新型氟塑料凝水除塵器在火力發電廠粉塵脫除中的應用

賈明華， 蔣海濤， 李　斌， 張玉斌， 張　勇， 付玉玲， 王　罡， 褚曉亮

(煙臺龍源電力技術股份有限公司， 山東煙臺 264006)

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新型氟塑料凝水除塵器在火力發電廠粉塵脫除中的應用

賈明華， 蔣海濤， 李斌， 張玉斌， 張勇， 付玉玲， 王罡， 褚曉亮

(煙臺龍源電力技術股份有限公司， 山東煙臺 264006)

探討了蒸汽相變脫除微細顆粒物的技術路線，結合示范工程對新型氟塑料凝水除塵器在火力發電廠微細粉塵脫除領域的應用效果和應用前景進行了分析。結果表明：新型氟塑料凝水除塵器具有良好的微細粉塵脫除效率和應用前景。

微細粉塵； 氟塑料凝水除塵器； 粉塵脫除

火力發電在我國電能生產行業有著舉足輕重的地位，但化石燃料燃燒后產生的煙氣同時帶來了嚴重的大氣污染問題。最近我國中東部地區出現的大量霧霾天氣，其主要原因就是空氣中漂浮著大量的微細粉塵顆粒(PM2.5)，而火力發電廠的煙氣排放就會產生大量可吸入顆粒。

目前，國內火力發電廠大部分都配備了濕法脫硫(WFGD)系統，經WFGD系統后的煙氣中PM10顆粒物大大減少，但PM2.5微細顆粒物的脫除卻很有限，而且還增加了石膏顆粒和石灰石顆粒[1]。WFGD 系統可脫除煙氣中的部分顆粒物，但難以有效脫除微細顆粒物。因此，研究微細粉塵顆粒物的脫除對環境保護具有重要的意義。

筆者通過對新型氟塑料凝水除塵器在火力發電廠粉塵脫除中應用進行了論述，為火力發電廠微細粉塵脫除的技術進步提供有益的參考。

1　新型氟塑料管凝水除塵技術

目前微細粉塵脫除的主要途徑是在除塵器或洗滌器前設置預處理設施，使其通過物理或化學作用長大成較大顆粒后再安裝常規除塵裝置加以脫除，其中應用蒸汽相變原理是促使微細粉塵凝結并長大的重要措施。

2001年,Bologa等[2]設計了一套先使亞微米級微粒在飽和蒸汽中凝結長大,然后用靜電除塵器脫除的工藝,對平均粒徑為66 nm、質量濃度為35～55 g/m3的微粒(由木材燃燒產生)脫除效率可達90%～95%。2007年，楊林軍等[1,3]依據蒸汽相變促進PM2.5凝結并長大的原理及WFGD工藝特征，對WFGD系統中應用蒸汽相變原理協同脫除PM2.5的可行性及技術方案加以分析,指出改進WFGD操作條件、促進脫硫凈化濕煙氣達到過飽和、添加潤濕劑、采用低表面能材料作相變凝結室壁面等措施，有望協同實現脫除SO2和促進PM2.5凝結、長大并高效脫除的目的。蒸汽相變促使微粒增大的機理是:在過飽和蒸汽環境中，蒸汽以微細粉塵微粒為凝結核發生相變，使微粒粒度增大、質量增加，并同時產生擴散泳和熱泳的作用，促使微粒遷移運動，相互碰撞接觸，從而使微細粉塵微粒凝結并長大。

應用蒸汽相變原理促使微粒增大，首先應建立過飽和蒸汽氣氛，從原理上講，采用以下方法均可使蒸汽達到過飽和：(1)混合不同溫度的兩股飽和氣體；(2)絕熱膨脹；(3)冷卻高溫、高濕煙氣；(4)化學反應；(5)注入蒸汽；(6)高溫含濕氣體與低溫液體相接觸；(7)低溫含濕氣體與高溫液體相接觸。上述措施中,(1)、(4)、(7)方案實際應用價值不大，絕熱膨脹措施不適于廢氣量較大的排放源。應針對微細粉塵顆粒物排放源具體特性，采用(3)、(6)措施實現相變凝結所需的過飽和氣氛[3]。

新型氟塑料管凝水除塵技術的核心設備是新型氟塑料凝水除塵器，該凝水除塵器集蒸汽相變發生器和除塵器功能于一體。其結構形式為薄壁小管徑結構的氟塑料管式煙氣換熱器，柔性的氟塑料換熱管束為豎直方向布置，煙氣在管外水平方向流動，冷卻水在管內豎直方向流動。該技術是利用氟塑料管形式的煙氣換熱器冷卻WFGD出口的近飽和濕煙氣，使得煙氣中的水蒸氣發生相變、以微細粉塵顆粒物為凝結核長大，長大后的顆粒物在慣性作用下碰撞多排的錯列排布的氟塑料管壁面并沿壁面被收集。除塵器配備有專門的沖洗系統，定期的沖洗保證粉塵的收集和排放。

該技術相對于其他蒸汽相變長大聚合技術，具有如下優勢：

(1)氟塑料換熱器的表面性能優越。氟塑料表面具有最小的表面黏力和黏合能，最大的對水浸潤接觸角。較低的表面能有利于煙氣中水蒸氣的凝結相變，有利于微細粉塵顆粒的長大、被收集。另外，液固表面自由能差大，接觸角滯后小，氟塑料材質還可實現蒸汽的滴狀冷凝，有利于冷凝傳熱[4-5]。

(2)能耗低。對于有供暖需求或者凝結水溫度較低的電廠，采用該技術脫除微細粉塵顆粒的同時能夠適當利用冷卻水的熱量，相當于煙氣熱量的深度回收利用。

(3)新型氟塑料管凝水除塵技術冷凝的煙氣中的水分可循環應用于脫硫塔中，相當于煤和脫硫塔噴水中的水分的回收利用。經計算，對于300 MW機組，脫硫塔出口飽和煙氣溫度降低1 K，煙氣中的冷凝水量為5～6 t/h。

(4)系統簡單，新型氟塑料凝水除塵器即作為煙氣冷卻器，也作為阻擋收塵器，無需再增設常規除塵器。

筆者2013年參與的某電廠新型氟塑料管凝水除塵技術試驗，新型氟塑料凝水除塵器冷卻脫硫塔出口飽和煙氣，煙溫降低1～3.3 K，脫硫塔出口粉塵質量濃度平均值為23 mg/m3，凝水除塵器后平均質量濃度為11 mg/m3，除塵效率高于50%。

該技術系統設置見圖1，高效氟塑料管換熱器設備見圖2。

圖1　新型氟塑料凝水除塵器系統設置圖

圖2　新型氟塑料凝水除塵器設備

在某330 MW發電機組的新型氟塑料管凝水除塵技術的示范工程中，脫硫塔后新型氟塑料凝水除塵器的入口煙氣溫度為48.7 ℃，出口煙氣溫度為47.2 ℃，煙氣溫度下降1.5 K。新型氟塑料凝水除塵器入口折算固體顆粒物質量濃度均值為14.4 mg/m3(標態、干基、φ(O2)=6%)，出口折算固體顆粒物濃度均值為8.9 mg/m3(標態、干基、φ(O2)=6%)，除塵效率為38.2%。

可以預見，通過調整運行參數、提高燃煤煙氣的過飽和度、增加新型氟塑料凝水除塵器管排數等措施，可有效提高新型氟塑料凝水除塵器的除塵效率[6]。

2　應用前景

新型氟塑料管凝水除塵技術應用的關鍵是穩定的冷卻水的獲得。因國內電廠普遍裝設WFGD系統，脫硫塔出口近飽和濕煙氣溫度為50 ℃，根據傳熱學基本原理，冷卻水的水溫應低于50 ℃，且越低越好。

新型氟塑料管凝水除塵技術的應用領域：

(1) 對于某些位于工業園區的燃煤電廠，對外供汽且工質不回收，補水量較大，補水溫度較低。采用化學補水作為新型氟塑料凝水除塵器的冷卻水，系統簡單，造價較低；同時節省了化學補水的加熱蒸汽量，具有一定的節能效益。

(2) 對于水冷機組，凝結水溫一般為20～40 ℃，可利用凝結水作為新型氟塑料凝水除塵器的冷卻水源，回收煙氣熱量，排擠汽輪機抽汽，實現節能和減排的綜合社會效益。

(3) 對于供暖機組，通過與熱泵技術結合，采暖抽汽驅動熱泵制取相對低溫的冷卻水回收脫硫塔出口煙氣的熱量，回收的熱量進入熱網回水中，同時實現降低微細粉塵排放和擴大供暖能力(見圖3)。

圖3　新型氟塑料凝水除塵器+熱泵機組工藝流程

經計算，對某典型熱電廠220 t/h鍋爐煙氣降污余熱深度回收工程，工程采用“新型氟塑料凝水除塵器+熱泵機組”技術，飽和濕煙氣經過裝置后的煙塵質量濃度≤10 mg/m3(φ(O2)=6%)，余熱回收≥6 MW，具有顯著的社會效益和經濟效益。這項技術對于城市中的小供暖機組，尤其具有吸引力。

3　結語

(1) 新型氟塑料管凝水除塵技術可有效脫除燃煤煙氣中的微細顆粒物，具有系統簡單、節能、節水的技術優勢。該技術粉塵脫除效率可達50%以上，具有良好的應用前景。

(2) 由于時間及現場條件的限制，本文尚未對影響新型氟塑料管凝水除塵技術粉塵脫除效率的諸多因素進行定量分析，如煙氣的過飽和度、新型氟塑料凝水除塵器管排數、入口煙氣粉塵含量、粉塵粒徑等，在后續的工作中將繼續深入研究。

[1] 楊林軍,張霞,孫露娟,等. 濕法脫硫中應用蒸汽相變原理協同脫除PM2.5的技術分析[J]. 現代化工,2007,27(11):23-26,28.

[2] BOLOGA A, PAUR H R, WASCHER T. Electrostatic charging of aerosol as a mechanism of gas cleaning from submicron particles[J]. Filtration & Separation, 2001(12):26-30.

[3] 楊林軍,顏金培,沈湘林. 蒸汽相變促進燃燒源PM2.5凝并長大的研究現狀及展望[J]. 現代化工,2005,25(11):22-24,26.

[4] 馬學虎,劉延來,陳嘉賓,等. 聚四氟乙烯薄膜表面滴狀冷凝傳熱實驗研究[J]. 化學工程,2003,31(3):27-30.

[5] 楊世銘,陶文銓. 傳熱學[M]. 北京:高等教育出版社,1982.

[6] 張霞,楊林軍,孫露娟,等. 應用蒸汽相變機理脫除燃燒源PM2.5試驗研究[J]. 東南大學學報(自然科學版),2008,38(1):81-85.

Application of New Fluorine Plastic Condensate Filter in Dust Removal of Coal-fired Power Plants

Jia Minghua, Jiang Haitao, Li Bin, Zhang Yubin, Zhang Yong,Fu Yuling, Wang Gang, Chu Xiaoliang

(Yantai Longyuan Power Technology Co., Ltd., Yantai 264006, Shandong Province, China)

The technical route of fine dust removal via vapor phase change was discussed, while the application effects and prospects of new fluorine plastic condensate filter in fine dust removal of thermal power plants were analyzed based on demonstration projects. Results show that the new fluorine plastic condensate filter has high efficiency and good application prospects in removal of fine dust.

fine dust; fluorine plastic condensate filter; dust removal

2015-11-26

賈明華(1987—)，男，工程師，從事火力發電廠燃煤煙氣節能減排工作。

E-mail: jiaminghua1987@163.com

TK223.27

A

1671-086X(2016)04-0257-03