新型氟塑料凝水除尘器在火力发电厂粉尘脱除中的应用

贾明华， 蒋海涛， 李　斌， 张玉斌， 张　勇， 付玉玲， 王　罡， 褚晓亮

(烟台龙源电力技术股份有限公司， 山东烟台 264006)



新型氟塑料凝水除尘器在火力发电厂粉尘脱除中的应用

贾明华， 蒋海涛， 李斌， 张玉斌， 张勇， 付玉玲， 王罡， 褚晓亮

(烟台龙源电力技术股份有限公司， 山东烟台 264006)

探讨了蒸汽相变脱除微细颗粒物的技术路线，结合示范工程对新型氟塑料凝水除尘器在火力发电厂微细粉尘脱除领域的应用效果和应用前景进行了分析。结果表明：新型氟塑料凝水除尘器具有良好的微细粉尘脱除效率和应用前景。

微细粉尘； 氟塑料凝水除尘器； 粉尘脱除

火力发电在我国电能生产行业有着举足轻重的地位，但化石燃料燃烧后产生的烟气同时带来了严重的大气污染问题。最近我国中东部地区出现的大量雾霾天气，其主要原因就是空气中漂浮着大量的微细粉尘颗粒(PM2.5)，而火力发电厂的烟气排放就会产生大量可吸入颗粒。

目前，国内火力发电厂大部分都配备了湿法脱硫(WFGD)系统，经WFGD系统后的烟气中PM10颗粒物大大减少，但PM2.5微细颗粒物的脱除却很有限，而且还增加了石膏颗粒和石灰石颗粒[1]。WFGD 系统可脱除烟气中的部分颗粒物，但难以有效脱除微细颗粒物。因此，研究微细粉尘颗粒物的脱除对环境保护具有重要的意义。

笔者通过对新型氟塑料凝水除尘器在火力发电厂粉尘脱除中应用进行了论述，为火力发电厂微细粉尘脱除的技术进步提供有益的参考。

1　新型氟塑料管凝水除尘技术

目前微细粉尘脱除的主要途径是在除尘器或洗涤器前设置预处理设施，使其通过物理或化学作用长大成较大颗粒后再安装常规除尘装置加以脱除，其中应用蒸汽相变原理是促使微细粉尘凝结并长大的重要措施。

2001年,Bologa等[2]设计了一套先使亚微米级微粒在饱和蒸汽中凝结长大,然后用静电除尘器脱除的工艺,对平均粒径为66 nm、质量浓度为35～55 g/m3的微粒(由木材燃烧产生)脱除效率可达90%～95%。2007年，杨林军等[1,3]依据蒸汽相变促进PM2.5凝结并长大的原理及WFGD工艺特征，对WFGD系统中应用蒸汽相变原理协同脱除PM2.5的可行性及技术方案加以分析,指出改进WFGD操作条件、促进脱硫净化湿烟气达到过饱和、添加润湿剂、采用低表面能材料作相变凝结室壁面等措施，有望协同实现脱除SO2和促进PM2.5凝结、长大并高效脱除的目的。蒸汽相变促使微粒增大的机理是:在过饱和蒸汽环境中，蒸汽以微细粉尘微粒为凝结核发生相变，使微粒粒度增大、质量增加，并同时产生扩散泳和热泳的作用，促使微粒迁移运动，相互碰撞接触，从而使微细粉尘微粒凝结并长大。

应用蒸汽相变原理促使微粒增大，首先应建立过饱和蒸汽气氛，从原理上讲，采用以下方法均可使蒸汽达到过饱和：(1)混合不同温度的两股饱和气体；(2)绝热膨胀；(3)冷却高温、高湿烟气；(4)化学反应；(5)注入蒸汽；(6)高温含湿气体与低温液体相接触；(7)低温含湿气体与高温液体相接触。上述措施中,(1)、(4)、(7)方案实际应用价值不大，绝热膨胀措施不适于废气量较大的排放源。应针对微细粉尘颗粒物排放源具体特性，采用(3)、(6)措施实现相变凝结所需的过饱和气氛[3]。

新型氟塑料管凝水除尘技术的核心设备是新型氟塑料凝水除尘器，该凝水除尘器集蒸汽相变发生器和除尘器功能于一体。其结构形式为薄壁小管径结构的氟塑料管式烟气换热器，柔性的氟塑料换热管束为竖直方向布置，烟气在管外水平方向流动，冷却水在管内竖直方向流动。该技术是利用氟塑料管形式的烟气换热器冷却WFGD出口的近饱和湿烟气，使得烟气中的水蒸气发生相变、以微细粉尘颗粒物为凝结核长大，长大后的颗粒物在惯性作用下碰撞多排的错列排布的氟塑料管壁面并沿壁面被收集。除尘器配备有专门的冲洗系统，定期的冲洗保证粉尘的收集和排放。

该技术相对于其他蒸汽相变长大聚合技术，具有如下优势：

(1)氟塑料换热器的表面性能优越。氟塑料表面具有最小的表面黏力和黏合能，最大的对水浸润接触角。较低的表面能有利于烟气中水蒸气的凝结相变，有利于微细粉尘颗粒的长大、被收集。另外，液固表面自由能差大，接触角滞后小，氟塑料材质还可实现蒸汽的滴状冷凝，有利于冷凝传热[4-5]。

(2)能耗低。对于有供暖需求或者凝结水温度较低的电厂，采用该技术脱除微细粉尘颗粒的同时能够适当利用冷却水的热量，相当于烟气热量的深度回收利用。

(3)新型氟塑料管凝水除尘技术冷凝的烟气中的水分可循环应用于脱硫塔中，相当于煤和脱硫塔喷水中的水分的回收利用。经计算，对于300 MW机组，脱硫塔出口饱和烟气温度降低1 K，烟气中的冷凝水量为5～6 t/h。

(4)系统简单，新型氟塑料凝水除尘器即作为烟气冷却器，也作为阻挡收尘器，无需再增设常规除尘器。

笔者2013年参与的某电厂新型氟塑料管凝水除尘技术试验，新型氟塑料凝水除尘器冷却脱硫塔出口饱和烟气，烟温降低1～3.3 K，脱硫塔出口粉尘质量浓度平均值为23 mg/m3，凝水除尘器后平均质量浓度为11 mg/m3，除尘效率高于50%。

该技术系统设置见图1，高效氟塑料管换热器设备见图2。

图1　新型氟塑料凝水除尘器系统设置图

图2　新型氟塑料凝水除尘器设备

在某330 MW发电机组的新型氟塑料管凝水除尘技术的示范工程中，脱硫塔后新型氟塑料凝水除尘器的入口烟气温度为48.7 ℃，出口烟气温度为47.2 ℃，烟气温度下降1.5 K。新型氟塑料凝水除尘器入口折算固体颗粒物质量浓度均值为14.4 mg/m3(标态、干基、φ(O2)=6%)，出口折算固体颗粒物浓度均值为8.9 mg/m3(标态、干基、φ(O2)=6%)，除尘效率为38.2%。

可以预见，通过调整运行参数、提高燃煤烟气的过饱和度、增加新型氟塑料凝水除尘器管排数等措施，可有效提高新型氟塑料凝水除尘器的除尘效率[6]。

2　应用前景

新型氟塑料管凝水除尘技术应用的关键是稳定的冷却水的获得。因国内电厂普遍装设WFGD系统，脱硫塔出口近饱和湿烟气温度为50 ℃，根据传热学基本原理，冷却水的水温应低于50 ℃，且越低越好。

新型氟塑料管凝水除尘技术的应用领域：

(1) 对于某些位于工业园区的燃煤电厂，对外供汽且工质不回收，补水量较大，补水温度较低。采用化学补水作为新型氟塑料凝水除尘器的冷却水，系统简单，造价较低；同时节省了化学补水的加热蒸汽量，具有一定的节能效益。

(2) 对于水冷机组，凝结水温一般为20～40 ℃，可利用凝结水作为新型氟塑料凝水除尘器的冷却水源，回收烟气热量，排挤汽轮机抽汽，实现节能和减排的综合社会效益。

(3) 对于供暖机组，通过与热泵技术结合，采暖抽汽驱动热泵制取相对低温的冷却水回收脱硫塔出口烟气的热量，回收的热量进入热网回水中，同时实现降低微细粉尘排放和扩大供暖能力(见图3)。

图3　新型氟塑料凝水除尘器+热泵机组工艺流程

经计算，对某典型热电厂220 t/h锅炉烟气降污余热深度回收工程，工程采用“新型氟塑料凝水除尘器+热泵机组”技术，饱和湿烟气经过装置后的烟尘质量浓度≤10 mg/m3(φ(O2)=6%)，余热回收≥6 MW，具有显著的社会效益和经济效益。这项技术对于城市中的小供暖机组，尤其具有吸引力。

3　结语

(1) 新型氟塑料管凝水除尘技术可有效脱除燃煤烟气中的微细颗粒物，具有系统简单、节能、节水的技术优势。该技术粉尘脱除效率可达50%以上，具有良好的应用前景。

(2) 由于时间及现场条件的限制，本文尚未对影响新型氟塑料管凝水除尘技术粉尘脱除效率的诸多因素进行定量分析，如烟气的过饱和度、新型氟塑料凝水除尘器管排数、入口烟气粉尘含量、粉尘粒径等，在后续的工作中将继续深入研究。

[1] 杨林军,张霞,孙露娟,等. 湿法脱硫中应用蒸汽相变原理协同脱除PM2.5的技术分析[J]. 现代化工,2007,27(11):23-26,28.

[2] BOLOGA A, PAUR H R, WASCHER T. Electrostatic charging of aerosol as a mechanism of gas cleaning from submicron particles[J]. Filtration & Separation, 2001(12):26-30.

[3] 杨林军,颜金培,沈湘林. 蒸汽相变促进燃烧源PM2.5凝并长大的研究现状及展望[J]. 现代化工,2005,25(11):22-24,26.

[4] 马学虎,刘延来,陈嘉宾,等. 聚四氟乙烯薄膜表面滴状冷凝传热实验研究[J]. 化学工程,2003,31(3):27-30.

[5] 杨世铭,陶文铨. 传热学[M]. 北京:高等教育出版社,1982.

[6] 张霞,杨林军,孙露娟,等. 应用蒸汽相变机理脱除燃烧源PM2.5试验研究[J]. 东南大学学报(自然科学版),2008,38(1):81-85.

Application of New Fluorine Plastic Condensate Filter in Dust Removal of Coal-fired Power Plants

Jia Minghua, Jiang Haitao, Li Bin, Zhang Yubin, Zhang Yong,Fu Yuling, Wang Gang, Chu Xiaoliang

(Yantai Longyuan Power Technology Co., Ltd., Yantai 264006, Shandong Province, China)

The technical route of fine dust removal via vapor phase change was discussed, while the application effects and prospects of new fluorine plastic condensate filter in fine dust removal of thermal power plants were analyzed based on demonstration projects. Results show that the new fluorine plastic condensate filter has high efficiency and good application prospects in removal of fine dust.

fine dust; fluorine plastic condensate filter; dust removal

2015-11-26

贾明华(1987—)，男，工程师，从事火力发电厂燃煤烟气节能减排工作。

E-mail: jiaminghua1987@163.com

TK223.27

A

1671-086X(2016)04-0257-03