脫硫噴淋塔除塵的影響因素及效率

根據燃煤電廠煙氣中粉塵成分、來源及排放特性，對影響脫硫噴淋塔除塵效率的因素進行了分析，結果表明:粒徑> 0. 3μm時，顆粒度越大，去除率越高，粒徑< 0. 3 μm時，則相反;煙氣流速及漿液噴淋密度與除塵效率呈正相關性，優(yōu)化各影響因素，噴淋塔除塵效率可高達84% ，其處理后粉塵質量濃度< 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)電廠顆粒物排放對環(huán)境保護具有積極的意義。

根據GB13223 － 2003《火電廠大氣污染物排放標準》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，已投運的燃煤電廠也要陸續(xù)向這一標準靠攏，目前燃煤電廠僅靠現有的除塵設施難以達標，因此目前電廠必須對現有除塵設施進行改造或對煙氣進行后續(xù)處理，使粉塵達標排放。而濕法脫硫正好可以滿足進一步的除塵要求，在達到脫硫效果的同時達到良好的除塵效果。我國自20 世紀90 年代以來，濕法煙氣脫硫已占脫硫市場總份額的90% 以上，尤其裝機容量在300 MW以上的大型電廠基本都是濕法脫硫裝置。該技術除了具有脫硫率高、運行可靠性高、脫硫劑利用率高、適用于大容量機組和高含硫煤種及副產品可以綜合利用等特點外，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成分隨燃煤的不同而有所不同，但其主要成分相對固定，主要有 SiO2、Al2O3、Fe2O3、K2O、MgO、CaO、SO3、BaO、TiO2、 Na2O 等。我國燃煤電廠飛灰化學成分見表1［1］。由表1 可知，SiO2 和Al2O3 含量*高，超過總量的60%。此外，有些燃煤成分特殊，飛灰中的氧化鈣含量可能超過10% ，而當燃煤中黃鐵礦含量較高時，其飛灰中 Fe2O3 含量也會較高。

1. 2 燃煤電廠煙氣粉塵的來源

中國燃煤電廠礦物成分大致分布見表2。由表2 可知，燃煤電廠礦物中大部分顆粒是無定形的玻璃體和含量變化很大的碳，而結晶相以莫來石和石英為主，煙塵的產生來自于燃煤整個過程中，其主要來源于如下:

1)加熱使煤中的物質蒸發(fā)，這些物質隨后凝結成塵粒，這主要是煤中的灰分所致。

2)燃燒過程中化學反應可能產生的顆粒，如微細CaO、SiO2 等固體顆粒。

3) 機械加工過程會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:燃煤電廠生產點集中，所排出的粉塵對于鄰近地區(qū)的大氣污染*嚴重。

2) 煙塵排放量大:燃煤電廠生產規(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)生產的，煙氣排放也是不間斷的。

4) 塵粒成分復雜、粒徑范圍寬:煙塵經過電除塵后進入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機組為例，其粉塵粒徑分布見表3。由表3 可知，粉塵粒徑20 μm占總量70% 左右。

2 測試方法及裝置

2. 1 測試方法

整個系統(tǒng)利用CEMS 系統(tǒng)進行在線監(jiān)測，自動監(jiān)測分析方法采用固定污染源排放煙氣連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)技術及檢測方法，其中煙塵粒徑采用手工取樣，粒度分析儀器進行分析［2-3］。

2. 2 測試裝置

測試裝置選用寶鋼自備電廠1 × 350 MW機組脫硫裝置，其噴淋塔見圖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 點煙氣排放量為160 × 104 m3 / h，煙氣含塵100 ～ 250 mg /m3 ，設計有4 層噴淋層，對應4 層噴淋層，每臺漿液噴淋量6 900 m3 / h，各層噴淋層錯開布置，保證吸收塔的噴淋覆蓋率超過300%。吸收塔進口煙氣溫度約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，液滴在吸收塔內的停留時間為1 ～ 10 s，小液滴在一定條件下呈懸浮狀態(tài)。在吸收塔內液滴和進口煙氣逆流接觸，脫除其中的SO2、粉塵等有害雜質的煙氣，經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 粉塵的浸潤性

粉塵的浸潤性是選擇除塵方式的依據之一。粉塵的浸潤性指當水與粉塵層接觸后，在單位時間內，水浸潤粉塵層的高度。通常用浸潤速度作為評定粉塵浸潤性的指標。根據粉塵的浸潤速度可將粉塵分為四類，見表4。

對親水性粉塵選用濕法除塵方**取得較好效果。根據對電廠粉塵化學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，不同粉塵粒徑粉塵的去除效果見圖2。

由圖2 可知，粉塵粒徑> 0. 3 μm 時，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動，從而與水滴相撞，達到除塵的目的。對于粒徑< 0. 3 μm 的塵粒，擴散是一個很重要的捕集因素，此時，在氣體分子的撞擊下，微粒像氣體分子一樣，做復雜的布朗運動，在運動過程中，塵粒和水滴接觸而被捕集，因此在水滴粒徑與速度一定時，粉塵粒徑愈大，布朗運動時所具有的動能愈大，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，對粉塵粒徑< 4 μm的顆粒，去除率總體較低，這主要是因為粒徑小，將很難被浸潤，因此只有當液體和固體粒子間高速相對運動氣膜被沖破，才有可能相互附著，凝并［4］。

3. 1. 3 粉塵密度

粉塵的密度對除塵效率的影響與粉塵粒徑是相關的，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 ) 時不同煙氣流速下除塵效率的關系。

因為微小塵粒和水滴在空氣中均存在環(huán)繞氣膜現象，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，液滴將會被氣流帶走，故噴淋塔有一個氣速上限。一般的脫硫噴淋塔煙氣流速設計上限為4. 5 m / s。

3. 3 液體噴淋密度

就截留機制而言，在噴淋量一定的情況下，噴出的水滴越細，則塔截面上有液滴通過的部分越多，噴淋密度也愈大，因而塵粒由于截留而被捕集的機會也越多。因此由圖4 可知，當煙氣流速一定時，除塵效率與噴淋密度呈正相關性。

3. 4 噴淋塔除塵效果

當噴淋密度為151. 5 m3 / ( h·m2 ) ，脫硫裝置液氣比設計為13. 2，噴淋塔煙氣流速為4 m / s，寶鋼1 × 350MW 機組煙氣脫硫裝置除塵效果見表5。

由表5 可知，脫硫噴淋塔的除塵效率比較高，高達84% ，出口粉塵含量僅為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行爐后脫硫，則可能不需要對其前端除塵設施進行改造。