净化除雾器在火力发电厂烟气脱硫系统中的应用

徐景芳

山东百年电力发展股份有限公司 山东 龙口 265700

0 引言

随着人们对环保意识的不断增强和全球气候的不断恶化，对电力工业排放提出了越来越高的要求，特别是向大气排放的锅炉燃烧产生的烟气，虽然经过电除尘器、脱硫系统的综合处理，但所排放的气体中仍含有一定的水份和有害物质。除雾器的作用就是去除这部分水份和有害物质。

山东百年电力公司二、三期烟气脱硫系统的吸收塔上部均安装了净化除雾器。除雾器是整个烟气脱硫系统中的主要设备之一，它的作用也是在整个系统中不可缺少的。

1 净化除雾器的基本原理

除雾器是依靠烟气中液滴的惯性作用和重力作用为工作原理。当带有液滴的烟气以一定的速度通过除雾器通道时，由于烟道本身弯曲的特殊结构，迫使烟气在运动过程中连续地改变方向，使烟气流在惯性力和离心力的作用下实现气液分离，部分液滴被甩到除雾器叶片时被收集，当液滴在除雾器叶片上越聚越多，汇集到一定程度时，在自身重力的作用下向下运动回到洗涤池。而残留在除雾器叶片上的固体物质经过冲洗也被回收到洗涤池里。如此循环工作，除雾器既能起到除雾净化的作用又不会因自身积垢造成阻塞，影响系统正常工作。如下图所示：

除雾器工作原理

2 净化除雾器的形式与结构

2.1 除雾器的形式

除雾器的形式有多种，一般可分为平板形、棱形、屋脊形除雾器，其结构也各有特点和优势，主要根据实际工况和要求来选择。一般应根据烟气流速来选：吸收塔的断面大、烟气流速趋于平稳（3.5～5.5m/s），烟气含水量相对少一些的，选择叶片间距大一点的除雾器，例如平板形除雾器；吸收塔的断面小、烟气流速快（4.5～5.5m/s），烟气含水量多的，选择叶片间距小一点、临界液滴分离面积大一些的除雾器，如棱形和屋脊形除雾器。我厂二、三期脱硫系统选择的是：平板形除雾器。

2.2 平板形除雾器的结构

平板形除雾器由波纹形叶片和筋板穿插组成，水平安装在吸收塔的顶部，烟气向上垂直通过，以达到净化烟气的目的。

除雾器分两层设计，即一级和二级，筋板与叶片采用热风焊和热容焊连接而成。当烟气垂直通过除雾层时，由于通道距离的变化，筋板与筋板的距离也随之变化，其变化范围在520～660mm之间。除雾器叶片间距设计为：一级40mm，二级25mm。通道跨径设计为1850mm，梁间距设计为2185mm。除雾器工作时分三层冲洗：在除雾器的正面，有两层向上冲洗；在除雾器的背面，有一层向下冲洗。两级除雾器间距在1800～1950mm之间，一级除雾器两层上下冲洗，二级除雾器一层向上冲洗，反面不冲洗。

一级除雾器由四转向波纹板组成，一般工作通道跨度设计为2185mm（具体根据实际工况设计通道跨度）。水平架设在支撑梁上，平行放置工作面。烟气向上流动与工作面成垂直状态，上升的烟气会垂直、均匀地通过叶片通道，每一组叶片通道由若干组除雾器模块组成。下层冲洗位置在除雾器下方650～900mm处，架设在管道支撑方钢架上，喷嘴与除雾器断面呈正角对称布置，使除雾器得到100%覆盖冲洗。上层冲洗架设在上管道支撑方钢架上，喷嘴与除雾器反面成篷面冲洗。为了使冲洗管道能稳定住，在每个方钢架上均有一个固定管卡。

二级除雾器与一级除雾器基本相同，只是叶片间距比一级小，间距为25mm。设计了一层冲洗系统，下层向上冲洗。反面不冲洗，防止烟气二次携带。

3 脱硫除雾器的主要性能、特性及设计参数

3.1 除雾器主要性能参数

3.1.1 除雾性能可用除雾效率来表示

除雾效率是指除雾器在单位时间内捕集到的液滴质量与进入除雾器液滴质量的比值。除雾效率是考核除雾器性能的关键指标。影响除雾效率的因素很多，主要包括：通过除雾器断面气流的均匀程度、烟气流速、叶片的间距、叶片结构和除雾器的布置形式等。

对于脱硫系统来说，目前将除雾后烟气雾滴的含量作为衡量除雾性能的主要参数。一般要求，一个冲洗周期内通过除雾器的雾滴含量的平均值小于75mg/Nm3。该处的雾滴粒径大于15um时，烟气为标准干烟气。其取样距离为离除雾器距离1～2m的范围内。

目前国内尚无脱硫系统除雾器性能检测标准，一般以眼观和物理检测方法来检测除雾器性能指标，在脱硫塔烟气出口1～2m处物理取样。

3.1.2 压力降

压力降是指烟气通过除雾器通道所产生的压力损失，压力越大，系统产生的能耗比就越高。除雾系统的压力大小主要与烟气流速、叶片结构、叶片间距和烟气带水负荷等因素有关。当除雾器叶片上面积垢严重时，系统压力降会明显提高，所以通过监测压力降的变化有助于把握系统运行状况，及时发现问题，并进行处理。

我厂二、三期烟气脱硫系统除雾器的压力降设计值在120～200pa之间（两级除雾器）

3.2 除雾器的特性参数

3.2.1 除雾器的临界分离粒径

除雾器临界分离粒径是指除雾器在一定气流流速下能被完全分离捕捉的最小液滴粒径。除雾器利用液滴运动时产生的惯性力进行分离，在一定的气流流速下，粒径大的液滴，其惯性力就大，易于分离。当液滴粒径小于一定程度时，除雾器对液滴就失去分离捕捉能力。除雾器临界分离粒径越小，表明除雾器的除雾性能越高。

屋脊式除雾器临界分离粒径：15～30um，一级30～32um，二级26.5～28.5um

棱形除雾器临界分离粒径：15～28um，一级30～32um，二级26.5～28um

平板形除雾器临界分离粒径：28～40um，一级38～42um，二级22～27um

烟道垂直形除雾器临界分离粒径：35～55um，一级36～38um，二级27～30um

3.2.2 除雾器临界烟气流速

在一定烟气流速范围内，除雾器对液滴分离的能力随烟气流速增加而提高，但是当烟气流速超过一定数值后除雾能力反而会下降，这一临界烟气流速称为除雾器的临界烟气流速。临界点的出现，主要是因为产生了雾沫的二次夹带所造成的，即分离下来的雾沫，再次融入烟气中，被烟气带走，其原因是：①撞在叶片上的液滴由于自身动量过大而破裂、飞溅；②气流冲刷叶片表面上的液膜，将其卷起、带走。因此，为了达到一定的除雾效果，烟气流速非常重要，必须控制在合理的速度范围内。气流最高速度不能超过临界速度，最低速度要保证能达到所要求的最低除雾效率。

3.3 除雾器的主要设计参数

3.3.1 烟气流速

烟气流速直接影响到除雾效果。通过除雾器断面的烟气流速过高或过低都会影响到除雾器的正常运行，烟气流速过高容易造成烟气二次带水，降低除雾效果，同时流速过高还会造成系统阻力大，能耗高；烟气流速过低，不利于气液分离，同样对除雾效果会有不利影响。此外设计的流速过低，需要增大吸收塔断面尺寸，会相应加大投资，增加成本，所以设计烟气流速时应接近临界流速。根据不同除雾器叶片结构及布置形式，设计流速一般选定在3.5～5.5m/s之间，烟道式可在3.5～7.0m/s之间。

3.3.2 除雾器叶片间距

除雾器叶片间距的大小，会直接影响到除雾效率。随着除雾器叶片间距的增大，板间距离的增加，使得雾滴颗粒在通道中流通面积增大，同时气流的速度方向变化较之叶片间距较小时平缓，从而使得雾滴颗粒对气流的跟随性更好，易于随着气流流出叶片通道而不被捕捉，因此除雾效果降低。

除雾器叶片间距大小的选取对保证除雾效率和除雾系统稳定运行非常重要。叶片间距选取过大，除雾效率降低，烟气带水严重，易造成引风机、换热器等设备故障，导致整个系统非正常停运。叶片间距选取过小，除了增加能量损耗外，冲洗效率也会有所下降，叶片表面容易结垢、堵塞，最终也会造成整个系统停运。叶片间距的选取要根据系统烟气特征如流速、SO2含量、带水负荷粉尘浓度、吸收利用率、叶片结构等因素综合考虑。叶片间距一般设计为22～75mm之间。目前我厂二、三期烟气脱硫系统中除雾器叶片间距在25～40mm之间。

3.3.3 除雾器的级数

除雾器的设计要求以提高除雾效率降低压力损失为宗旨。级数的多少直接影响除雾效率，级数越多，除雾器的除雾效率会增大，但是压力损失也会随之增大。因此，片面地追求除雾效率而增加级数，而忽视了气流阻力损失的增加，结果就会大大增加能量的损耗。我厂二、三期烟气脱硫系统中均采用两级除雾系统。

3.3.4 除雾器的冲洗水压

除雾器水压一般根据冲洗喷嘴的特征与除雾器之间的距离等因素确定（喷嘴与除雾器之间的距离一般为650～900mm），冲洗水压低时，冲洗效果差；冲洗水压高则易造成烟气二次带水，同时降低叶片使用寿命。一般情况下，一级除雾器采用两层冲洗：烟气的正面一层（除雾器对烟气的第一临界面）向上冲洗，水压为2.5～105pa以内；除雾器的背面一层向下冲洗，水压为1.5～105pa以内。二级除雾器采用一层向上冲洗，水压同一级相同。反面不冲洗，以免造成二次携带。具体的数值需根据工作情况而定。

3.3.5 除雾器的冲洗水量

选择除雾器冲洗水量除了要满足除雾器自身的要求外，还需要考虑系统水平衡的要求，有些条件下需采取大水量短时间冲洗，有时则采用小水量长时间冲洗，具体冲洗水量需由工况条件确定，一般情况下除雾器断面上瞬时冲洗水量约2～4.5m3/h。

3.3.6 冲洗覆盖率

冲洗覆盖率是指冲洗水对除雾器断面的覆盖程度。

根据除雾器不同的工况条件，冲洗覆盖率一般可以选在100%～300%之间。即喷嘴喷射扩散角面积的重叠率。总的要求是整个除雾器断面不能有死角，达到100%冲洗，防止因未冲洗到而造成堵塞，从而造成系统停运。

3.3.7 除雾器冲洗周期

除雾器冲洗周期是指每次冲洗的时间间隔。除雾器在冲洗期间会导致烟气带水量加大，所以冲洗周期不宜过短，但也不要间隔时间太长，否则容易产生结垢现象。除雾器的冲洗周期主要决定于烟气特征及吸收剂的性质，一般以不超过2小时为宜，也就是不冲洗时间为冲洗时间的3—6倍；循环单道冲洗时间在20-60秒之间（单层5通道，共三层）。具体情况要以现场工艺水流量和实际工况值来决定：在压力保证的情况下大水量时间短一些，反之时间要长一些。但总体不要超过规定的时间值，否则造成冲洗不彻底或烟气携水量过大，影响除雾效果。

4 净化除雾器的应用

在许多流体回收工业运行中，由于气体具有较高的流动速度而使夹杂的液体克服自身重力与气体混合形成了雾，使他们悬浮在气体或蒸汽中。这些夹带物必须在排放到大气之前被清除掉，以净化气体，减少或降低环境污染，保护人类的生存环境。火力发电厂中净化除雾器的作用是将水分与硫酸、硫酸盐和二氧化硫进行分离，将锅炉产生的烟气在吸收塔内负责进行处理，从而减少二氧化硫在烟气中的含量，使排出的烟气大大降低了对周围环境的污染。火力发电厂中净化除雾器的应用减少了酸性物质对烟道等锅炉尾部设备的腐蚀与损坏，同时也起到了重要的保护作用，增加了设备的使用寿命，降低了成本。

在许多工业领域，安装净化除雾器是解决气体夹带物的有效方案，净化除雾器被广泛应用于各个行业，本文只探讨了在电力行业脱硫系统中的应用。

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