管束式除雾器在脱硫改造中的应用

姚磊 江苏世清环保科技有限公司

四川某公司现有1×180t/h 锅炉烟气脱硫采用石灰石一石膏法脱硫工艺，现排放烟气中雾滴和颗粒物含量指标与超低排放指标要求存在一定差距，为了满足当前国家和地方有关环保、安全及对周边环境保护等强制性标准要求，需对现在脱硫装置进行升级改造，改造完成后确保在设计条件下雾滴和颗粒物满足排放标准要求，即颗粒物≤5mg/Nm3、雾滴≤50mg/Nm3(标态、干基，基准氧)。

1 工程概况

现有脱硫装置采用石灰石一石膏法脱硫工艺 ，脱硫装置设置为 1 炉1 塔，单台脱硫塔处理烟气量为380000m3/h，SO2按照6000mg/Nm3（标态、干基、6%氧）设计，目前由于公司需要上新项目，根据当地环保政策，需要对锅炉进行超低排放改造，改造主要内容为增设高效除雾器与配套设施、增加塔的高度。改造完成后保证在设计煤种、锅炉BMCR 工况下出口烟气中颗粒物浓度≤5mg/Nm3(标态、干基，含氧量6%)，雾滴≤50mg/Nm3(标态、干基，基准氧)，达到超低排放标准。

2 改造总则

脱硫塔塔顶增加高效除雾器及配套设施，装置的设计必须确保在启动方式上的快速投入率，在负荷变化时能够及时、快速的作出调整，保证脱硫塔出口烟气颗粒物浓度低于5 mg/Nm³，雾滴浓度≤50mg/Nm3，且能可靠和连续运行。高效除雾装置应能在锅炉最低负荷30%BMCR 和110%BMCR 工况之间的任何负荷持续安全运行。本次改造充分利旧原有系统，达到改造费用较低、改造工期短，减少停炉改造时间的要求。

3 改造方案

现有塔内共有2 层平板除雾器，本次改造利旧1层平板除雾器，为保证塔出口颗粒物含量达到超低排放标准，在现有除雾器上方增设管束层除雾器，相应的，塔高需增加约3m，净烟道也需相应改造。管束除雾器采用整体供货，塔内需新建支撑梁和冲洗系统。将管束式除雾器配置在吸收塔顶部可以更好的去除掉烟气中大部分液滴，且让烟气含水量减少，有利于系统水平衡和改善周边的环境。除雾器安装在吸收塔上部，用以分离净烟气夹带的雾滴。整套装置包含冲洗水系统的喷嘴、管道以及附件等。可以用钢架支撑除雾器以方便检修工作，并在高效除雾器中设置冲洗水系统。采用带加强的阻燃聚丙烯材料的除雾器，这种除雾器对于高速水流的冲刷压力有着较强承受能力，尤其是对人工冲洗导致的高速水流冲刷压力的承受。同时，严格按照相关步骤进行工艺水除雾器的冲洗工作，不仅可避免除雾器出现堵塞问题，还能将冲洗水作为补充水让塔液位更加稳定的吸收。以单个组件进行除雾器的安装工作，组件还可以从附近的吸收塔人孔门进入其中。

4 高效除雾系统

本次脱硫超低排放改造工程采用塔顶增加高效管束式除雾器，吸收塔的直径5.6m，布置 1 层支撑结构（塔内）。

4.1 除雾器布置

本次改造充分利现有的旧设备，为确保改造效果、减少改造工期，拆除现有上层平板除雾器，管束除雾器布置在塔顶现上层除雾器位置。考虑到烟气经过除雾器的流态分布，除雾器后端距离净烟道下表面在 2.5m 以上的距离。为满足以上改造方案，脱硫塔高需增加约3m，经核算现有塔基础满足改造后的要求，净烟道也相应改造。

4.2 除雾器阻力

不考虑除雾器前后涡流的影响，保证在设计气体负荷下，整个管束除雾器系统的最大压降不高于500Pa。

4.3 冲洗水系统

冲洗水系统包含聚丙烯（PP）的水管和喷嘴。每列冲洗水管与吸收塔外侧供水系统通过法兰连接，其中包括螺栓、螺母、垫片。由于除雾器模块中集成了冲洗水管支架， 因此不需要准备额外的冲洗水管支撑部件。

4.4 管束除雾器结构

管束除雾器结构包括管束筒体、增速器、分离器、汇流环以及导流环。其中，管束筒体的内壁光洁，筒体垂直，断面十分圆滑，无偏心情况；增速器可以以最小的阻力条件促使气流的旋转运动速度得到提高；分离器可以在烟气中分离出不同粒径的雾滴；汇流环可以实现对液膜厚度的控制，确保气流分布状态；导流环可以对气流出口状态进行控制，以免捕悉液滴出现二次夹带问题。

4.5 工作原理

4.5.1 使用环境特点

管束式除尘装置要在含有大量液滴的～50℃饱和净烟气环境下使用。雾滴量大、雾滴粒径分布范围较广是其主要特点。雾滴的组成部分包括浆液液滴、凝结液滴、尘颗粒；除尘主要是将浆液液滴和尘颗粒脱除出来。

4.5.2 凝聚颗粒和细小液滴

在高速运动条件下，会让大量的细小液滴与颗粒相互碰撞的机会更大，为大颗粒的凝聚、聚集提供助力， 进而可以从气体中分离出来。

4.5.3 大液滴和液膜的捕悉

除尘器筒壁面的液膜对于其表面的细小滴液有着捕悉作用，而增速器和分离器叶片表面上的液膜过厚会因高速气流作用导致“散水”，会有大量的大滴液从叶片表面抛洒出来，会有大滴液组成的液滴层在叶片上部形成，细小滴液穿过滴液层后将会被捕悉，大滴液变大之后重新回到叶片表面，达到捕悉细小雾滴的效果。

4.5.4 离心分离下的滴液脱除

气流经过加速器加速之后，会进行高速旋转向上运动，离心力作用下的气流中的细小雾滴、尘颗粒会从气体中脱离。气流高速旋转运动会让筒体壁面出现一个旋转运动的液膜层。细小雾滴、尘颗粒从气体中分离，然后与液膜层接触，进而被捕悉，进而达到从烟气中脱除细小雾滴与尘颗粒的效果。

4.5.5 多级分离器捕悉不同粒径液滴

气体旋转流速关系着离心分离效果。气体旋转流速越大，离心分离效果越好，捕悉到的液滴量越多，将会形成更大的液膜厚度，增加运行阻力，越容易生成二次雾滴；可以通过对多级分离器的合理应用，脱除不同流速下的雾滴，让较低运行阻力下的高效除尘效果得到保证。

4.6 管束式除雾器技术优点分析

管束式除雾器中配置了多个圆筒，圆筒内周有扇形叶片。烟气中蕴含着较多滴液，经过叶片旋流进行向上的离心运动。滴液有着较大的惯性作用，能够轻易脱离烟气的旋流轨迹，并向着壁面方向运动，粘附到壁面之上，然后下滑，达到气液分离的效果。其特点包括有着较高的细小颗粒去除功能不会遇到太大阻力、投资成本不高、维护工作较为简单便捷等。在吸收塔入口颗粒物含量≤20mg/Nm3的前提下，吸收塔烟囱出口颗粒物含量为≤5mg/Nm3，且可以稳定运行较长时间。

管束式除尘除雾器装置具有凝聚、捕悉、湮灭功能，而为了让除尘效果得到保证，在项目条件装置内进行了多级导流叶片设置，气流停留时间增加，除尘器对尘颗粒的分离效果也得到了强化。但在除尘器捕捉原理的限制下，粒径小于20μm 的细小液滴很难捕悉，且目前将脱硫塔出口的尘排放浓度控制在5mg/Nm3就是为了对细小粉尘、细小石膏浆液液滴的脱除进行控制。同时，管束式除尘器运用模块化设计，在喷淋层上部，也就是除雾器的位置上进行布置，实现了对常规除雾器使用功能的替代，且比目前最为常用的屋脊式除雾器的除雾除尘效果更好。

管束式除尘除雾器技术优点：①节约一定的投资，运行费用相对较低；②不需要占用太大空间，对于新建和改造项目的总平面布置有利；③运行阻力相对较低，除尘器的运行阻力大约为300 ～500Pa。

4.7 管束式除雾器与湿式电除雾器之间的对比

不管是选择湿式电除雾器还是管束式除雾器，要想让烟气出口粉尘排放浓度与相关要求相符合，也就是要保持5mg/Nm3以下，都要进行脱硫塔烟气入口尘浓度的有效把控，确保其不超过20mg/Nm3。湿式电除雾器与管束式除雾器的对比见表1，湿电除雾器的优势并不突出。因此，在目前的燃煤锅炉除尘体系中，为了达到超净排放，采用湿式电除雾器和管束式除雾器这2 种方案来融入烟气协同治理理念，并借助布袋除尘、强化喷淋等方式提高对超细粉尘SO3，石膏液滴的脱除效果，促使达到污染物的相关排放标准。由于本项目是一项改造工程，要对本项目的特点进行综合考虑，因而可通过运用管束式除雾器技术来满足超低排放要求。

表1 湿电除雾器与管束式除雾器对比

5 改造效果

改造完成后，烟气中的颗粒物能达标排放，烟气中的雾滴浓度也明显降低，“落雨”现象得到改善，对周边环境影响小，同时烟囱排放烟气的视觉效果好。