水平衡的破壞，使得系統不能正常運轉，最后的結果就是沖洗除霧器的水量下降，對除霧器的沖洗不能到位。這也是造成除霧器結垢，甚至造成除霧器坍塌的原因之一。

隨著國內逐步開展除霧器的生產，有關除霧器和系統裝置的匹配以及流場和霧滴特性的問題被忽視，由此也造成了一系列的問題，這些因素綜合在一起，造成了除霧器成為影響煙氣脫硫裝置長期穩定運行的重要因素。現在很多脫硫公司為了中標壓低價格，省去了GGH系統，導致了煙囪飄漿和煙囪下雨，因此在取消GGH的情況下，除霧器必須優化。而根據除霧器的工作對象煙氣流場和霧滴的特性，利用流場適應型的除霧器創造性地解決了除霧器入口煙氣流動不均勻的問題，降低了對除霧器入口煙氣均勻性的要求。

流場適應型除霧器的設計完全不同于現在的除霧器，即是直接以設備去匹配系統的現狀，使得設備和系統實現良好的兼容。

（2）規流除霧器應用優勢

1）目前，國內企業成功開發的適用于大型電廠鍋爐煙氣脫硫、脫硝處理的“FS-04規流填料塔及工藝集成系統” 已達到國際先進水平。系列脫硫除塵產品已在國內200多家企業的300余項脫硫工程上應用。

2）規流除霧器采用了獨特的導流設計。煙氣通過規流床導流后推動填料球在在塔內作自轉和公轉的圓周運動，對煙氣通過時會產生調整和規整氣場分布的作用，促使氣液接觸更加充分和均勻。

3）通過填料球運動對煙氣的切割而不斷改變煙氣的流動方向，強化慣性捕集和擴散捕集，從而達到提高脫水效率的目的。

4）相比于靜止的折流板除霧器，規流除霧器具有自潔功能，當灰塵黏附于填料球表面時，通過填料球的碰撞、相互摩擦運動而剝落，從而徹底杜絕了除霧器結垢、堵塞的情況發生。

規流除霧器與折流板除霧器性能對比見下表。

規流除霧器與折流板除霧器對比表

5 結語

規流除霧器是國內企業基于FS-04規流填料床技術開發出來的一項新技術，具有完全的自主知識產權，為脫硫行業提供了嶄新的除霧技術理論和思路。由于規流床除霧器具有獨特的優勢以及除霧的高效性，應用前景非常廣泛。