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脱硫塔高效除雾技术的探究

作者:user 来源:  日期:2020-08-15 22:27
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 脱硫塔除雾器是安装在湿法脱硫系统末端环节的重要设备,现阶段较为常见的有板式除雾器和静电除雾器两种,但是存在除雾效果不稳定、除雾效率不高等问题。要想适应当前的冶炼厂工作要求,必须对这两种除雾技术进行改进。气动增强除雾是近年来新兴的一种高效除雾技术,显著提高了对超细颗粒和细微液滴的收集能力,从而达到高效除雾的效果。三种除雾技术在投资成本、能源消耗等方面也存在较大差异,需要综合对比、择优选取。 
  1 冶炼厂常用脱硫塔除雾技术 
  1.1 机械除雾技术 
  机械除雾中的核心设备是板式除雾器,除雾通道设置为“S”形,在除雾通道的两侧壁上粘贴有吸水材料,当烟气通过除雾通道后,烟气会不断冲击侧壁,其中的水分会被吸水材料吸收,达到水气分离的目的。机械除雾技术的优点是造价较低、设备维修方便,但是缺点也同样明显,例如板式除雾器只能对粒径大于50μm的液滴进行吸附,这就意味着低于50μm的液滴仍然存在于烟气中,除雾效果不理想,还有就是需要额外提供较大的压力,增加烟气流速,这样也会额外增加能耗。 
  1.2 静电除雾技术 
  静电除雾器通过释放高电压静电,让烟气电力形成大量离散的正、负离子。在微观层面上,电极放电后吸引正离子,而负离子则逐渐移动、靠近沉淀电极。在正负离子移动过程中,会接触到烟气中极其微小的雾滴。烟气中的水雾为中性,不带电;而含有二氧化硫的酸雾与带电粒子碰撞后带有电荷,会在正负离子的吸引下逐渐移动到两侧电极,从而将烟气中的酸雾去除。与机械除雾技术相比,除了在除雾效率上有明显提升外,还具有工作效率高、可塑性好等特点。但是由于整个除雾环节需要频繁放电,因此耗电量较高。 
  2 脱硫塔除雾技术的优化设计 
  2.1 板式除雾器的高效除雾改造技术 
  2.1.1 改造思路 
  根据板式除雾器的工作原理可知,对除雾效率有直接影响的因素主要包括烟气流速、叶片形状、通道数和叶片间距几种。改造思路之一就是优化板式除雾器的叶片设置,例如根据实验证明,叶片间距控制在40~60mm之间,可以保证除雾效果提升30%~50%。叶片倾斜角度调整到40~50°之间,既可以保持较好的液体脱出效果,同时又能够避免因为气流碰撞叶片而导致烟气流速降低的问题。除此之外,还可以适当增加通道数,将单通道增加为双通道或三通道,这样不仅可以提高除雾效率,而且还能增加有效流通面积,净化效果也更加理想。
 2.1.2 改造内容 
  板式除雾器随着使用年限的增加,在叶片等部位容易出现结垢问题。结构成分主要是硫酸钙、碳酸钙等。当结垢达到一定厚度后,除了会增加叶片转动的负荷进而增加能耗外,还会影响除雾效果。通过调节叶片的倾斜角度和间隔距离,可以延缓结垢的形成时间;还有一种改造方法是在叶片表面采取防垢措施,例如使用新型材料—聚四氟乙烯,将其涂刷在叶片表面,可以降低叶片杂质粘附。 
  2.1.3 效果纵向对比 
  经过改造后的板式除雾器,与改造前相比,主要在以下几方面取得了显著的效果改善:其一,除雾效率有所提升,原来的叶片倾角范围在10°~70°之间,将倾角控制在40°~50°后,除雾效率可以提升30%左右;其二,叶片结垢速度明显减缓,改造前新叶片投入使用后,约150天可以在叶片表面观察到较为明显的斑点状结垢,在200天后可以发现一层致密的结垢,而使用聚四氟乙烯材料后,叶片使用200天未发现明显结垢现象。 
  2.2 静电除雾器的高效除雾改造技术 
  2.2.1 改造思路 
  第一,沉淀极要求有效截面积相对最大,即有限的面积里通过的烟气最多,沉淀极材质导电性能良好,不易粘附结垢,容易清洗;第二,当二次电压一定时,电晕极线发射的电子密度最大,即二次电流大,从而使浆液液滴等微粒能在最短时间内荷电并移向沉淀极;第三,在烟气流速较大的情况下,电晕极线不出现剧烈摆动,或即使摆动其摆动的幅度也在允许范围内,使静电场内电流电压高度稳定,保证设备正常运行。 
  2.2.2 改造内容 
  高效改造的关键环节是制作和安装高效沉淀极。目前常见的形式为管式沉淀极,但是由于横截面积有限,因此除雾效率也会受到限制。在管式沉淀极的基础上,设计了一种蜂窝式沉淀极,这样将“一管”变“多管”,总截面积可以提升10~15倍,除雾效率得到了大幅度的提升。除此之外,蜂窝式沉淀极的内外两侧都可以发挥除雾效果,对于确保烟气净化效果也有积极作用。在本次改造中,除了拓展截面积外,还可以通过增加沉淀极长度的方式,达到类似的改造效果。 
  2.2.3 效果纵向对比 
   改造后的静电除雾器,与改造之前相比,其应用效果主要发生了以下改变:首先,在通入相同体积烟气的前提下,传统静电除雾器的除雾效果维持在40%~70%之间,因为受到了烟气速度、电晕功率等因素的影响,除雾效果有较大的波动,改造后的除雾效果稳定在70%以上,脱硫与除雾效果明显;其次,使用蜂窝状沉淀极后,不需要振打装置就可以满足除雾要求,避免了产生二次飞扬的情况;最后,可以采用电除雾器与脱硫塔一体化设计,减少空间占用且降低投资成本。 
  3 气动增强除雾技术的探讨 
  3.1 技术概述 
  采用一级屋脊式+气动增强导流器+一级屋脊式除雾器结构形式,其中导流器部分依据不同的电厂脱硫系统运行数据及技术指标要求进行详细设计,具体形式包括圆柱形、水滴形、非对称翼型及涡流发生器等结构,以适应不同的烟气流量、入口粉尘与雾滴含量、压降限制等技术要求。 
  3.2 设计思路 
  脱硫塔通过喷淋石灰液时,虽然可以去除烟气中的二氧化硫,但是由于烟气温度较高,加上洗涤过程中产生液体飞溅,在空气中重新形成了超细颗粒,当超细颗粒的浓度达到一定程度后,形成雾。这些雾如果处理不到位,其中的超细颗粒可能会附着在设备上,或是飘散到空气中,对设备、对空气都会造成污染氣动增强除雾的设计思路是在烟气排出口位置,在粉尘未形成团聚状态时,方便利用气动原理进行收集,除了可以提高超细粉尘的去除效果外,还能从源头上降低石膏浆液的浓度。 
  3.3 效果验证 
  原系统为喷淋空塔,设计脱硫效率不低于96.9%。改造工程在原有330MW机组脱硫塔的基础上,将脱硫塔上段按要求适当抬高,新设计安装了气动增强型除雾器。工程改造前通过数值模拟方法,对整个和局部流场经过了详细的评估,优化了除雾器设计参数,确保工程取得良好效果。检测结果表明,系统在原烟气烟尘质量浓度为21.3mg/m3条件下,净烟气烟尘质量浓度为4.8mg/m3。气动增强型除雾器出口烟尘质量浓度达到近“零排放”设计值,与数值模拟预测结果相符。 
  4 几种脱硫塔高效除雾技术的对比 
  4.1 技术对比 
  板式除雾器是利用烟气物理碰撞和水分吸收的技术措施,达到水气分离效果,然后在重力作用下,将凝结的水分收集起来。通过简单改良后,可以提高板片的吸水效果。通过使用聚四氟乙烯材料,可以降低叶片运行负荷,达到了增强除雾效果的目的。静电除雾器是利用高压放电,让烟气发生电离,然后通过带电粒子的定向移动,达到去除超细液滴的目的。通过技术改良,使用蜂窝式沉淀极,可以提高电力效果,提高除雾效率。气动增强除雾利用增压技术,在高气压作用下增加烟气离心力,达到分离效果,除雾效率可以稳定维持在90%以上。 
  4.2 成本对比 
  在技术投资方面,随着新技术、新设备的投入使用,静电除雾器和气动增强除雾器的成本有降低趋势,特别是增强型气动除雾降尘导流器组件推广应用后,不仅降低了出口雾滴含量,而且造价相比于最初设备降低了40%左右。板式除雾器在改良后,成本增加幅度较大。例如使用新型叶片替换原叶片,叶片单价高出约120元。因此仅从成本方面来看,静电除雾器和气动增强除雾器的成本较低,板式除雾器的造价较高。 
  4.3 效果对比 
  经过改良后的板式除雾器和静电除雾器,在提高超细雾滴吸收效率、降低“石膏雨”及粉尘排放等方面的效果均有明显提升。但是与气动增强除雾器的处理效果相比还有一定差距。例如从超细雾滴的去除能力上来看,板式除雾器最高可去除的液滴粒径为50μm,静电除雾器经过改良后可以将最高可去除液滴粒径控制在10μm以内,而启动增强装置通过高速离心作用,可以将最高可去除液滴粒径维持在3μm以内。 
  4.4 能耗对比 
  在大力推广节能减排的背景下,脱硫塔除雾技术除了追求更高效率外,能源消耗也是需要重点关注的问题。本文所提及的三种除雾技术中,静电除雾器的能耗最高,板式除雾器的能耗次之,气动增强除雾技术的节能效果最为明显。在气动增强除雾系统中,有专门的热能收集和转化装置,可以将高温烟气中的热量回收,转化为机械能或电能,支持气动装置的运行,虽然也需要外接电源进行供能,但是相比于另外两种除雾技术,在节能降耗方面效果显著。 
  5 结语 
  为了更好地满足冶炼厂技能改造的发展需要,需要对现行的烟气脱硫装置进行改造,在进一步提高除雾效果的基础上,追求更低的投资成本和更高的节能效果。本文对当前常见的板式除雾器和静电除雾器进行了技术改良,并结合一种新型气动增更强除雾技术,分别从除雾效果、能源消耗、投资成本等方面进行了综合比对。根据综合对比结果,气动增强器各方面的优点比较均衡,值得在冶炼厂进行推广使用。 

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