湿法脱硫烟气带水形成机理及防治措施*

罗丹丹　杨红　高志远　曾真

（武汉工程大学机电工程学院)



湿法脱硫烟气带水形成机理及防治措施*

罗丹丹**杨红高志远曾真

（武汉工程大学机电工程学院)

对烟气带水的形成机理和影响因素进行了系统分析，提出了强化除雾效果、提高净烟气温度、优化烟囱设计、优化系统运行等主要的防治措施。

湿法脱硫烟气带水除雾器换热器烟囱防治措施

大型燃煤电厂脱硫系统中普遍采用石灰石-石膏湿法脱硫技术[1]。但实际运行过程中，烟气换热器 （GGH）常会发生严重腐蚀以及换热元件发生堵塞等问题，严重影响了湿法烟气脱硫系统（WFGD）的稳定性和经济性，因此后期设计的WFGD系统均采用 “湿烟囱”排放[2-3]。

脱硫塔顶部设置有除雾器，用于湿法脱硫后除去烟气中携带的液滴。但是除雾效果往往不理想，净烟气中仍然携带有粒径微小的液滴，且净烟气处于饱和状态，在排出过程中碰到烟囱壁面后部分饱和蒸汽就会冷凝形成液滴。这种情况使得净烟气排出后不能充分扩散到大气中，烟气中携带的石膏浆液在烟囱附近聚集，导致烟囱附近经常出现下降小液滴的现象，被称为 “石膏雨”。这种石膏雨会严重腐蚀沉降区域的设备、设施和建筑物，影响周边居民的生活。因此，本文通过对烟气带水现象形成的主要因素进行分析，提出了有效的防治措施。

1　烟气带水分析

石灰石－石膏烟气脱硫过程中，石灰石浆液经喷淋雾化后与烟气接触，进行脱硫反应。反应过后，这部分雾化水汽随处理过的烟气排入大气，因而净化后的烟气中含湿量高，且有一定程度的带水。虽然湿法脱硫系统通常在脱硫塔上部设置除雾器，以脱除挟带的水滴，但是由于脱水效果差，烟气中仍然带有大量水分，这就是烟气带水。烟气中的液滴与残余介质结合形成的冷凝液具有腐蚀性，会对脱硫吸收塔后的烟道造成严重的腐蚀，缩短尾部烟道、风机叶片等设备的使用寿命，影响系统的稳定性和安全性。同时净烟气夹带的细小的液滴，会导致烟囱附近出现白烟和烟囱雨现象，带来污染问题。因此必须对烟气带水问题作深入的研究，找出解决烟气带水问题行之有效的方法。

2　烟气带水现象形成的原因

烟气带水现象形成的因素很多，主要有净烟气温度、除雾效率、烟囱结构和环境气象条件等。

2.1净烟气温度

进入吸收塔前，烟气温度为100～130℃。取消了烟气换热器以后，烟囱排烟温度比较低，所以经过湿法烟气脱硫后，吸收塔出口的净烟气温度一般为45～55℃。烟气在通过烟囱的过程中,烟温不断下降。当湿烟气温度降到饱和温度以下时,烟气中的饱和态水遇到冷壁面而冷凝，并与石膏浆液迅速凝结形成雨滴。当雨滴所受重力大于烟气浮力时，便往下沉降甚至降落在烟囱出口。特别是在阴霾天气或气温、气压较低时，净烟气中携带的石膏浆液液滴便沉降在烟囱附近。所以，烟气温度和所处的湿饱和状态是形成烟气带水现象的原因之一。

2.2除雾效率不高

除雾器是湿法脱硫装置中的关键设备之一，主要作用是捕集经喷嘴雾化后的浆液液滴，减少烟气带水，降低经洗涤净化后的烟气所夹带的液滴量。除雾器的除雾效果优劣对烟气中夹带的水量有密切的关系。特别是在吸收塔内烟气流场不均、烟气流速过快时，以及在除雾器效率降低时，除雾器无法有效地除去烟气中携带的液滴，并造成已捕集雾滴的二次夹带，净烟气中留存的石膏浆液或液滴会更多。湿法脱硫系统在运行过程中，虽然除雾器可除去大部分液滴，但还是有小部分液滴随烟气排出[4]。由于除雾器不能完全除去浆液液滴，这就导致净烟气中必然含有一定量的浆液液滴。净烟气中的这些石膏浆液和液态水是形成烟气带水的根本原因。

2.3烟囱结构不合理

烟囱结构不合理也是造成烟气带水的原因之一。取消烟气换热器装置后，烟气中就会携带大量冷凝水。在烟气流经烟囱的过程中，烟囱内壁上会产生凝结水，部分凝结水被烟气带出排入大气，即形成烟气带水现象。烟囱设计不合理造成烟气带水，主要体现在下述几方面。

（1）烟囱的形状。对于锥形烟囱，由于重力的作用，凝结水在向下流的过程中会脱离烟囱内壁，混入烟气中排入大气，这就容易形成烟气带水现象。而对于等直径直筒形烟囱，凝结水在沿烟囱内壁向下流动的过程中，被烟气带出的凝结水较少。

（2）烟囱内壁的平整度。对于粗糙的烟囱内壁，烟气凝结水容易飞溅，从而与上升烟气混合被带出烟囱。对于较光滑的烟囱内壁，烟气凝结水会向下顺利流出。

（3）烟囱出口直径。烟囱出口直径的大小影响烟气流速。烟气流速大于18 m/s时可分散很厚的凝雾。凝雾被打散后，大量液滴被夹带入烟气流，造成烟气带水。因此，控制烟囱出口烟气流速在18 m/s以下，可大大减少烟气对液滴的携带量[5]。2.4环境气象条件

环境气象条件主要指环境温度、相对湿度和大气压力，这是形成烟气带水现象的外部原因。

（1）环境温度。在脱硫后烟气从烟囱排出时，如果环境温度与烟气温度相差较大，烟气不能及时扩散，饱和态水遇冷就会变成过饱和状态，最终与烟气中其他成分一起凝结而沉降，形成烟气带水。

（2）相对湿度。环境相对湿度的大小反映了环境空气的饱和程度。相对湿度越大，空气越接近饱和状态。因此相对湿度越大的地区，越易形成烟气带水现象。

（3）大气压力。环境大气压力越低，烟气越不容易扩散，越易形成烟气带水现象。

3　烟气带水的防治措施

3.1强化除雾器效果

烟气中的水分主要是从除雾器中逃逸的雾滴组成的，因此除雾器效果不佳对于烟气带水现象的形成有很大的作用。可以通过以下几个方面强化除雾效果。（1）选用适宜的除雾器。屋脊式除雾器设计流速为3.8～7.0 m/s，平板式除雾器设计流速为3.5～4.5 m/s，因此，可以选用对烟气流速适应范围更大的屋脊式除雾器。对于屋脊式除雾器，由于增大了流通面积，使得烟气流速相应减小，即烟气通过屋脊式除雾器内叶片法线的流速小于塔内水平截面的平均流速，这样烟气带水也相应减少了。因此吸收塔宜选用能有效减少烟气带水的屋脊式除雾器。 （2）设置烟道导流板，使烟气均匀进入除雾器，减少入口烟气扰动，使进入除雾器前的烟气流场均匀分布。（3）控制除雾器烟气流速。当烟气流速控制在3.5 m/s以下时，可以有效减少携带浆液。烟气进入除雾器后，当烟气流速处于临界范围时，除雾器对液滴的去除效率随烟气流速的增大而提高；当烟气流速超过临界流速后，除雾器效率迅速下降；当烟气流速大于8 m/s时，会产生严重的液滴二次携带，造成除雾效率下降[2]。

3.2优化烟囱设计

如果在排出烟囱之前能够有效地收集烟气中的液滴，就可减少烟气的带水量。烟气中所含的水滴包括两部分，一部分主要来源于烟气夹带的液滴，直径通常在100～1000 μm；另一部分是饱和烟气沿着烟囱上升时由于压力下降、绝热膨胀使烟气冷凝形成的水滴，直径约为1 μm[6]。因此要合理地设计烟囱结构，解决出口烟气带水问题。在烟囱结构方面，烟囱内筒出口处设置变径，烟囱内筒设置为“直筒型+出口收缩段型”，有利于烟气扩散，减少烟流下洗。在烟囱内可设置合理的液体收集装置，以减少烟气二次夹卷携带的液滴。烟囱的内筒形线及内衬表面应尽可能地平滑，应控制烟囱内烟气流速低于酸液液膜撕裂的临界流速，有效收集烟气夹带的液滴，防止烟囱内壁上的液体被二次携带。优化烟囱结构设计，可以有效地减少烟气带水现象。

3.3提高净烟气温度

湿法脱硫后的烟气温度一般只有45～60℃，达到了湿饱和状态。在烟气排放过程中，随着温度的降低,烟气中的水蒸气将凝结成雾。利用各种烟气加热设备将烟气加热到70～80℃，可避免水蒸气的凝结，减少烟囱周围的烟气带水现象。目前已有的烟气加热技术有下述几种：直接燃烧再热法；利用冷却塔循环水余热再加热；用高温燃烧气与低温烟气混合；用换热器再加热等方法。经过研究对比分析，认为比较可行的方法是用锅炉二次风直接加热净烟气。该方法具有投资、运行和维护费用较低,以及经济性好、运行稳定等优点。利用热二次风加热脱硫净烟气的系统如图1所示。

热空气来自300℃左右的锅炉热二次风。达到需要的排烟温度以后，从空气预热器后抽取部分热二次风，直接注入脱硫系统出口烟道，热二次风与净烟气汇合，使净烟气中水蒸气温度高于露点温度，减少烟道烟气冷凝问题。鉴于文丘里管 “加速降压”的原理，烟风混合段采用文丘里型烟道，以顺流混合方式将热二次风从文丘里管道的喉部注入烟道，从而保证了热二次风与净烟气迅速混合均匀，短时间内达到最佳的混合传热效果。

图1　热二次风加热脱硫净烟气系统

3.4优化系统运行

液气比是指单位时间内吸收塔浆液循环量与吸收塔进口烟气量的体积比,足够的液气比是保证脱硫效率的前提,但液气比偏高会使烟气带水量增多。吸收塔的液气比一般控制在13～18 L/m3为宜。因此在满足脱硫效率的前提下，液气比越小越好。对于烟气流速，当机组带大负荷时，适当减少风量，控制炉膛负压和提升风机压力，降低烟气流量与流速，控制烟囱出口烟气流速低于18 m/s，可有效抑制烟气对液滴的携带量。正常工况下，pH值应控制在5.6～5.8范围内。在操作过程中不宜以提高pH值来提高脱硫效率。

4　结语

湿法脱硫后烟气带水会造成 “石膏雨”现象，对环境造成危害，应引起足够重视。影响烟气带水的因素是多方面的，包括湿法脱硫后的净烟气温度，除雾器的除雾效果，烟囱结构形式，以及环境气象条件等。本文针对烟气带水的形成原因，提出了强化除雾效果、优化烟囱设计、加热烟气和优化系统运行等解决烟气带水问题的措施。

[1]姜正雄，魏宇.燃煤电厂石灰石-石膏湿法烟气脱硫技术概述 [J].装备机械，2012（2）：60-64.

[2]李春雨.火电厂湿法烟气脱硫中 “石膏雨”问题分析[J].能源工程，2012（1）：43-47.

[3]李晓金，甄志．取消GGH后湿法烟气脱硫系统设计方案 ［J］.中国电力，2010，43(11):56-59．

[4]翁卫国，张军，李存杰.湿法脱硫系统“石膏雨”问题的成因及解决对策[J].化工进展，2015，34（1）：239-244.

[5]王颖聪．湿法脱硫烟气石膏雨成因分析及处理方案综述 ［J］．华北电力技术，2012(10):68-75．

[6]陈凌云.烟气脱硫系统中石膏雨的综合治理方法 ［J］．中国新技术新产品，2012(15):198.

Mechanism Analysis and Prevention Measures of Flue Gas with Water from Wet Desulfurization

Luo DandanYang HongGao ZhiyuanZeng Zhen

The formation mechanism and influence factors of the flue gas with water are analyzed and the prevent measures are proposed such as the reinforcement of the demisting,increase of the temperature of the clean flue gas,optimization of the design of the chimney,optimization of the running system and etc.

Wet desulfurization；Flue gas with water；Demister；Heat exchanger；Chimney；Prevention measures

TQ 051.8DOI：10.16759/j.cnki.issn.1007-7251.2016.06.007

2015-11-16）

*资助项目：武汉工程大学科学研究基金项目14105061。

**罗丹丹，女，1989年生，硕士。武汉市，430074。