超低排放脱硫除尘一体化技术及其应用研究_李乐.pdf

LOW CARBON WORLD 2022/12超低排放脱硫除尘一体化技术及其应用研究李乐（福建龙净环保股份有限公司，福建 龙岩 364000）【摘要】分析燃煤锅炉烟气粉尘特性及组成，阐述脱硫除尘一体化技术的优点和原理。通过计算验证了脱硫除尘一体化技术实现粉尘超低排放的可行性，并提出一系列提高除尘效率的技术措施。最后通过分享燃煤锅炉超低排放改造项目的成功应用案例，证明脱硫除尘一体化技术是超低排放的优选技术。【关键词】烟气脱硫；除尘；脱硫除尘一体化；超低排放【中图分类号】TF704【文献标识码】A【文章编号】2095-2066（2022）12-0004-030引言随着我国工业发展及对环境保护要求的提高，燃煤锅炉烟气污染物排放标准日趋严格，政府部门印发了超低排放的相关文件，要求燃煤电厂烟气污染物排放中 NOx排放限值为 50 mg/m3（标态、干基、6%O2工况，下同），SO2排放限值为 35 mg/m3，粉尘排放限值为 5 mg/m3。为实现超低排放，本文结合工程实例，研究脱硫吸收塔在实现 SO2超低排放的基础上，在吸收塔内增加相应的技术措施，同步实现粉尘的超低排放，也就是脱硫除尘一体化技术。1吸收塔出口粉尘特性研究为实现脱硫除尘一体化技术，需要研究吸收塔出口粉尘的特性，才能提出有针对性的治理措施。1.1粉尘组成及特性吸收塔出口固体颗粒物总浓度（粉尘浓度）由3 个部分组成：吸收塔未能捕集的从干式除尘器带入的粉尘（C1）、除雾器出口排放雾滴中的石膏等固体（C2）以及可溶性盐（C3）。1.1.1吸收塔未能捕集的从干式除尘器带入的粉尘（C1）进入吸收塔内烟气中的粉尘均是前级干式除尘器无法去除的粉尘1，主要通过浆液喷淋产生的雾化液滴，以布朗扩散、截留、惯性碰撞的形式进行捕集。洗涤除尘效率与吸收塔入口粉尘浓度成正比，入口浓度越低，洗涤除尘效率越低。根据脱硫除尘一体化工艺的要求，吸收塔入口粉尘浓度需小于 30 mg/nm3，这时常规吸收塔的洗涤除尘效率降低至 55%，这就要求采用更先进的手段以提高洗涤除尘效率。1.1.2除雾器出口排放雾滴中的石膏等固体（C2）以及可溶性盐（C3）除雾器出口的雾滴中含有石膏等固体颗粒，同时含有可溶性盐，这些都是净烟气中的固体颗粒物。图 1 为石膏浆液颗粒粒径分析曲线。屋脊式除雾器的极限截留粒径为 24 m，大于该粒径的液滴全部被除雾器捕获。脱硫石膏浆液中直径 24 m 以下的颗粒占总粒径的重量一般不大于 40%，则通过除雾器的液滴含固量 理论值应为 20%40%=8%。残余液滴中可溶性盐的主要成分是 MgSO4、CaCl2、CaSO4等，由于可溶性盐将毫无选择地和吸收塔浆液中的滤液融为一体，因此除雾器后方的残余雾滴性质实际上和吸收塔浆液的滤液非常接近，通常情况下，液滴中溶质的质量分数 1.0%4.0%。1.2吸收塔除尘效率计算净烟气中的固体颗粒物总浓度（粉尘浓度）计算公式为：C=C1C2C3。（1）式中：C1吸收塔未能捕集的从干式除尘器带入的粉尘；C2除雾器出口排放雾滴中石膏等固体；C3除雾器出口排放雾滴中可溶性盐。C1=A-A。（2）式中：A干式除尘器出口颗粒物浓度；脱硫塔的除尘效率。C2=B。（3）式中：B除雾器出口液滴排放量；液滴中的固含量）。C3=B。（4）图1石膏浆液颗粒粒径分析曲线总量百分比/%石膏浆液颗粒直径/m20406080100020406080100120140160180200节能环保4DOI:10.16844/10-1007/tk.2022.12.020LOW CARBON WORLD 2022/12式中：B除雾器出口液滴排放量；液滴中溶质的质量分数。若要实现脱硫除尘协同治理，即吸收塔入口粉尘30 mg/nm3，出口粉尘91.3%才能保证 C5 mg/nm3。要想实现脱硫除尘一体化的超低排放，需采取以下措施：减少除雾器出口的液滴夹带量 B；提高细微颗粒物的洗涤效率；降低除雾器出口液滴中的固含量 及溶质含量；降低干式除尘器出口颗粒物浓度 A。2脱硫除尘一体化的技术特点脱硫除尘一体化工艺路线是对前端干式除尘进行提效改造，使其进入脱硫塔的粉尘浓度小于30 mg/nm3。在脱硫尾端不增加湿式电除尘器，通过脱硫除尘一体化技术的协同作用，使粉尘达到 5 mg/nm3的排放2。该技术的优点如下。（1）改造或新建成本低，工期短。无须对前端干式除尘器进行大规模改造，也无须在脱硫后配置湿式除尘器，可节约建设及运行成本。（2）整个系统结构紧凑，占地面积小。在原吸收塔的基础上进行改造，无须因新增湿电而增加占地面积。（3）对负荷的适应性强，可在 30%100%锅炉最大连续出力工况下运行。3脱硫除尘一体化的技术措施3.1流场均布及整流装置不合理的流场分布会导致循环浆液利用率低、脱硫效率受限、除尘效率受限、吸收塔出口污染物浓度分布严重不均等3，所以超净排放时必须着重考虑流场均布性。以计算流体力学流场模拟为基础，采取如下措施使不同截面速度相对标准偏差 Cv 值不大于 15%。（1）喷淋层下方增加气流整流均布构件，如多孔分布器（托盘）、管栅。整流层既可以提高气液传质效率，增加液气比，又可以起到气流均布作用。（2）对吸收塔入口优化设计，将原来水平进入的入口烟道改成倾斜向下 20进入吸收塔。吸收塔塔顶采用顶出式设计，若采用侧出设计时应设置导流均布装置。（3）对喷淋层喷嘴进行布置优化，必要时非象限均布，以提高流场均布性。（4）增加塔体高度，优化除雾器前后的距离。距离喷淋层要求 2 m 以上，距离烟道出口要求 3 m 以上，间距越大取得的气流均布效果越好。3.2高效喷淋喷淋洗涤是减少粉尘的核心措施，可以通过如下措施提高喷淋洗涤效率。（1）增大液气比。液气比越大，除尘效率越高，在满足脱硫效率的前提下同步除尘。（2）选用高效组合喷嘴，降低喷淋浆液的雾化粒径，适当提高喷嘴背压，增强传质效果。雾化粒径越小，除尘效率越高，但过小的雾化粒径会增加下游除雾器的负担，选用平均雾化粒径为 2 000 m 左右的高效喷嘴效果最佳。喷嘴背压与雾化粒径成反比，喷嘴背压一般选 70 kPa 左右。（3）提高喷淋覆盖率，适当降低喷嘴流量，提高喷嘴布置密度。通过优化喷嘴的布置，使喷淋覆盖率大于 300%，并在吸收塔边缘增加喷嘴布置密度，防止边壁效应，靠塔壁一圈采用单向实心锥喷嘴，其余采用双头喷嘴。（4）在喷淋层下方增加提效环。既可均布气流，使烟气向中心聚拢，又可防止边壁效应，避免烟气逃逸，同时还能保护塔壁免受喷嘴直接冲刷。3.3高效除雾器除雾器的性能直接影响吸收塔出口排放的液滴浓度，为此，需配置一级管式+三级屋脊式高效除雾器4，以保证出口液滴浓度小于 20 mg/nm3。高效除雾器相比常规除雾器，主要有如下改进优化。（1）配置三级除雾器，每级除雾器叶片间距不同，且内部增加倒钩。第一级除雾器叶片间距较大，主要用于去除大颗粒液滴。第二、第三级除雾器叶片间距逐级递减，用于去除细小颗粒液滴。（2）配置管式除雾器。管式除雾器具有卓越的烟气均布效果，有利于提高下级除雾器的性能，还可有效去除粒径大于 400500 m 的雾滴，降低除雾器堵塞风险。（3）采用先进的圆弧模块设计，实现全覆盖，无盲区。可提高净面积率，有利于大幅降低除雾器的压降，同时提高安全运行裕度，堵塞风险和携带风险大幅下降。（4）采用专门的冲洗水设计。冲洗覆盖率超过150%；喷嘴流量偏差不超过 10%；采用变径水管，保证冲洗水管末端的水压，提升冲洗效果。（5）采用大倾角设计。叶片的最优倾斜角度是3538，通常取 37.5。节能环保5LOW CARBON WORLD 2022/123.4微喷雾装置粉尘粒径与吸收塔的洗涤除尘效率成正比，烟尘粒径越小，脱除率越低5。烟尘脱除率与粒径的关系如图 2 所示。粒径1 m 时，脱除率40%；粒径3 m 时，脱除率90%。所以提高除尘效率重点是提高 3 m 以下烟尘的脱除率。为此，在吸收塔入口处设置微喷雾系统，喷嘴喷出的雾化液滴将使入口烟气中的小粒径烟尘凝并变大，从而提高 3 m 以上粉尘的比例，提高吸收塔除尘效率。3.5采取技术措施后的理论除尘效率采取流场均布、高效喷淋、入口微喷雾系统等一系列措施之后，当吸收塔入口粉尘浓度小于 30 mg/nm3时，吸收塔的洗涤除尘效率可达到 92%，满足除雾器出口夹带液滴为 20 mg/nm3时，吸收塔出口粉尘浓度小于 5 mg/nm3的超净排放要求。4工程应用4.1项目概况吉林某热电公司一台 300 MW 机组燃煤锅炉，配套有干式电除尘器，湿法脱硫，设计进口 SO2浓度3 098 mg/nm3，进口粉尘浓度为 100 mg/nm3。原湿法脱硫吸收塔采用喷淋空塔设计，原系统配置为三层喷淋层，每层循环流量为 6 700 m3/h，液气比为 11 L/g；二级屋脊式除雾器，出口液滴浓度为 50 mg/nm3。无法满足超净排放要求，拟进行提效改造。4.2改造措施考虑到该项目存在场地狭小、平面布置困难、施工难度大、工期短等特点，根据机组改造前的运行、设计参数，拟采用脱硫除尘一体化技术进行提效改造。主要改造措施如下。（1）对前级干式电除尘器进行提效改造，使吸收塔入口粉尘小于 30 mg/nm3。（2）增加一层喷淋层及附属设施，循环流量为9 000 m3/h，使改造后的液气比为 15 L/g。（3）更换原有三层喷淋层管道及喷嘴，喷嘴采用单向双孔高效喷嘴，雾化粒径为 2 000 m，喷嘴背压为 70 kPa。改造后的喷淋层喷淋覆盖率大于 300%，且在每层喷淋层的下方增设提效环。（4）增加气流均布装置。在第一层喷淋层的下方增加两层管栅整流层。（5）更换原两级屋脊除雾器为一级管式加三级屋脊高效除雾器。除雾器距最顶层喷淋层的距离为2.9 m，距出口烟道下边沿的距离为 3.8 m，远大于高效除雾器对超低排放的要求。（6）增加吸收塔入口微喷雾系统。微喷雾系统布置于吸收塔入口烟道，喷嘴拟采用斯普瑞的不锈钢喷嘴，雾化压力为 0.3 MPa0.6 MPa，数量为 36 个。4.3改造完成效果项目改造完成后污染物排放稳定，在设计工况下，脱硫效率由 96.7%提升至 99.28%，SO2排放由之前的 100 mg/nm3降低至 22 mg/nm3，除尘效率由 80%提升至 84.3%，烟尘排放由之前的 20 mg/nm3降低至4.7 mg/nm3。相比采用需增加湿电的传统工艺，该项目采用脱硫除尘一体化技术节约了 30%的投资，运行电费及维保费用节约了 20%。5结语通过理论分析和工程实践，均证明脱硫除尘一体化技术是实现 SO2和粉尘超低排放的优选技术，相较于需增加湿电的工艺，其具有技术优越性和经济优越性。当前，除了传统的燃煤电厂锅炉，非电行业的锅炉也在积极推进超低排放政策。利用脱硫除尘一体化技术实现 SO2和粉尘的协同治理达到超低排放，将具备广阔的发展前景，可取得良好的社会效益、经济效益和环境效益。参考文献1 金小明.600 MW 超临界燃煤机组烟气脱硫除尘一体化深度脱除技术及应用研究D.广州：华南理工大学，2017.2 翟德双.燃煤电厂锅炉超净排放技术改造探讨J.华东电力，2014，42（10）：2218-2221.3 陈阵.湿法脱硫塔内流场调控与强化传质过程研究D.北京：清华大学，2018.4 高飞.超低排放脱硫除尘一体化技术及其问题J.中小企业管理与科技，2016（11）：178-179.5 杜振，王丰吉，张志中，等.脱硫除尘一体化协同治理技术应用分析J.环境工程，2018，36（8）：88-91.作者简介：李乐（1986），男，汉族，福建龙岩人，本科，主要从事机械设计工作。图2烟尘脱除率与粒径的关系烟尘粒径/m脱除效率/%20406080100036912节能环保6