濕法脫硫煙氣帶水形成機理及防治措施*

羅丹丹　楊紅　高志遠(yuǎn)　曾真

（武漢工程大學(xué)機電工程學(xué)院)

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濕法脫硫煙氣帶水形成機理及防治措施*

羅丹丹**楊紅高志遠(yuǎn)曾真

（武漢工程大學(xué)機電工程學(xué)院)

對煙氣帶水的形成機理和影響因素進(jìn)行了系統(tǒng)分析，提出了強化除霧效果、提高凈煙氣溫度、優(yōu)化煙囪設(shè)計、優(yōu)化系統(tǒng)運行等主要的防治措施。

濕法脫硫煙氣帶水除霧器換熱器煙囪防治措施

大型燃煤電廠脫硫系統(tǒng)中普遍采用石灰石-石膏濕法脫硫技術(shù)[1]。但實際運行過程中，煙氣換熱器 （GGH）常會發(fā)生嚴(yán)重腐蝕以及換熱元件發(fā)生堵塞等問題，嚴(yán)重影響了濕法煙氣脫硫系統(tǒng)（WFGD）的穩(wěn)定性和經(jīng)濟性，因此后期設(shè)計的WFGD系統(tǒng)均采用 “濕煙囪”排放[2-3]。

脫硫塔頂部設(shè)置有除霧器，用于濕法脫硫后除去煙氣中攜帶的液滴。但是除霧效果往往不理想，凈煙氣中仍然攜帶有粒徑微小的液滴，且凈煙氣處于飽和狀態(tài)，在排出過程中碰到煙囪壁面后部分飽和蒸汽就會冷凝形成液滴。這種情況使得凈煙氣排出后不能充分?jǐn)U散到大氣中，煙氣中攜帶的石膏漿液在煙囪附近聚集，導(dǎo)致煙囪附近經(jīng)常出現(xiàn)下降小液滴的現(xiàn)象，被稱為 “石膏雨”。這種石膏雨會嚴(yán)重腐蝕沉降區(qū)域的設(shè)備、設(shè)施和建筑物，影響周邊居民的生活。因此，本文通過對煙氣帶水現(xiàn)象形成的主要因素進(jìn)行分析，提出了有效的防治措施。

1　煙氣帶水分析

石灰石－石膏煙氣脫硫過程中，石灰石漿液經(jīng)噴淋霧化后與煙氣接觸，進(jìn)行脫硫反應(yīng)。反應(yīng)過后，這部分霧化水汽隨處理過的煙氣排入大氣，因而凈化后的煙氣中含濕量高，且有一定程度的帶水。雖然濕法脫硫系統(tǒng)通常在脫硫塔上部設(shè)置除霧器，以脫除挾帶的水滴，但是由于脫水效果差，煙氣中仍然帶有大量水分，這就是煙氣帶水。煙氣中的液滴與殘余介質(zhì)結(jié)合形成的冷凝液具有腐蝕性，會對脫硫吸收塔后的煙道造成嚴(yán)重的腐蝕，縮短尾部煙道、風(fēng)機葉片等設(shè)備的使用壽命，影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。同時凈煙氣夾帶的細(xì)小的液滴，會導(dǎo)致煙囪附近出現(xiàn)白煙和煙囪雨現(xiàn)象，帶來污染問題。因此必須對煙氣帶水問題作深入的研究，找出解決煙氣帶水問題行之有效的方法。

2　煙氣帶水現(xiàn)象形成的原因

煙氣帶水現(xiàn)象形成的因素很多，主要有凈煙氣溫度、除霧效率、煙囪結(jié)構(gòu)和環(huán)境氣象條件等。

2.1凈煙氣溫度

進(jìn)入吸收塔前，煙氣溫度為100～130℃。取消了煙氣換熱器以后，煙囪排煙溫度比較低，所以經(jīng)過濕法煙氣脫硫后，吸收塔出口的凈煙氣溫度一般為45～55℃。煙氣在通過煙囪的過程中,煙溫不斷下降。當(dāng)濕煙氣溫度降到飽和溫度以下時,煙氣中的飽和態(tài)水遇到冷壁面而冷凝，并與石膏漿液迅速凝結(jié)形成雨滴。當(dāng)雨滴所受重力大于煙氣浮力時，便往下沉降甚至降落在煙囪出口。特別是在陰霾天氣或氣溫、氣壓較低時，凈煙氣中攜帶的石膏漿液液滴便沉降在煙囪附近。所以，煙氣溫度和所處的濕飽和狀態(tài)是形成煙氣帶水現(xiàn)象的原因之一。

2.2除霧效率不高

除霧器是濕法脫硫裝置中的關(guān)鍵設(shè)備之一，主要作用是捕集經(jīng)噴嘴霧化后的漿液液滴，減少煙氣帶水，降低經(jīng)洗滌凈化后的煙氣所夾帶的液滴量。除霧器的除霧效果優(yōu)劣對煙氣中夾帶的水量有密切的關(guān)系。特別是在吸收塔內(nèi)煙氣流場不均、煙氣流速過快時，以及在除霧器效率降低時，除霧器無法有效地除去煙氣中攜帶的液滴，并造成已捕集霧滴的二次夾帶，凈煙氣中留存的石膏漿液或液滴會更多。濕法脫硫系統(tǒng)在運行過程中，雖然除霧器可除去大部分液滴，但還是有小部分液滴隨煙氣排出[4]。由于除霧器不能完全除去漿液液滴，這就導(dǎo)致凈煙氣中必然含有一定量的漿液液滴。凈煙氣中的這些石膏漿液和液態(tài)水是形成煙氣帶水的根本原因。

2.3煙囪結(jié)構(gòu)不合理

煙囪結(jié)構(gòu)不合理也是造成煙氣帶水的原因之一。取消煙氣換熱器裝置后，煙氣中就會攜帶大量冷凝水。在煙氣流經(jīng)煙囪的過程中，煙囪內(nèi)壁上會產(chǎn)生凝結(jié)水，部分凝結(jié)水被煙氣帶出排入大氣，即形成煙氣帶水現(xiàn)象。煙囪設(shè)計不合理造成煙氣帶水，主要體現(xiàn)在下述幾方面。

（1）煙囪的形狀。對于錐形煙囪，由于重力的作用，凝結(jié)水在向下流的過程中會脫離煙囪內(nèi)壁，混入煙氣中排入大氣，這就容易形成煙氣帶水現(xiàn)象。而對于等直徑直筒形煙囪，凝結(jié)水在沿?zé)焽鑳?nèi)壁向下流動的過程中，被煙氣帶出的凝結(jié)水較少。

（2）煙囪內(nèi)壁的平整度。對于粗糙的煙囪內(nèi)壁，煙氣凝結(jié)水容易飛濺，從而與上升煙氣混合被帶出煙囪。對于較光滑的煙囪內(nèi)壁，煙氣凝結(jié)水會向下順利流出。

（3）煙囪出口直徑。煙囪出口直徑的大小影響煙氣流速。煙氣流速大于18 m/s時可分散很厚的凝霧。凝霧被打散后，大量液滴被夾帶入煙氣流，造成煙氣帶水。因此，控制煙囪出口煙氣流速在18 m/s以下，可大大減少煙氣對液滴的攜帶量[5]。2.4環(huán)境氣象條件

環(huán)境氣象條件主要指環(huán)境溫度、相對濕度和大氣壓力，這是形成煙氣帶水現(xiàn)象的外部原因。

（1）環(huán)境溫度。在脫硫后煙氣從煙囪排出時，如果環(huán)境溫度與煙氣溫度相差較大，煙氣不能及時擴散，飽和態(tài)水遇冷就會變成過飽和狀態(tài)，最終與煙氣中其他成分一起凝結(jié)而沉降，形成煙氣帶水。

（2）相對濕度。環(huán)境相對濕度的大小反映了環(huán)境空氣的飽和程度。相對濕度越大，空氣越接近飽和狀態(tài)。因此相對濕度越大的地區(qū)，越易形成煙氣帶水現(xiàn)象。

（3）大氣壓力。環(huán)境大氣壓力越低，煙氣越不容易擴散，越易形成煙氣帶水現(xiàn)象。

3　煙氣帶水的防治措施

3.1強化除霧器效果

煙氣中的水分主要是從除霧器中逃逸的霧滴組成的，因此除霧器效果不佳對于煙氣帶水現(xiàn)象的形成有很大的作用。可以通過以下幾個方面強化除霧效果。（1）選用適宜的除霧器。屋脊式除霧器設(shè)計流速為3.8～7.0 m/s，平板式除霧器設(shè)計流速為3.5～4.5 m/s，因此，可以選用對煙氣流速適應(yīng)范圍更大的屋脊式除霧器。對于屋脊式除霧器，由于增大了流通面積，使得煙氣流速相應(yīng)減小，即煙氣通過屋脊式除霧器內(nèi)葉片法線的流速小于塔內(nèi)水平截面的平均流速，這樣煙氣帶水也相應(yīng)減少了。因此吸收塔宜選用能有效減少煙氣帶水的屋脊式除霧器。 （2）設(shè)置煙道導(dǎo)流板，使煙氣均勻進(jìn)入除霧器，減少入口煙氣擾動，使進(jìn)入除霧器前的煙氣流場均勻分布。（3）控制除霧器煙氣流速。當(dāng)煙氣流速控制在3.5 m/s以下時，可以有效減少攜帶漿液。煙氣進(jìn)入除霧器后，當(dāng)煙氣流速處于臨界范圍時，除霧器對液滴的去除效率隨煙氣流速的增大而提高；當(dāng)煙氣流速超過臨界流速后，除霧器效率迅速下降；當(dāng)煙氣流速大于8 m/s時，會產(chǎn)生嚴(yán)重的液滴二次攜帶，造成除霧效率下降[2]。

3.2優(yōu)化煙囪設(shè)計

如果在排出煙囪之前能夠有效地收集煙氣中的液滴，就可減少煙氣的帶水量。煙氣中所含的水滴包括兩部分，一部分主要來源于煙氣夾帶的液滴，直徑通常在100～1000 μm；另一部分是飽和煙氣沿著煙囪上升時由于壓力下降、絕熱膨脹使煙氣冷凝形成的水滴，直徑約為1 μm[6]。因此要合理地設(shè)計煙囪結(jié)構(gòu)，解決出口煙氣帶水問題。在煙囪結(jié)構(gòu)方面，煙囪內(nèi)筒出口處設(shè)置變徑，煙囪內(nèi)筒設(shè)置為“直筒型+出口收縮段型”，有利于煙氣擴散，減少煙流下洗。在煙囪內(nèi)可設(shè)置合理的液體收集裝置，以減少煙氣二次夾卷攜帶的液滴。煙囪的內(nèi)筒形線及內(nèi)襯表面應(yīng)盡可能地平滑，應(yīng)控制煙囪內(nèi)煙氣流速低于酸液液膜撕裂的臨界流速，有效收集煙氣夾帶的液滴，防止煙囪內(nèi)壁上的液體被二次攜帶。優(yōu)化煙囪結(jié)構(gòu)設(shè)計，可以有效地減少煙氣帶水現(xiàn)象。

3.3提高凈煙氣溫度

濕法脫硫后的煙氣溫度一般只有45～60℃，達(dá)到了濕飽和狀態(tài)。在煙氣排放過程中，隨著溫度的降低,煙氣中的水蒸氣將凝結(jié)成霧。利用各種煙氣加熱設(shè)備將煙氣加熱到70～80℃，可避免水蒸氣的凝結(jié)，減少煙囪周圍的煙氣帶水現(xiàn)象。目前已有的煙氣加熱技術(shù)有下述幾種：直接燃燒再熱法；利用冷卻塔循環(huán)水余熱再加熱；用高溫燃燒氣與低溫?zé)煔饣旌希挥脫Q熱器再加熱等方法。經(jīng)過研究對比分析，認(rèn)為比較可行的方法是用鍋爐二次風(fēng)直接加熱凈煙氣。該方法具有投資、運行和維護(hù)費用較低,以及經(jīng)濟性好、運行穩(wěn)定等優(yōu)點。利用熱二次風(fēng)加熱脫硫凈煙氣的系統(tǒng)如圖1所示。

熱空氣來自300℃左右的鍋爐熱二次風(fēng)。達(dá)到需要的排煙溫度以后，從空氣預(yù)熱器后抽取部分熱二次風(fēng)，直接注入脫硫系統(tǒng)出口煙道，熱二次風(fēng)與凈煙氣匯合，使凈煙氣中水蒸氣溫度高于露點溫度，減少煙道煙氣冷凝問題。鑒于文丘里管 “加速降壓”的原理，煙風(fēng)混合段采用文丘里型煙道，以順流混合方式將熱二次風(fēng)從文丘里管道的喉部注入煙道，從而保證了熱二次風(fēng)與凈煙氣迅速混合均勻，短時間內(nèi)達(dá)到最佳的混合傳熱效果。

圖1　熱二次風(fēng)加熱脫硫凈煙氣系統(tǒng)

3.4優(yōu)化系統(tǒng)運行

液氣比是指單位時間內(nèi)吸收塔漿液循環(huán)量與吸收塔進(jìn)口煙氣量的體積比,足夠的液氣比是保證脫硫效率的前提,但液氣比偏高會使煙氣帶水量增多。吸收塔的液氣比一般控制在13～18 L/m3為宜。因此在滿足脫硫效率的前提下，液氣比越小越好。對于煙氣流速，當(dāng)機組帶大負(fù)荷時，適當(dāng)減少風(fēng)量，控制爐膛負(fù)壓和提升風(fēng)機壓力，降低煙氣流量與流速，控制煙囪出口煙氣流速低于18 m/s，可有效抑制煙氣對液滴的攜帶量。正常工況下，pH值應(yīng)控制在5.6～5.8范圍內(nèi)。在操作過程中不宜以提高pH值來提高脫硫效率。

4　結(jié)語

濕法脫硫后煙氣帶水會造成 “石膏雨”現(xiàn)象，對環(huán)境造成危害，應(yīng)引起足夠重視。影響煙氣帶水的因素是多方面的，包括濕法脫硫后的凈煙氣溫度，除霧器的除霧效果，煙囪結(jié)構(gòu)形式，以及環(huán)境氣象條件等。本文針對煙氣帶水的形成原因，提出了強化除霧效果、優(yōu)化煙囪設(shè)計、加熱煙氣和優(yōu)化系統(tǒng)運行等解決煙氣帶水問題的措施。

[1]姜正雄，魏宇.燃煤電廠石灰石-石膏濕法煙氣脫硫技術(shù)概述 [J].裝備機械，2012（2）：60-64.

[2]李春雨.火電廠濕法煙氣脫硫中 “石膏雨”問題分析[J].能源工程，2012（1）：43-47.

[3]李曉金，甄志．取消GGH后濕法煙氣脫硫系統(tǒng)設(shè)計方案 ［J］.中國電力，2010，43(11):56-59．

[4]翁衛(wèi)國，張軍，李存杰.濕法脫硫系統(tǒng)“石膏雨”問題的成因及解決對策[J].化工進(jìn)展，2015，34（1）：239-244.

[5]王穎聰．濕法脫硫煙氣石膏雨成因分析及處理方案綜述 ［J］．華北電力技術(shù)，2012(10):68-75．

[6]陳凌云.煙氣脫硫系統(tǒng)中石膏雨的綜合治理方法 ［J］．中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2012(15):198.

Mechanism Analysis and Prevention Measures of Flue Gas with Water from Wet Desulfurization

Luo DandanYang HongGao ZhiyuanZeng Zhen

The formation mechanism and influence factors of the flue gas with water are analyzed and the prevent measures are proposed such as the reinforcement of the demisting,increase of the temperature of the clean flue gas,optimization of the design of the chimney,optimization of the running system and etc.

Wet desulfurization；Flue gas with water；Demister；Heat exchanger；Chimney；Prevention measures

TQ 051.8DOI：10.16759/j.cnki.issn.1007-7251.2016.06.007

2015-11-16）

*資助項目：武漢工程大學(xué)科學(xué)研究基金項目14105061。

**羅丹丹，女，1989年生，碩士。武漢市，430074。