一种火电厂烟气多级水冷除尘装置设计研究

陈明付

福建电力职业技术学院 福建泉州 362000

燃煤火电厂在工作时会产生许多烟气，烟气中含有粉尘颗粒物、二氧化硫、氮氧化物、汞及其化合物，如果不对其进行处理且达到排放标准而直接排向大气，会影响人民的生产生活、身体健康和农作物的生长等，所以我们应积极响应党中央关于“建设环境友好型社会”的号召[1]。根据中华人民共和国国家标准，自2012年1月1日起实施的火力发电厂燃煤锅炉大气污染排放浓度限制（单位mg/m3）为烟尘≤30，二氧化硫≤100，氮氧化物（以NO2计）≤100，汞及其化合物≤0.03（注：不同地区、不同炉型、新建与现有锅炉，限制有差别）。2015年12月11日，“环境保护部、国家发展和改革委员会、国家能源局”三部委联合发布了更为严格的超低排放标准，即到2020年，全国所有具备改造条件的燃煤电厂力争达到（在基准氧含量6%条件下）烟尘、二氧化硫、氮氧化物排放浓度应小于10、35、50mg/m3）。可见，国家对环境治理日益重视，对燃煤电厂污染物排放日益严格。

1 设计研究的背景

火电厂的除尘设备，按除尘机理与功能的不同，分为重力与惯性式的、旋风式的、湿式的、过滤式的、袋式的、静电式的等，由于单一除尘装置效率低，不能满足环保的要求，必须采用串联组合式除尘装置[2]。

而对大型燃煤电厂烟气除尘技术主要包括静电除尘技术布袋除尘技术等，各种技术各有特点。如静电除尘效率非常高，节省了电能消耗，具有处理范围广、高效低阻力等优点，但除尘效果会受到颗粒粉尘和极板面积、烟气性质，粉尘特性，运行方式等因素影响，导致除尘效率降低；布袋除尘效率几乎可以达到100%，但运行中会受到烟尘温度和酸露点等影响，于是考虑采用综合的电袋除尘技术，优化组合，除尘效率在99.9以上，能够长期稳定运行[3]。

所以，为了提高燃煤电厂烟气除尘效率，对于水冷除尘，若采用单级水冷除尘净化效果大多不佳，因此也需要采用综合的除尘技术，为此研究设计一种火电厂烟气多级水冷除尘排放装置。

2 烟气多级水冷除尘净化装置构成

火电厂烟气多级水冷除尘排放装置，其构造如图1、2、3所示。1-箱体；2-风机；3-输送管；4-单向阀；5-隔板；6-通槽，7-网板；8-插槽；9-插板；10-喷水板；11-水泵；12-进气管；13-出气管；14-收容槽；15-铭牌；16-控制面板；17-接线盒；18-密封门；19-支腿；20-防滑垫；

图1 结构示意图

如图中，箱体1的左侧固定连接有风机2，风机2的底部连通有输送管3，输送管3的底部与箱体1左侧的底部连通，输送管3的表面套设有单向阀4，箱体1的内壁固定连接有隔板5，隔板5顶部的右侧开设有通槽6，箱体1的内腔设置有网板7，网板7的两侧均开设有插槽8，插槽8的内腔设置有插板9，插板9的表面与箱体1的内壁固定连接，箱体1内腔的顶部固定连接有喷水板10，箱体1顶部的左侧固定连接有水泵11，水泵11的右侧与喷水板10的顶部连通，风机2的顶部连通有进气管12，箱体1右侧的顶部连通有出气管13，箱体1正面顶部的左侧开设有收容槽14，收容槽14的内壁固定连接有铭牌15，箱体1正面顶部的右侧固定连接有控制面板16，箱体1底部的左侧固定连接有接线盒17，箱体1的正面通过铰链活动连接有密封门18，箱体1底部的两侧均固定连接有支腿19，支腿19的底部固定连接有防滑垫20。

该装置中，设置了进气管12，用于对含尘烟气进行输送。设置了出气管13，用于对净化后的烟气进行输送。设置了收容槽14，用于对铭牌15进行固定。设置了铭牌15，用于标注该装置的规格信息。设置了控制面板16，用于输入控制信号和显示工作信息。设置了接线盒17，用于连接和输送电能。设置了密封门18，用于对网板7进行清理。设置了支腿19和防滑垫20，用于对该装置进行支撑。

3 烟气水冷除尘多级净化装置工作原理

图2 结构主视图

图3 图1中A的局部结构放大示意图

使用时，通过风机2将含尘的烟气，输送至输送管3，通过输送管3将其输送至箱体1，通过箱体1内部的水体中，由于水是较好的一种溶剂，大部分烟气中的粉尘都能够溶解或者被吸附，这样就对烟气进行了一级净化（同时水体还能够吸收热量降低烟尘的温度，这对需要降低烟气温度的情况是有利的）。之后烟通过通槽6输送至网板7，在此，气体从下往上流动过程中，在重力作用下部分粉尘有效沉降下来。气体继续上升，通过网板7对其体进行再次净化，最后通过水泵11将水体输送至喷水板10，通过喷水板10将水喷出成细小颗粒的水雾，此水雾既对烟气中还含有少量的粉尘的加湿，又可以使水雾与粉尘粘结在一起形成直径较大的颗粒滴落下去，最后洁净的烟气通过出气管13排出。

为提高除尘效果，①可在单向阀4后加装一个旋流片，让烟气通过输送管3时旋转流动，进行初步离心和惯性除尘；②把输送管3做成U型管状（管并在底部设置一个排除粉尘的通道，以便及时将沉降的粉尘排除出去，当气体流经U型管时，左边的烟气是从上往下流动，而右边的烟气是从下往上流动，这样就利用了重力和惯性力的作用再次除去烟气中的粉尘；③若箱体横截面面积足够大，则烟气从通槽6输送至网板7，及网板7到出气管13的过程中，则烟气上升过程中沉降出来的粉尘数量更多，除尘效果更好；④为节省水量，电厂输煤系统超微抑尘技术可供借鉴，该技术为近年来新兴的一种抑尘技术，可应用于从网板7至出气管进行再次净化上，其原理为通过压缩机将压缩空气与水混合压缩，输出的干雾颗粒度极小，为亚微米级，压缩空气形成的气幕，可以有效地将含尘气体与洁净气体隔绝，同时数以百万计的雾滴形成庞大的雾阵，密度与数量均远远超过粒径相仿的粉尘群，因体积接近，干雾颗粒更容易捕捉到尘埃颗粒，从而达到降尘效果[4]。

4 火电厂烟气多级水冷除尘排放装置使用场合延伸的探讨

（1）燃煤电厂输煤系统在生产过程中也会产生粉尘，不仅影响一线员工的身体健康，也会污染周边的环境，若采用这套多级水冷除尘装置，则除尘效率大大提高。其原理为借助水雾的细小颗粒与煤或煤粉粉尘充分接触，在重力、黏结力作用下，使煤粉尘无法飞扬，沉降下来，达到降尘和抑尘的目的。

（2）钢铁冶金、矿山煤炭、石油石化、化工造纸等大型集团企业自备的小型电厂，或建材水泥等企业，如水泥生产过程中的粉尘，其主要在系统破碎、生料配料、生料磨、熟料破碎、熟料配料、水泥磨、包装等工序中产生，所以，除去和收集水泥生产过程中产生的粉尘，提高原材料的利用率，提升产品质量，是一项一举多得的优良的生产环保技术方案，此装置与原理可供借鉴。

5 结语

（1）燃煤电厂含尘烟气通过本装置的箱体、风机、输送管、单向阀、隔板、通槽、网板、插槽、插板、喷水板和水泵的配合，能够对烟气进行多级净化，实现了烟气的净化效果好的目的，减轻了烟气排向大气的环境污染，从而满足当今市场的需求，提高了火电厂烟气水冷除尘排放装置的实用性和使用性，解决了以往火电厂烟气水冷除尘排放装置净化效果不佳的问题。

（2）该水冷除尘多级净化装置的除尘效果会受许多因素的影响，如到烟气的数量、箱体2的容积、箱体下方内部水体的数量、风机2和水泵11的容量与扬尘，箱体下方内部水体对烟气进行一级净化去的粉尘的及时有效排出、网板7和喷水板10的清洁程度等，设计和使用时需统筹兼顾。