新型高效规流除雾器的应用

郭丽丽，朱武华，方达辉

（湖南碧绿环保产业发展有限公司，湖南 湘潭 411100）

1 前言

国内的烟气脱硫目前大都采用的是湿法工艺，其核心装置就是吸收塔，由于吸收塔内的反应大部分都采用喷淋式洗涤，处理过的烟气中含有大量的雾滴，因此烟气在经过洗涤后一般要通过除雾器，目的是将经过洗涤的烟气中的水滴分离出来，使水滴回归系统。

除雾器和喷淋管是湿法脱硫中必不可少的设备。目前广泛使用是折流板除雾器（包括屋脊式和平板式），但是从现运行的脱硫系统中，可以发现折流板除雾器存在以下问题。

（1）除雾效率不高，致使其下游的GGH结垢严重或烟囱下“石膏雨”

表现突出的是塔外布置的水平除雾器。由于场地有限，布置紧凑，吸收塔出口至除雾器入口缺少符合要求的直管段，即使装有导流板，也难以调整气流分布，除雾器入口端面处的气流速度偏差甚大，高的达10m/s以上，低的出现涡流区，造成除雾器入口处石膏堆积，除雾器出口烟气携带的液滴超标，对设有GGH的脱硫系统，GGH换热元件结垢加剧；对不设GGH的脱硫系统，由于排烟温度较低，烟气扩散条件不利，烟气携带的液滴会在烟囱出口形成“石膏雨”（即脱硫塔浆液池内的大量石膏浆液随上升烟气从烟囱口飘出，严重影响周围环境。

（2）除雾器板片结垢堵塞，冲冼失常，造成除雾器坍塌

FS-04规流填料床技术通过在河南金山集团、晋煤集团等锅炉烟气脱硫EPC项目上的应用，显示出在脱水除雾方面的高效性。该技术为脱硫塔的脱水除雾带来了新的技术理论和应用思路。有利于脱硫除雾技术和设备的国产化，打破了国外在脱水除雾产品方面的垄断。

2 脱硫项目概况

以河南金山集团脱硫项目为例：该项目的设计处理烟气量为42万m3/h；烟气温度150℃；除尘方式采用袋式除尘器；入塔SO2浓度1800mg/Nm3。烟气从塔体中部侧面进入，依次通过一层喷淋层、一层规流填料床和一层规流除雾器，最后进入原烟囱排放。

系统投运后，各项指标均达到设计要求，SO2排放浓度降到60mg/Nm3以下。但由于除雾器冲洗水采用的水源是锅炉引风机冷却回水，回水压力小，不能满足对除雾器的冲洗需要，因而除雾器长期得不到有效冲洗。系统运行半年后，除雾器发生了堵塞（见图1），造成了脱硫塔压力损失增大，净烟气带水带浆。

对于除雾器的冲洗，业主一直无法提供适合压力的水源。为保证系统能够运行，施工方拆除了除雾器，保留了除雾器冲洗管道，仅依靠规流床完成脱水的工作。系统运行后，未再发生烟气带水带浆的现象，至今已经连续运行两年。

图1 除雾器堵塞情况

3 理论分析

从原理上说，折流板除雾器（包括平板式和屋脊式的除雾器）属于利用液滴的惯性来脱水，因此折流板弯折的角度越大、弯折的次数越多，板与板的间隔就越小，除雾效果也就越好，但同时除雾器也就越容易积累灰尘等固体杂质，从而发生堵塞。并且由于除雾器的折流板都是静止状态，容易积灰，所以除雾器要反复进行周期冲洗。而且如果冲洗不彻底，除雾器也很容易结垢堵塞，引发“石膏雨”现象，更为严重的是可能会导致脱硫系统发生故障而停运。

规流除雾器是一种有规则运动的填料装置，它集合了固定填料以及湍流填料的各项优点。规流除雾器特殊专业设计的导向方式、规流球的规则运动，进一步促进了烟气流场的均匀分布，解决了气流偏流问题，达到了最小空间、最高传质效率的目的，实现了最高的捕液与除雾效率。其除雾机理如图2。

图2 规流除雾器除雾机理

（1）惯性捕集

小雾滴由于自身的惯性作用，含雾滴的烟气在进入规流床过程中，遇到填料球后会改变气流方向，绕过填料球流动。其中细小的雾滴随气流一起绕流，运动轨迹由直线变为曲线。粒径较大（大于0.2μm）的雾滴具有较大的惯性，便脱离气流的流线保持直线运动，与填料球相撞而被捕集，使烟气中的雾滴得到脱除。

（2）扩散

微小颗粒从高浓度区域向低浓度区域移动的过程称为扩散。扩散主要是布朗运动的结果，布朗运动是指微小颗粒在周围气体分子和其他微粒碰撞下的无规则自由运动。粒径小于0.2μm（比重为1）的小颗粒主要通过扩散捕集，因为它们质量小，不大可能发生惯性撞击，且物理尺寸小，不容易被拦截。当这些微粒被捕集到一个液滴里面，液滴邻近区域的微粒浓度降低，其他微粒又一次从高浓度区域向液滴邻近的低浓度区域移动。

与大型出版企业相比，中小出版企业在资源垄断、出版许可、网点布局、文化沉淀、社会责任等方面差距较大。因此，中小出版企业转型升级不能效仿大企业的“高、大、上、全”。

（3）凝集

凝集有两种情况，一种是以微小尘粒为凝结核，由于小雾滴的凝结，使雾滴尺寸增大；另一种是由于扩散漂移和热漂移的综合作用，使雾滴凝聚增大，增大后的雾滴可以通过惯性作用加以捕集。

（4）规流除雾器的运行

1）脱硫塔运行时，烟气推动安装在规流除雾器上的填料球呈现规则运动状态，烟气与填料球朝同一方向运动（使所有填料球绕内筒公转），延长了烟气通过除雾器的距离和时间。

2）由于规流除雾器采用了独特的导流设计，填料球不会被吹离，而是使烟气通过填料球之间的缝隙，多次改变流动方向（至少改变8次方向，远远多于一般折流板的弯折次数）。烟气中夹带的浆液同样由于惯性撞击被填料球表面捕集，并在填料球层不断积累，直到集聚的浆液重力大于烟气的上升托力时，即会从规流除雾器中落回脱硫塔中。并且安装在除雾器上的填料球呈现规则运动状态（填料球个体自转运动，不同于静止的折流板），有利于烟气流畅均匀地通过，避免局部区域烟气流速过高或过低。相比于折流板叶片的静止状态，规流除雾器更加不易积灰。即使有灰尘黏附于填料球表面，也会因为填料球的运动碰撞、相互摩擦而剥落。同时由于填料球的运动，增加了烟气的扰动，增大了雾滴与雾滴之间和雾滴与填料球的碰撞机率，能够强化惯性捕集和扩散捕集，提高脱硫效率。

3）设置冲洗水装置对规流除雾器定期进行冲洗，彻底杜绝了除雾器结垢堵塞的可能性。

规流除雾器除雾原理及实物示意见图3、图4。

图3 规流除雾器除雾原理图

图4 规流除雾器实物图

4 规流除雾器的应用及发展

（1）目前国内在用的除雾器的不足

目前国内在用的除雾器除了在使用方面容易发生堵塞之外，在制作方面也存在一些问题。

除雾器是一个流体机件，就结构而言，除雾器的结构是相对比较简单的（见图5）。从制造的角度来讲，唯一有难度的就是：除雾器本身是一个大型的塑料机件，制造过程中需要有专门的模具，还需要一定的经验。另外，在直径十几米的断面上，各种工况下的气流流场的变化是比较复杂的。如果在设计应用除雾器的过程中不考虑这些复杂的变化因素，在使用过程中就可能出现问题。

图5 折流板除雾器横截面

除雾器的核心技术不是其外在的形状，也不是制造的过程，而是一个流体力学的设计。而这项任务对中国的企业来讲还是比较艰巨的，所以，在我国大力推行脱硫产业的前三五年内，一般是使用进口的除雾器，而且为此付出了不菲的代价。近几年，国内的一些企业开始自行研发制造除雾器，但是国内对于除雾器制造的认识还是停留在除雾器本身的塑料结构设备的层次上，并未对其核心技术进行太多的研究，大多数设计也都没有掌握核心的关键技术，往往是照搬国外的除雾器进行仿制，对其中的特性知之甚少。所以制造出的除雾器在运行中往往由于不能适应不同工况的变化而出现一系列的问题。另外，由于国内大部分烟气脱硫装置的建成时间不长，运行初期由于各种原因，特别是在运行监管尚未全部落实的情况下，运行商往往会采取让大量的烟气走旁路的办法，使脱硫系统维持在比较小的负荷下，这样就可节约大量的运行费用。但在这种状况下，由于热烟气进来的量很少，系统蒸发的水分也相应较少，而除雾器的运行是需要定时采用外源水冲洗的。脱硫系统在正常的工作过程中，由于热烟气的通过会蒸发掉大量的水分，而冲洗除雾器的水进入系统中不足以补充这部分蒸发的水，因此需要另外的水补充到系统中实现水平衡。但如果系统长期在低负荷量运行，蒸发的水量很少，这样冲洗除雾器的水分就会越来越多，使系统接纳不了，造成水平衡的破坏，使得系统不能正常运转，最后的结果就是冲洗除雾器的水量下降，对除雾器的冲洗不能到位。这也是造成除雾器结垢，甚至造成除雾器坍塌的原因之一。

随着国内逐步开展除雾器的生产，有关除雾器和系统装置的匹配以及流场和雾滴特性的问题被忽视，由此也造成了一系列的问题，这些因素综合在一起，造成了除雾器成为影响烟气脱硫装置长期稳定运行的重要因素。现在很多脱硫公司为了中标压低价格，省去了GGH系统，导致了烟囱飘浆和烟囱下雨，因此在取消GGH的情况下，除雾器必须优化。而根据除雾器的工作对象烟气流场和雾滴的特性，利用流场适应型的除雾器创造性地解决了除雾器入口烟气流动不均匀的问题，降低了对除雾器入口烟气均匀性的要求。

流场适应型除雾器的设计完全不同于现在的除雾器，即是直接以设备去匹配系统的现状，使得设备和系统实现良好的兼容。

（2）规流除雾器应用优势

1）目前，国内企业成功开发的适用于大型电厂锅炉烟气脱硫、脱硝处理的“FS-04规流填料塔及工艺集成系统” 已达到国际先进水平。系列脱硫除尘产品已在国内200多家企业的300余项脱硫工程上应用。

2）规流除雾器采用了独特的导流设计。烟气通过规流床导流后推动填料球在在塔内作自转和公转的圆周运动，对烟气通过时会产生调整和规整气场分布的作用，促使气液接触更加充分和均匀。

3）通过填料球运动对烟气的切割而不断改变烟气的流动方向，强化惯性捕集和扩散捕集，从而达到提高脱水效率的目的。

4）相比于静止的折流板除雾器，规流除雾器具有自洁功能，当灰尘黏附于填料球表面时，通过填料球的碰撞、相互摩擦运动而剥落，从而彻底杜绝了除雾器结垢、堵塞的情况发生。

规流除雾器与折流板除雾器性能对比见下表。

规流除雾器与折流板除雾器对比表

5 结语

规流除雾器是国内企业基于FS-04规流填料床技术开发出来的一项新技术，具有完全的自主知识产权，为脱硫行业提供了崭新的除雾技术理论和思路。由于规流床除雾器具有独特的优势以及除雾的高效性，应用前景非常广泛。