烟气降温耦合增湿团聚的电除尘提效技术初探

王志华，刘含笑，沈志昂，方小伟，郭 滢，何德源

(1：天津大港发电厂，天津 300270；2：浙江菲达环保科技股份有限公司， 浙江 诸暨 311800)

资源与环境

烟气降温耦合增湿团聚的电除尘提效技术初探

王志华1，刘含笑2，沈志昂2，方小伟2，郭 滢2，何德源2

(1：天津大港发电厂，天津 300270；2：浙江菲达环保科技股份有限公司， 浙江 诸暨 311800)

分析了烟气降温提效技术和颗粒增湿团聚技术，并从降温和颗粒团聚两个方面探讨了两项技术的耦合作用机制，可为耦合技术及工程应用提供借鉴。

燃煤电厂；低低温电除尘器；颗粒增湿团聚；脱硫废水

近几年来，燃煤电厂烟气超低排放呼声愈演愈烈。江苏、浙江、山西等地方政府纷纷出台燃煤电厂超低排放要求，在国家层面，陆续出台《煤电节能减排升级与改造行动计划(2014年～2020年)》、《全面实施燃煤电厂超低排放和节能改造工作方案》，要求全国范围实施超低排放。

随着燃煤电厂大气污染物排放要求的进一步加严，燃煤电厂烟气颗粒物脱除技术也取得可可喜的进展。以低低温电除尘技术为核心的烟气协同控制技术路线，可较经济高效的实现燃煤电厂的烟气超低排放，如日本Hitachinaka电厂1000MW机组采用低低温电除尘技术。该技术路线也已成为我国燃煤电厂实现超低排放的主流技术路线之一，如首次在嘉华电厂1000MW机组采用低低温电除尘技术，长兴电厂首次仅采用低低温电除尘技术而不是湿式电除尘技术实现超低排放；通过采用电凝并、化学凝并等技术促进细颗粒物长大，有效减少细颗粒逃逸。如澳大利亚Vales Point 电厂660MW机组采用电凝并技术。

值得注意的是，在实际工程运行中，许多电厂虽然采用低低温电除尘技术，但并不敢长期在酸露点温度以下运行；电凝并技术虽然可以有效减排细颗粒物，但该装置需要安装在电除尘器进口烟道直管段，与低低温电除尘技术所需的烟气冷却器布置位置有冲突。因此，该两项技术往往难于兼顾。

1 降温提效技术

低低温电除尘技术可大幅提高除尘效率、去除烟气中大部分SO3、提高湿法脱硫的协同除尘效率，且节能效果显著，与其他除尘技术相比具有更优越的经济性。典型的以低低温电除尘技术为核心的烟气协同治理典型技术路线如图1所示。在不设湿式电除尘器的情况下可实现烟气超低排放。

图1 以低低温电除尘技术为核心的烟气协同治理技术路线图

注：当不设置烟气再热器(FGR)时，烟气冷却器(WHR)处的换热量按上图①所示回收至汽机回热系统；当设置烟气再热器(FGR)时，烟气冷却器(WHR)处的换热量按上图②所示至烟气再热器(FGR)。

与常规的电除尘技术相比，低低温电除尘器的除尘效率之所以能得以大幅提升，主要原因归结如下：

1)飞灰工况比电阻大幅下降。烟气温度降到酸露点温度以下，烟气中气态SO3冷凝成硫酸雾，并粘附在飞灰粉尘的表面，粉尘得以改性，可大幅度降飞灰工况比电阻。而且环境温度降低，飞灰比电阻本身也是会下降的。

2)电场击穿电压上升。根据经验公式，一般来说，烟温度每降低10℃，电场的击穿电压将会上升约3%。而在实际工程应用中，由于低低温可有效地避免反电晕现象，电场的击穿电压会有更大程度的提升。

3)电除尘器入口烟气量降低。根据PV=nRT，烟气温度降低，烟气体积减小，烟气量将下降，电除尘器比集尘面积提高，有效增加了颗粒物在电场内的停留时间。

4)颗粒团聚引起平均粒径增大。烟气温度降至酸露点以下后，使烟气中的大部分气态SO3冷凝成硫酸雾，并粘附在粉尘表面，促进了细颗粒团聚长大，平均粒径增大，细颗粒数量减少，有利于提高电除尘器的除尘效率。

2 烟气增湿团聚技术

根据工作原理不同，颗粒团聚技术有电团聚、湍流团聚、声波团聚、磁团聚、化学团聚、增湿团聚、相变团聚等，其中，与低低温电除尘技术密切相关的是增湿团聚，因烟气温度低于酸露点，致使气态SO3冷凝成硫酸雾，鉴于硫酸极强的吸水性，硫酸雾吸附到飞灰颗粒表面后增加颗粒的吸湿性，可继续吸收烟气中水分，以至于飞灰颗粒表面会逐渐形成一层液膜，增加颗粒表面粘附力，从而促使小颗粒间凝并成团或粘附在大颗粒上，如图2所示。

图2 低低温工况下SO3促进颗粒团聚过程

在硫酸烟气调质研究方面，调质剂首先被吸附在飞灰表面的毛细孔内，从而扩散到整个飞灰颗粒表面，形成一层液膜，从而改变飞灰黏附性，促进颗粒有效团聚；在粉尘的吸湿性研究方面，SO3强氧化剂，且活性大，具有极强的吸水性，有研究表明，往烟气中喷入SO3，可使烟气中飞灰颗粒物吸收的水分提高7～8倍；在低低温状态下，颗粒的团聚与颗粒的润湿特性关系密切，润湿可使得飞灰颗粒表面的气体膜被液体膜所取代，干燥固体表面的化学性质发生改变，相关研究表明，全疏水性、半疏水性和亲水性颗粒的团聚效果截然不同，颗粒的团聚生长随润湿角的减小而变得明显。

3 烟气降温与增湿调控的耦合机制探讨

3.1 在降温过程中的耦合作用

烟气增湿可通过向烟气中喷水来实现，其中，所喷水雾可来自脱硫废水，以节省电厂用水，并有望实现脱硫废水零排放。向烟气中喷水在增加烟气湿度的同时可有效降低烟气温度，为进一步探讨喷水量与烟气降温的关系，假设烟气量为3600000m3/h，经烟气冷却器后烟气温度降至90℃，所喷入的脱硫废水温度为20℃，喷水量按10t/h计，采用商业软件Aspen进行计算，最终烟气温度被降至82.6℃，如图3所示。

图3 烟气喷水降温计算结果

值得注意的是，鉴于当前超低排放对SCR脱硝效率的要求，往往喷氨量过剩，氨逃逸较为严重，当烟气冷却器内烟气温度降至酸露点以下时，硫酸雾极易与氨气反应生成硫酸氢铵，堵塞换热管束。为解决该问题，可考虑采用烟气冷却器降低至100℃左右，剩余的降温空间采用后续喷水降温的方式来实现，如图4所示。

图4 烟气降温耦合机制示意图

3.2 在颗粒团聚方面的耦合作用

促进颗粒间互相吸引的力主要有范德华力、液桥力，当颗粒团聚后范德华力和液桥力仍然存在。浙江大学基于国家863课题"燃煤电站PM2.5捕集增效与优化技术与装备研制"(2013AA065002)，开展烟气喷水颗粒增湿团聚的实验研究，研究表明，液滴润湿颗粒后增加液桥力作用，促进颗粒间的电凝聚，0.1μm以下颗粒随雾滴浓度的增加而减少。当雾滴量的增加，颗粒间产生液桥力，提高颗粒间粘附力，从而使颗粒更容易凝聚，不易分散。根据颗粒团聚过程中的受力分析和电镜分析，推测水滴在颗粒表面形成液膜，可以捕集细颗粒物，液桥力促进颗粒物团聚，最终形成较为稳定的粗-细颗粒物团聚体。

低低温条件下的颗粒团聚如“2 烟气增湿团聚技术”所述，通过烟气降温和烟气喷雾增湿的耦合作用，可有效改善粉尘性质，促进细颗粒团聚，提高电除尘器的除尘效率。

4 结语

低低温电除尘技术与喷雾增湿技术耦合使用，可有效发挥烟气降温提效和增湿团聚提效的双重作用，值得工程推广应用，但值得注意的是，喷雾增湿装置的喷嘴布置在高浓度烟尘环境中，需优选耐磨、防堵塞的喷嘴技术，且电除尘器后续部件的防腐特性应重新评估。另外，当采用脱硫废水作为喷淋用水时，应考虑污染物转移的问题。

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ThePreliminaryStudyofFlueGasCoolingCouplingHumidifyingCoagulationTechnology

WangZhihua1,LiuHanxiao2,ShenZhiang2,FangXiaowei2,GuoYing2,HeDeyuan2

(1.Tianjin Dagang Power Plant ,Tianjin 300270,China;2.Zhejiang Feida Environmental Science & Technology Co., Ltd.,Zhuji 311800,China)

The flue gas cooling and PM humidification coagulation technology was analysied in this paper, and the coupling mechanism of action of two technologies discussed from two aspects of cooling and particle coagulation , which can provide reference for the coupling technology and engineering application.

coal-fired power plant; LL-ESP; PM humidifying coagulation；the desulfurization wastewater

2017-05-07

X701

A

1008-021X(2017)18-0187-03

(本文文献格式王志华，刘含笑，沈志昂,等.烟气降温耦合增湿团聚的电除尘提效技术初探[J].山东化工，2017，46(18)：187-189.)