濕法脫硫超低排放技術(shù)是煙氣協(xié)同治理技術(shù)路線(xiàn)實(shí)施的關(guān)鍵

　　隨著燃煤電廠(chǎng)污染物“超低排放”局勢(shì)的越演越烈，人們對(duì)實(shí)現(xiàn)“超低排放”技術(shù)的關(guān)注度也越來(lái)越高。目前，煙氣協(xié)同治理技術(shù)已成為燃煤電廠(chǎng)滿(mǎn)足煙氣污染物“超低排放”的主流技術(shù)之一，該技術(shù)的應(yīng)用可使燃煤煙氣主要污染物SO_X、NO_X及顆粒物排放濃度達(dá)到或接近燃機(jī)排放標(biāo)準(zhǔn)。國(guó)內(nèi)已有多套采用煙氣協(xié)同治理技術(shù)路線(xiàn)的燃煤電廠(chǎng)煙氣“超低排放”機(jī)組投運(yùn)，為燃煤電廠(chǎng)煙氣排放污染物控制技術(shù)應(yīng)用提供了重要參考。

　　煙氣協(xié)同治理技術(shù)是在現(xiàn)有的燃煤電廠(chǎng)煙氣污染物處理技術(shù)路線(xiàn)基礎(chǔ)上，通過(guò)系統(tǒng)流程優(yōu)化、過(guò)程參數(shù)優(yōu)化、協(xié)同發(fā)揮煙氣處理流程上各處理單元設(shè)備的能力實(shí)現(xiàn)煙氣污染物的超低排放技術(shù)。該技術(shù)在上世紀(jì)九十年代的日本燃煤電廠(chǎng)得到較為普遍的應(yīng)用。燃煤電廠(chǎng)煙氣協(xié)同治理技術(shù)的核心在于低低溫電除塵技術(shù)的應(yīng)用，難點(diǎn)在于在不采用濕式電除塵的前提條件下，通過(guò)對(duì)濕法脫硫裝置的科學(xué)設(shè)計(jì)以及工程實(shí)施過(guò)程的精細(xì)管理，經(jīng)濟(jì)、高效地實(shí)現(xiàn)煙氣污染物排放濃度達(dá)到超低排放的要求。因此濕法脫硫超低排放關(guān)鍵技術(shù)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用是煙氣協(xié)同治理技術(shù)路線(xiàn)成功實(shí)施的關(guān)鍵。

　　我國(guó)早在上世紀(jì)90年代就引進(jìn)了以石灰石-石膏法為代表的濕法脫硫技術(shù)，并得到廣泛的應(yīng)用，市場(chǎng)占有率達(dá)到80%以上。就目前技術(shù)應(yīng)用情況看，對(duì)SO_x的脫除性能無(wú)論是工藝原理還是系統(tǒng)設(shè)計(jì)及裝備制造技術(shù)都較為成熟，也有達(dá)到35mg/Nm³排放濃度的工程應(yīng)用案例，但對(duì)濕法脫硫裝置顆粒物協(xié)同脫除性能乃至超低排放控制技術(shù)卻鮮有研究，自然也沒(méi)有相關(guān)的應(yīng)用案例。因此對(duì)濕法脫硫裝置顆粒物協(xié)同脫除性能的研究、技術(shù)開(kāi)發(fā)及應(yīng)用是實(shí)現(xiàn)燃煤電廠(chǎng)煙氣超低排放的關(guān)鍵。

傳統(tǒng)的濕法脫硫裝置存在的問(wèn)題

　　1 忽視了濕法脫硫協(xié)同除塵能力

　　傳統(tǒng)的濕法脫硫系統(tǒng)主要以脫除二氧化硫?yàn)橹�，在設(shè)計(jì)時(shí)忽視了吸收塔的協(xié)同除塵能力。國(guó)家權(quán)威機(jī)構(gòu)結(jié)合大多數(shù)脫硫裝置，包括空塔、托盤(pán)塔得出的經(jīng)驗(yàn)值，認(rèn)為濕法脫硫的除塵效率僅為50%左右，該觀(guān)念廣泛地被環(huán)保企業(yè)和燃煤電廠(chǎng)所接受，產(chǎn)生這種觀(guān)念的主要原因在于：一方面，現(xiàn)有環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)尚不能促使企業(yè)關(guān)注濕法脫硫的脫硫效率之外的除塵效率，即采用常規(guī)的濕法脫硫系統(tǒng)就能滿(mǎn)足現(xiàn)有的二氧化硫和煙塵的排放限值；另一方面，濕法脫硫的除塵機(jī)理復(fù)雜尚無(wú)成熟理論可循。攜帶煙塵的煙氣進(jìn)入吸收塔后，與噴淋層噴出的漿液發(fā)生一些列復(fù)雜的碰撞、攔截等物理過(guò)程，鮮有成熟的機(jī)理研究案例和工業(yè)示范應(yīng)用為濕法脫硫的除塵效率計(jì)算提供明確的理論依據(jù)。

　　2 石膏雨現(xiàn)象的困擾

　　當(dāng)吸收塔設(shè)計(jì)不恰當(dāng)、比如塔內(nèi)關(guān)鍵截面煙氣流場(chǎng)設(shè)計(jì)、噴淋吸收區(qū)設(shè)計(jì)、除霧器設(shè)計(jì)選型不合理時(shí)，造成排放煙氣中夾帶大量含飛灰、石膏等顆粒物的霧滴，尤其與較低的大氣壓、煙囪內(nèi)部流場(chǎng)設(shè)計(jì)不合理等客觀(guān)因素結(jié)合時(shí)，極易發(fā)生“石膏雨”現(xiàn)象，對(duì)周?chē)�環(huán)境造成二次污染。

　　“石膏雨”是煙氣中夾帶的石膏霧滴隨煙氣排放以“雨”的形式落到地面的一種現(xiàn)象�！笆�膏雨”頻發(fā)的原因在于石灰石/石膏濕法脫硫工藝中，煙氣經(jīng)過(guò)噴淋層噴出的漿液洗滌后會(huì)攜帶大量的液滴到除霧器，這些液滴中包含固形物及可溶鹽類(lèi)，如石灰石漿液吸收SO₂后的反應(yīng)生成物石膏、過(guò)剩的脫硫劑以及未被捕集的粉塵等。如果煙氣在除霧器處的流速超過(guò)液滴攜帶臨界氣速則發(fā)生二次攜帶，大量的石膏霧滴會(huì)隨煙氣進(jìn)入煙囪，繼而產(chǎn)生“石膏雨”現(xiàn)象。

　　“石膏雨”的形成與多方面的因素有關(guān)，主要包括除霧器的除霧性能、吸收塔的設(shè)計(jì)、運(yùn)行操作等。目前，我國(guó)已能自主設(shè)計(jì)生產(chǎn)除霧器，大多除霧器的排放出口液滴攜帶量的保證值為75mg/Nm³，且國(guó)內(nèi)業(yè)界認(rèn)為除霧器出口霧滴含固量等同于塔內(nèi)石膏漿液含固量（20%），即除霧器出口排放的液滴對(duì)煙塵的貢獻(xiàn)值為75 mg/Nm³×20%=15 mg/Nm³，這與超低排放要求5—10 mg/Nm³是有相當(dāng)大的差距的。

　　因此，許多改造工程往往僅要求煙氣中的粉塵經(jīng)過(guò)濕法脫硫系統(tǒng)后其濃度不再升高即可，對(duì)脫硫的除塵性能不敢多做奢求。

　　3 煙氣流場(chǎng)不均

　　濕法脫硫系統(tǒng)的煙氣偏流是導(dǎo)致粉塵排放濃度高的重要因素之一。

　　一方面，由于我國(guó)燃煤電廠(chǎng)污染物治理起步較晚，在燃煤電廠(chǎng)建設(shè)中未給污染治理設(shè)備預(yù)留充足的空間，導(dǎo)致新建或改造的濕法脫硫設(shè)備煙道布置不合理，煙道布置難以滿(mǎn)足流場(chǎng)設(shè)計(jì)基本要求，煙氣經(jīng)過(guò)煙道進(jìn)入吸收塔前偏流嚴(yán)重。

　　另一方面，濕法脫硫裝置普遍采用單塔單側(cè)入口進(jìn)氣方式，該方式會(huì)造成煙氣沿塔截面的流場(chǎng)不均，在入口對(duì)側(cè)形成高速區(qū)，致使煙氣到達(dá)首層噴淋層入口處流場(chǎng)分布偏流嚴(yán)重，形成遠(yuǎn)離吸收塔入口區(qū)域的液氣比較低，靠近吸收塔入口區(qū)域的液氣比較高的，這是引起近塔壁煙氣逃逸，脫除效率偏離設(shè)計(jì)值的重要原因，其影響在超低排放應(yīng)用時(shí)尤為突出。

濕法脫硫超低排放關(guān)鍵技術(shù)

　　上述濕法脫硫裝置煙塵控制難題阻礙了煙氣協(xié)同治理技術(shù)在我國(guó)超低排放技術(shù)應(yīng)用中的推廣，由于通過(guò)濕法脫硫改造、升級(jí)達(dá)到超低排放技術(shù)難度大，實(shí)施風(fēng)險(xiǎn)高相當(dāng)一部分的環(huán)保企業(yè)認(rèn)為在濕法脫硫系統(tǒng)后通過(guò)增加處理設(shè)備來(lái)達(dá)到超低排放要求是一種行之有效、一勞永逸的技術(shù)選擇。

　　在總結(jié)已承接的200多套濕法脫硫裝置運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，武漢凱迪電力環(huán)保有限公司通過(guò)自主研發(fā)，建立了高效除塵和深度脫硫的理論模型，結(jié)合數(shù)值模擬、半工業(yè)化實(shí)驗(yàn)和已有產(chǎn)品實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)開(kāi)發(fā)了濕法脫硫關(guān)鍵設(shè)備及部件，優(yōu)化了系統(tǒng)流程，創(chuàng)立了精細(xì)化工程實(shí)施過(guò)程管理體系，形成了具有凱迪特色的II代高效除塵深度脫硫托盤(pán)塔技術(shù)。

　　1 優(yōu)化煙氣流場(chǎng)強(qiáng)化氣液傳質(zhì)

　　根據(jù)進(jìn)入塔內(nèi)截面煙氣流速分布，設(shè)置非均勻開(kāi)孔托盤(pán)——異形托盤(pán)，精細(xì)化調(diào)整進(jìn)入噴淋層的煙氣流場(chǎng)，確保噴淋區(qū)域液氣比均衡從而保證污染物脫除效率。

　　　　煙氣進(jìn)入吸收塔后，依次通過(guò)托盤(pán)、噴淋層及除霧器。噴嘴噴出的漿液由塔上部噴入落到托盤(pán)上，與含塵煙氣接觸，部分粉塵被托盤(pán)篩孔流下來(lái)的液滴所捕獲，或由于氣流在改變方向時(shí)的慣性力作用，部分較粗的塵粒沉降到塔的底部被底部液膜捕集；而大部分微細(xì)粉塵與煙氣一起通過(guò)小孔進(jìn)入托盤(pán)上部的持液層，煙氣高速進(jìn)入持液層并激起大量的液泡，形成的液膜能有效的增大煙氣與漿液的傳質(zhì)表面積，粉塵在慣性、擴(kuò)散作用的同時(shí)又不斷地受到液泡的擾動(dòng)，使粉塵不斷改變方向，增加了粉塵與液體的接觸機(jī)會(huì)，氣體得到凈化。

　　如圖2所示，為空塔對(duì)煙塵粒徑的分級(jí)去除效率，由圖可知，空塔噴淋對(duì)于1～2.5μm的粉塵，分級(jí)除塵效率較小，粉塵去除效率變化不明顯；對(duì)于3～5μm的粉塵，分級(jí)除塵效率較大，粉塵去除效率變化明顯；對(duì)于大于5μm的粉塵，分級(jí)除塵效率區(qū)趨于穩(wěn)定接近100%。

　　如圖3所示，為托盤(pán)對(duì)煙塵粒徑的分級(jí)去除效率，由圖可知，托盤(pán)對(duì)不小于2μm的粉塵具有較高的捕集效率。對(duì)于0.1~1μm的粉塵，有10%~30%的捕集效率；對(duì)于1~2μm的粉塵，有30%~40%的捕集效率。在一定條件下，在同一粒徑分布區(qū)間，托盤(pán)的分級(jí)除塵效率比空塔噴淋高20%以上。因此，凱迪的托盤(pán)塔技術(shù)對(duì)PM2.5的粉塵具有較為顯著的脫除性能。

　　2  高效吸收內(nèi)件技術(shù)

　　噴淋層是吸收塔的核心部件，其中的噴嘴選型與脫除性能緊密相關(guān)。噴嘴噴出的液滴直徑越小，吸收比表面積越大，氣液傳質(zhì)效果越好。因此，采用霧滴直徑小的噴嘴，有利于提高脫硫除塵效率。提高噴嘴壓力，霧滴直徑減小，但運(yùn)行能耗增大。采用雙頭噴嘴，不僅可以提高噴嘴布置密度，還可以利用相鄰噴嘴反向旋轉(zhuǎn)流體的相互碰撞，獲得顯著的液滴二次霧化效果，從而實(shí)現(xiàn)提高脫硫除塵效率，同時(shí)節(jié)省能耗。

　　3 高性能除霧技術(shù)

　　針對(duì)石膏雨現(xiàn)象，凱迪環(huán)保對(duì)除霧器的理論模型、結(jié)構(gòu)及做了全面的研究，確定了合理的除霧器選型原則，并且可以精確量化通過(guò)除霧器攜帶出的顆粒物含量。

圖5 除霧器出口液滴粒徑分布與質(zhì)量百分比關(guān)系

　　4 全煙氣流場(chǎng)仿真技術(shù)

　　全煙氣流場(chǎng)仿真技術(shù)是指借助流場(chǎng)計(jì)算軟件將上述濕法脫硫超低排放裝置進(jìn)行計(jì)算機(jī)流場(chǎng)數(shù)值模擬，優(yōu)化塔內(nèi)件布置，通過(guò)降阻設(shè)計(jì)、優(yōu)化塔內(nèi)截面煙氣流場(chǎng)，并輔以冷態(tài)物理模型予以驗(yàn)證，使設(shè)計(jì)達(dá)到設(shè)定的目標(biāo)。

　　凱迪環(huán)保是關(guān)注煙氣流場(chǎng)分布對(duì)濕法脫硫系統(tǒng)性能影響的企業(yè)，通過(guò)借助較的流場(chǎng)分析軟件及冷態(tài)物理模型試驗(yàn)對(duì)濕法脫硫的關(guān)鍵位置進(jìn)行分析，以使煙氣與漿液充分接觸，達(dá)到理論計(jì)算的性能要求。凱迪環(huán)保擁有較的CFD數(shù)值模擬研究團(tuán)隊(duì)，通過(guò)自主研發(fā)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)復(fù)雜的濕法脫硫系統(tǒng)進(jìn)行氣、液、固多相流的流場(chǎng)分析，借助該技術(shù)已對(duì)華能長(zhǎng)興電廠(chǎng)、華能玉環(huán)電廠(chǎng)、華能邯峰等多個(gè)燃煤電廠(chǎng)的流場(chǎng)進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，有效保證了超低排放技術(shù)的成功實(shí)施。

濕法脫硫超低排放技術(shù)應(yīng)用案例

　�。�1）華能長(zhǎng)興高效超超臨界2×660MW機(jī)組

• 機(jī)組規(guī)模：2×660MW

• 技術(shù)路線(xiàn)：低低溫電除塵+濕法脫硫超低排放技術(shù)

• 入口煙塵濃度：≥15mg/Nm³；

• 出口煙塵濃度：≤3mg/Nm³；

• 除塵效率：≥80%；

• 承建單位：武漢凱迪電力環(huán)保有限公司

　�。�2）華能玉環(huán)百萬(wàn)機(jī)組

• 機(jī)組規(guī)模：1000MW

• 技術(shù)路線(xiàn)：低低溫電除塵+濕法脫硫超低排放技術(shù)

• 入口煙塵濃度：≥20mg/Nm³；

• 出口煙塵濃度：≤3mg/Nm³；

• 除塵效率：≥85%；

• 承建單位：武漢凱迪電力環(huán)保有限公司

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