脫硫噴淋塔除塵的影響因素及效率
根據(jù)燃煤電廠煙氣中粉塵成分、來(lái)源及排放特性，對(duì)影響脫硫噴淋塔除塵效率的因素進(jìn)行了分析，結(jié)果表明:粒徑> 0. 3μm時(shí)，顆粒度越大，去除率越高，粒徑< 0. 3 μm時(shí)，則相反;煙氣流速及漿液噴淋密度與除塵效率呈正相關(guān)性，優(yōu)化各影響因素，噴淋塔除塵效率可高達(dá)84% ，其處理后粉塵質(zhì)量濃度< 50 mg /m3。
目前，全世界每年排入大氣的煤粉塵及其他粉塵超過(guò)1 億t。大氣污染物總量中有10% ～ 15% 是以粉塵顆粒物的形式存在的，而發(fā)電廠排放的顆粒物占其總量的13% 左右。因此減少發(fā)電廠顆粒物排放對(duì)環(huán)境保護(hù)具有積極的意義。
根據(jù)GB13223 － 2003《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定，2004 年1 月1 日后建的燃煤電廠煙塵排放要求在50 mg /m3 以下，已投運(yùn)的燃煤電廠也要陸續(xù)向這一標(biāo)準(zhǔn)靠攏，目前燃煤電廠僅靠現(xiàn)有的除塵設(shè)施難以達(dá)標(biāo)，因此目前電廠必須對(duì)現(xiàn)有除塵設(shè)施進(jìn)行改造或?qū)煔膺M(jìn)行后續(xù)處理，使粉塵達(dá)標(biāo)排放。而濕法脫硫正好可以滿足進(jìn)一步的除塵要求，在達(dá)到脫硫效果的同時(shí)達(dá)到良好的除塵效果。我國(guó)自20 世紀(jì)90 年代以來(lái)，濕法煙氣脫硫已占脫硫市場(chǎng)總份額的90% 以上，尤其裝機(jī)容量在300 MW以上的大型電廠基本都是濕法脫硫裝置。該技術(shù)除了具有脫硫率高、運(yùn)行可靠性高、脫硫劑利用率高、適用于大容量機(jī)組和高含硫煤種及副產(chǎn)品可以綜合利用等特點(diǎn)外，良好的除塵效果也是濕法脫硫得以廣泛使用的重要因素［1］。
1 燃煤電廠煙氣中粉塵特性
1. 1 燃煤電廠煙氣粉塵成分
燃煤電廠排放煙氣中的粉塵化學(xué)成分隨燃煤的不同而有所不同，但其主要成分相對(duì)固定，主要有 SiO2、Al2O3、Fe2O3、K2O、MgO、CaO、SO3、BaO、TiO2、 Na2O 等。我國(guó)燃煤電廠飛灰化學(xué)成分見(jiàn)表1［1］。由表1 可知，SiO2 和Al2O3 含量*高，超過(guò)總量的60%。此外，有些燃煤成分特殊，飛灰中的氧化鈣含量可能超過(guò)10% ，而當(dāng)燃煤中黃鐵礦含量較高時(shí)，其飛灰中 Fe2O3 含量也會(huì)較高。
1. 2 燃煤電廠煙氣粉塵的來(lái)源
中國(guó)燃煤電廠礦物成分大致分布見(jiàn)表2。由表2 可知，燃煤電廠礦物中大部分顆粒是無(wú)定形的玻璃體和含量變化很大的碳，而結(jié)晶相以莫來(lái)石和石英為主，煙塵的產(chǎn)生來(lái)自于燃煤整個(gè)過(guò)程中，其主要來(lái)源于如下:
1)加熱使煤中的物質(zhì)蒸發(fā)，這些物質(zhì)隨后凝結(jié)成塵粒，這主要是煤中的灰分所致。
2)燃燒過(guò)程中化學(xué)反應(yīng)可能產(chǎn)生的顆粒，如微細(xì)CaO、SiO2 等固體顆粒。
3) 機(jī)械加工過(guò)程會(huì)排放出較大的燃料塵粒。
4) 礦物燃料的不完全燃燒。
1. 3 燃煤電廠煙氣粉塵的排放特性
1) 集中固定源:燃煤電廠生產(chǎn)點(diǎn)集中，所排出的粉塵對(duì)于鄰近地區(qū)的大氣污染*嚴(yán)重。
2) 煙塵排放量大:燃煤電廠生產(chǎn)規(guī)模大，煙氣排放量大，攜帶的塵粒也多，粉塵排放量大。
3) 連續(xù)排放:燃煤電廠一般是連續(xù)生產(chǎn)的，煙氣排放也是不間斷的。
4) 塵粒成分復(fù)雜、粒徑范圍寬:煙塵經(jīng)過(guò)電除塵后進(jìn)入FGD 煙氣的粒徑范圍很寬，從0. 1 ～ 600 μm 不等，以寶鋼自備電廠1 × 350 MW機(jī)組為例，其粉塵粒徑分布見(jiàn)表3。由表3 可知，粉塵粒徑20 μm占總量70% 左右。
2 測(cè)試方法及裝置
2. 1 測(cè)試方法
整個(gè)系統(tǒng)利用CEMS 系統(tǒng)進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，自動(dòng)監(jiān)測(cè)分析方法采用固定污染源排放煙氣連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)技術(shù)及檢測(cè)方法，其中煙塵粒徑采用手工取樣，粒度分析儀器進(jìn)行分析［2-3］。
2. 2 測(cè)試裝置
測(cè)試裝置選用寶鋼自備電廠1 × 350 MW機(jī)組脫硫裝置，其噴淋塔見(jiàn)圖1。該裝置采用空塔式噴淋塔，吸收塔規(guī)格為 13. 2 m × 32. 4 m，吸收塔截面積 136. 8 m2 ，BMCR 點(diǎn)煙氣排放量為160 × 104 m3 / h，煙氣含塵100 ～ 250 mg /m3 ，設(shè)計(jì)有4 層噴淋層，對(duì)應(yīng)4 層噴淋層，每臺(tái)漿液噴淋量6 900 m3 / h，各層噴淋層錯(cuò)開(kāi)布置，保證吸收塔的噴淋覆蓋率超過(guò)300%。吸收塔進(jìn)口煙氣溫度約100 ℃，出口煙氣溫度約45 ℃。噴淋層采用螺旋型噴嘴將漿液充分霧化，噴嘴進(jìn)口壓力0. 03 MPa，霧化液滴直徑1 320 ～ 2 950 μm，噴嘴出口流速為8 m / s，液滴在吸收塔內(nèi)的停留時(shí)間為1 ～ 10 s，小液滴在一定條件下呈懸浮狀態(tài)。在吸收塔內(nèi)液滴和進(jìn)口煙氣逆流接觸，脫除其中的SO2、粉塵等有害雜質(zhì)的煙氣，經(jīng)除霧器分離液滴后排放。
3 噴淋塔除塵效果分析
脫硫噴淋塔的主要功能是脫硫和除塵。脫硫的*佳液滴直徑為1 500 ～ 2 500 μm，在液滴直徑一定的情況下，除塵效率的主要影響因素包括: 粉塵特性、煙氣流速、噴淋密度等。
3. 1 粉塵特性
3. 1. 1 粉塵的浸潤(rùn)性
粉塵的浸潤(rùn)性是選擇除塵方式的依據(jù)之一。粉塵的浸潤(rùn)性指當(dāng)水與粉塵層接觸后，在單位時(shí)間內(nèi)，水浸潤(rùn)粉塵層的高度。通常用浸潤(rùn)速度作為評(píng)定粉塵浸潤(rùn)性的指標(biāo)。根據(jù)粉塵的浸潤(rùn)速度可將粉塵分為四類，見(jiàn)表4。
對(duì)親水性粉塵選用濕法除塵方**取得較好效果。根據(jù)對(duì)電廠粉塵化學(xué)成分和顆粒形狀的分析，電廠粉塵主要成分是SiO2、Al2O3、Fe2O3 等，屬于親水性粉塵，因此本濕法脫硫噴淋塔是有利于粉塵去除的。
3. 1. 2 粉塵粒徑
對(duì)于親水性粉塵，影響粉塵去除的*大因素是粉塵的粒徑。噴淋塔在煙氣流速為4 m / s，噴淋密度為 151. 5 m3 / ( h·m2 ) 時(shí)，不同粉塵粒徑粉塵的去除效果見(jiàn)圖2。
由圖2 可知，粉塵粒徑> 0. 3 μm 時(shí)，顆粒度越大，去除率越高，50 μm以上的顆粒基本上可以被全部去除。對(duì)于粒徑> 0. 3 μm的塵粒，塵粒與液滴的碰撞效率取決于塵粒的慣性，塵粒和水滴之間的慣性碰撞是*基本的除塵作用。粒徑較大和密度較大的塵粒具有較大的慣性，便脫離氣流和流線保持直線運(yùn)動(dòng)，從而與水滴相撞，達(dá)到除塵的目的。對(duì)于粒徑< 0. 3 μm 的塵粒，擴(kuò)散是一個(gè)很重要的捕集因素，此時(shí)，在氣體分子的撞擊下，微粒像氣體分子一樣，做復(fù)雜的布朗運(yùn)動(dòng)，在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，塵粒和水滴接觸而被捕集，因此在水滴粒徑與速度一定時(shí)，粉塵粒徑愈大，布朗運(yùn)動(dòng)時(shí)所具有的動(dòng)能愈大，水滴愈不易于捕集，因此粉塵粒徑在此區(qū)域，粒徑愈大，除塵效率愈低。
此外，由圖2 還可看出，對(duì)粉塵粒徑< 4 μm的顆粒，去除率總體較低，這主要是因?yàn)榱叫。瑢⒑茈y被浸潤(rùn)，因此只有當(dāng)液體和固體粒子間高速相對(duì)運(yùn)動(dòng)氣膜被沖破，才有可能相互附著，凝并［4］。
3. 1. 3 粉塵密度
粉塵的密度對(duì)除塵效率的影響與粉塵粒徑是相關(guān)的，粉塵粒徑越小，塵粒的堆積密度也越小，因此捕集越困難，除塵效率越低。
3. 2 煙氣流速
圖3 為脫硫裝置噴淋塔在噴淋密度 151. 5 m3 / ( h·m2 ) 和202 m3 / ( h·m2 ) 時(shí)不同煙氣流速下除塵效率的關(guān)系。
因?yàn)槲⑿m粒和水滴在空氣中均存在環(huán)繞氣膜現(xiàn)象，塵粒與水滴在空氣中必須沖破環(huán)繞氣膜才能接觸凝并，為此塵粒與水滴必須具有足夠的相對(duì)速度。為了提高除塵效率，特別是慣性除塵效率，需要提高水滴與氣流的相對(duì)速度vR。由圖3 可知，除塵效率隨煙氣流速的增加而提高。在逆流噴淋塔中，如果氣體的上升速度大于液滴的末端沉降速度，液滴將會(huì)被氣流帶走，故噴淋塔有一個(gè)氣速上限。一般的脫硫噴淋塔煙氣流速設(shè)計(jì)上限為4. 5 m / s。
3. 3 液體噴淋密度
就截留機(jī)制而言，在噴淋量一定的情況下，噴出的水滴越細(xì)，則塔截面上有液滴通過(guò)的部分越多，噴淋密度也愈大，因而塵粒由于截留而被捕集的機(jī)會(huì)也越多。因此由圖4 可知，當(dāng)煙氣流速一定時(shí)，除塵效率與噴淋密度呈正相關(guān)性。
3. 4 噴淋塔除塵效果
當(dāng)噴淋密度為151. 5 m3 / ( h·m2 ) ，脫硫裝置液氣比設(shè)計(jì)為13. 2，噴淋塔煙氣流速為4 m / s，寶鋼1 × 350MW 機(jī)組煙氣脫硫裝置除塵效果見(jiàn)表5。
由表5 可知，脫硫噴淋塔的除塵效率比較高，高達(dá)84% ，出口粉塵含量?jī)H為24 mg /m3 ，可滿足 GB13223—2003 規(guī)定的要求，因此電廠若采用噴淋塔進(jìn)行爐后脫硫，則可能不需要對(duì)其前端除塵設(shè)施進(jìn)行改造。
