湿烟囱出口“石膏雨”的成因及防治措施分析

陈世新，杨 涛

(陕西省电力设计院，陕西 西安 710054)

目前，大部分火力发电厂湿法脱硫系统后形成“湿烟囱”排放方案。一方面，湿烟气对排烟内外筒的腐蚀造成烟囱筒身的损害，带来安全隐患；另一方面，烟囱周边普遍存在“石膏雨”现象，污染地面，腐蚀建筑物、机械设备等，带来环境危害。因此，分析烟气携带液滴的机理，并制定相应对策，防止烟囱腐蚀和“石膏雨”现象，是迫在眉睫的安全与环保问题。

1 湿烟囱烟气液滴来源分析

所有的湿烟囱都会具有一定量的烟囱液体排放，如果液滴足够小，它们将在落到地面之前蒸发，只有烟囱出口的烟气中夹带“较大液滴”，未及时扩散、蒸发，降落到地面，才能形成“石膏雨”。

(1) 除雾器逃逸且未沉积的液滴

脱硫装置除雾器的作用是去除烟气中的液体和石膏浆液，在正常运行工况下，除雾器出口烟气中直径大于15μm的雾滴浓度低于75mg/Nm3。直径小于15μm的雾滴无法去除。若除雾器未能有效拦截烟气中夹带的液滴，导致进入湿烟囱的烟气携带脱硫浆液液滴增加，烟气流中会出现一些大的液滴，这些液滴是被二次夹卷进入到烟气流中的。在除雾器的冲洗周期，也会增加烟气携带的液体数量。如果携带问题突出，小于50μm的液滴在水平烟道或烟囱导流板上沉积，很可能造成石膏雨。

(2) 烟气中水蒸气的体积冷凝液

湿烟囱排放系统中液体的另一个来源是饱和烟气流中水蒸汽的冷凝。未设置GGH装置的脱硫系统，吸收塔出口烟气温度一般为45℃～55℃，烟气中水蒸气是饱和的，由于烟气温度低、湿度大，系统投运后，烟气在烟囱的上升过程中，由于烟囱阻力和高度变化，烟气压力降低，造成烟气冷凝在微小液滴或粉尘中，即所谓体积冷凝。

(3) 烟气二次夹卷道体沉积或热力冷凝的液体

在烟气与排烟筒间、以及烟道的中部和外侧烟气间存在温度梯度，温度较高的烟气和温度较低的烟囱内衬接触换热，烟气中的饱和水蒸气将在烟囱内筒内壁上凝结成水滴，由于重力作用，水滴以液膜或者细流形式向下流动，即所谓的热力冷凝，分析表明，烟囱内壁是主要的冷凝区域。

高速烟气冲刷烟道或烟囱排烟筒表面沉积或冷凝的液滴，形成烟气二次夹带。二次夹卷将是以大直径液滴(200μm～1500μm)的形式从烟囱顶部排放出去。100μm以上的液滴在烟囱外是不会完全蒸发的，它们将很可能降落到地面上。这是烟囱液体排放和烟囱附近形成石膏雨的最常见的原因。

(4) 烟囱内壁向上流动的液滴

当烟气流速高于烟囱内筒内衬材料的逆流速度的区域，沉积以及凝结烟囱内筒上的液体会向上流动。烟囱内衬的顶部流速是最高的，在这里被重新夹带的液滴可能会比较大(300μm～2000μm)，这取决于内衬顶部的几何形状。同样，在烟囱节流喉管上部的液体流向，通常也是向上的。

2 湿烟囱中烟气携带液滴防治措施

2.1 脱硫系统优化设计

湿法脱硫系统除雾器逃逸液滴是烟囱出口主要液体来源之一，提高除雾器效率可减少烟气携带液体的数量。

除雾器效率是除雾器重要性能指标，它与除雾器类型和结构、烟气中液体直径、烟气流速、烟气动力粘度、运行方式有关。

2.2 湿法脱硫后加装湿式电除尘器

随着新的火力发电厂污染物排放标准的实施，特别是国家对重点地区新建机组烟尘排放浓度≤5mg/Nm3的要求，以及解决现电厂普遍存在石膏雨问题，湿式电除尘器已在工程中得到应用。

在湿式电除尘器中，水雾使粉尘吸附凝聚，并与粉尘在电场中一起荷电，一起被收集，收集到极板上的水雾形成水膜，水膜使极板清灰，保持极板洁净。湿式电除尘器布置在湿法脱硫之后，通过高压电场捕获饱和烟气中的携带的水滴并被排出，减少烟囱出口烟气的含水量。

2.3 烟囱优化设计与改造

从除雾器携带的或者冷壁上冷凝的液滴会沉积在烟道和烟囱内筒的表面上，烟气二次夹卷沉积和冷凝的液滴是烟囱出口液体主要来源。

(1) 控制烟囱内筒烟气速度

通常将除雾器效率最高，且不发生二次夹卷的烟气速度称为临界二次夹卷速度。烟气达到临界二次夹卷速度时，烟气的剪切力达到或者超过重力和表面张力，液滴重新进入或者二次夹卷进入烟气流中，并被携带出烟囱。控制烟气速度是使二次夹卷进入烟气流中的液滴减至最小的重要因素。

临界二次夹卷速度随排烟筒表面粗糙度和材料而变化，合金材料排烟筒烟气速度范围应控制在18m/s～22m/s。考虑实际运行中煤质的变化情况，国内新建采用钢内筒的“湿烟囱”，流速在BMCR工况下建议取下限：18m/s。可以通过“湿烟囱”设计来满足烟气流速控制的要求。

(2) 设置液体收集装置

除了在水平烟道、烟道膨胀节、烟道底板安装液体收集装置外，烟囱内筒结构也应设置合理的液体收集装置，减少烟气二次夹卷携带的液滴。

液体收集器的安装位置至关重要。通常，可在内简筒壁、烟囱底部和水平烟道出口处等安装。如在烟囱一定高度上安装特定的截流疏水环，防止液膜汇聚变厚，将疏水及时排除烟囱外，从而防止液膜被二次夹带。在内筒筒壁靠近水平烟道的位置设置环状水槽，防止入口处水帘的形成，从而防止烟气的冲撞水帘形成夹带。在烟囱底部锥形导流板周边设置环状水槽并利用排水管排水，或在烟囱锥斗形底部接入冲洗水管，采用定期冲洗的方式将积灰冲入排水管。

烟囱的内筒结构进行液滴收集装置设计后，可以有效降低烟囱出口烟气的带水量，防止酸雨和石膏雨的发生。

3 结语

湿法脱硫后烟囱出口“石膏雨”现象会对环境造成危害，影响了周边的环境及安全，应引起足够重视和加以防治。

(1)除雾器逃逸和烟气二次夹卷液滴是湿烟囱“石膏雨”液体的主要来源。

(2)应从脱硫系统优化设计、加装湿式电除尘器、烟囱优化设计等方面考虑“石膏雨”的综合防治措施。

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