超洁净排放技术简介2016

超洁净排放技术简介
随着经济的发展和地区环境容量的限制.国家对提高了燃煤机组火电机组排放标准.即排放废气中粉尘、SO2和NO X分别小于5mg/Nm3、35mg/Nm3、50mg/Nm3。

以较少污染物的排放.改善当地环境。

针对我国燃煤电厂超低排放需求.我公司研发自己的超低排放技术路线及产品.用低成本和简洁可靠的技术使SO2及粉尘的排放达到超低要求。

下面就我们的超低排放技术的两种技术进行简要介绍。

一、SO2超低排放技术：加装双气旋气液耦合脱硫增效装置
1、常规湿法喷淋式吸收塔在进一步提高脱硫效率时存在的几个问题：1）吸收塔内烟气偏流造成烟气短路（俗称：烟气爬壁）导致脱硫效率低。

2）浆液与烟气接触时间短、接触频率低.为提高脱硫效率得增加喷淋层。

3）喷淋层下部区域烟气温度过高.不利于浆液对二氧化硫的吸收
2、湿法喷淋式吸收塔加装双气旋气液耦合器对提高浆液吸收二氧化硫效率的理论依据：
1）浆液吸收二氧化硫过程可分三个步骤（见下图1）
（1）溶质(二氧化硫)由气相（烟气）主体扩散到气液两相界面；（2）气相（烟气）穿过液相（浆液）界面；
（3）气相（烟气）由液相（浆液）界面扩散到浆液主体。

图一
因此.如果能使气相（烟气）穿透液相（浆液）液膜.便可使吸收反应加快。

由于在液相中任一点化学反应都是平衡状态.二氧化硫一旦到达气液界面.就在界面与液体反应达到平衡.但由于反应是可逆的.界面必有平衡分压.在界面发生中和反应.使其液相（浆液）的钙离子浓度相应减少.而反应物（亚硫酸钙）浓度相应增加。

因此.二氧化硫在气液界面平衡分压必较浆液主体要高一些.这就在气液界面液膜中溶解了未被完全反应的二氧化硫.溶解的二氧化硫形成了向浆液主体扩散和继续反应的倾向。

反应速率方程可表达为取单位面积的微元液膜.其离界面深度为
x.微元液膜厚度为dx.（见图2）
从界面情况来分析.被吸收的二氧化硫到达气液界面.一部分被反应生成平衡状态.在界面上.由于活性组分钙离子浓度较低.而产物亚硫酸钙浓度较高.因此界面处二氧化硫组分必向平衡分压较低的浆液主体方向扩散.同时.界面上已经反应了的二氧化硫与浆液中的钙离子生成物亚硫酸钙态向液体主体扩散.而未反应的二氧化硫则以溶解态的二氧化硫继续向液体主体方向扩散.二氧化硫的吸收速率等于已反应了的二氧化硫组分与未反应的二氧化硫组分向液膜扩散速度之和。

2、提高双气旋气液耦合器效率的气动部件—双气旋气液耦合器
工作原理：双气旋气液耦合器基于气液掺混强制扰动的强传质机理,利用气体动力学原理.通过双气旋气液耦合器装置产生气液旋转扰流空间,气液两相充分接触.降低了气液膜传质阻力.提高传质速率和对尘的捕获效率.迅速完成传质和吸收、脱除.从而达到提高脱硫效率的目的,该技术与同类脱硫技术相比.增加了气液碰撞速度和频率.从而提高了脱硫效率和除尘效率。

加装双气旋气液耦合器前后烟气流场变化
3、双气旋气液耦合器的技术特点：
1）均气效果好.避免烟气偏流及短路
2）提高传质能力.增加气液碰撞频率.提高气液传质效率.提高脱硫效率
3）降温速度快。

高温烟气经过双气旋气液耦合器后.在双气旋气液耦合区.烟气与浆液高强度混合碰撞使烟气迅速降温.为上层喷淋层浆液吸收二氧化硫提供最佳反应温度并扩大了有效的吸收空间
4）提高烟气停留时间.该技术改变塔内烟气流动状态.使烟气呈螺旋式旋转上升.使浆液与烟气接触时间增加50%.碰撞频率提高两倍.浆液液滴液与烟气碰撞动能提高近一倍。

4、燃煤机组为实现超低排放加装双气旋气液耦合器的工程优势：1）常规空塔喷淋吸收塔为实现超低排放技改采取的技术路线（1）单塔增加喷淋层或采用单塔双循环塔.其目的就是加设喷淋层增加液气比。

增加液气比可以有效增加浆液液滴与烟气接触
时间和碰撞频率.但随之带来了两个问题：一是改造成本增加.
因为增加液气就需要增加喷淋层.增加喷淋层需要提高吸收
塔高度.增加循环泵和喷淋管及喷嘴及相关电气热控系统、土
建工程量.导致改造成本大幅度上升。

二是运行能耗增加.喷
淋层的增加将导致循环泵运行能耗上升.使厂用电率上升。

（2）双塔双循环.为降低单塔高位喷淋循环泵能耗.出现双塔双循环技术.双塔双循环可以降低循环泵能耗.但降低不了改造成本.
另外.有的脱硫场地较小.无法再在原吸收塔附近建第二循环
塔.这无形会进一步增加了改造难度和改造成本。

（3）筛板塔技术.针对吸收塔烟气偏流.出现了筛板塔技术.筛板塔技术对解决烟气偏流是非常有效的.同时筛板塔利用筛板持液层与筛孔过流烟气摩擦也有效地降低了液膜阻力.同时还形成了浆液二次雾化.提高了脱硫效率。

但筛板塔工作带宽较窄.即由于筛板开孔率是与喷淋量配合选定.其实际工况下烟气气量与喷淋量很难配合达到理论设计值.使得筛板塔在运行时阻力较大.喷淋量可调节能力较弱.使得其运行能耗较高。

2）在空塔喷淋吸收塔内加装双气旋气液耦合器优势：
（1）有效降低了改造成本和运行成本.在保证脱硫效率的前提下.加装双气旋气液耦合器可有效降低液气比.减少喷淋层加装量.可使改造投入降低.同时低运行成本。

在同等条件下.双气旋气液耦合器塔与空塔喷淋选取液气比低约30%.脱硫综合厂用电率比空塔喷淋低8%～10%。

（2）在空塔喷淋吸收塔内加装双气旋气液耦合器提高脱硫效率同时.
其除尘效率明显提高.这是因为双气旋气液耦合器可使浆液液
滴与烟气充分混合碰撞.同时还不会产生液滴二次破碎雾化产
生的气液夹带造成浆液二次污染问题。

目前为止.采用该技术运行的脱硫装置.可实现稳定脱硫效率99%以上.除尘效率超过70%。

（3）改造工程简单易行.无需对吸收塔做大的改动.只需在烟气入口与对下层喷淋层之间加装双气旋气液耦合器、.加装双气旋气液耦合器、后.由于有效解决了烟气偏流和烟气降温使得整个吸收
系统运行更加稳定可靠.其运行调整极为简单。

同时.双气旋气液耦合器塔检修维护方便.装置使用寿命长.系统检修维护量低.
运行安全稳定。

二、除尘超洁净排放技术——高效除尘除雾器简介
1、常规除雾器简介：
吸收塔内加设除雾器是为减少空塔喷淋脱硫后烟气夹带大量浆液雾滴和水雾滴.其携带的浆液雾滴含有大量的石膏.会造成烟气二次污染.为此.在脱硫塔上部加设了除雾器。

空塔喷淋后的烟气夹带液颗粒粒径>2500μm的约占50%.粒径1000-2500μm的约占45%。

粒径大于2500μm的浆液颗粒在上升过程中又会在重力作用下下落.不会被烟气携带到塔外.在烟气夹带的液滴中约有1%的粒径1000-2500μm液滴.粒径越小在烟气夹带雾滴中比例越大.粒径<15μm的液滴颗粒会1 00%随烟气上升。

因此.常规除雾器设计时考虑不同形式按粒径不同有不同的拦截率。

以下是不同形式结构除雾器对不同粒径雾滴的拦截效率：
1）管式除雾器.对粒径>1000μm的颗粒有100%的拦截率.对粒径5 00-1000μm的颗粒有90%的拦截率.对粒径<500μm的颗粒几乎没有拦击能力。

2）屋脊式除雾器.对粒径>500μm的颗粒有100%的拦截率.对粒径2 50-500μm的颗粒也有99%的拦截率.对粒径15-250μm的颗粒也有95%的拦截率.对粒径<15μm的颗粒则没有拦击能力。

3）精细的屋脊式除雾器.对粒径>250μm的颗粒有100%的拦截率.
对粒径15-250μm的颗粒也有98%的拦截率.对粒径<15μm的颗粒也有20%拦击率。

鉴于上述不同结构除雾器对各粒径的拦截效率.现在在脱硫塔
内一般布置三级除雾器.即：管式除雾器+屋脊式除雾器+精细屋脊式除雾器。

这样.最终排出烟气含雾滴可达到<50mg/Nm3.雾滴携带的石膏等约为13.5mg/Nm3。

进入脱硫塔前的烟气含有一定的粉尘.虽经脱硫塔的二次除尘.排出烟气仍有一定含尘量.和雾滴携带石膏量合计.约为30mg/Nm3。

2 现有粉尘超低排放应对措施
虽然在脱硫前端加以静电除尘、低低温除尘、布袋除尘、电袋组合除尘改造.但要达到粉尘的超低排放难度很大且成本巨大.而且也改进后无法解决脱硫烟气对石膏的携带。

因此要真正实施粉尘的超低排放.必须在脱硫之后采取措施。

即在脱硫后加设湿式静电除尘器是达到粉尘超低排放的措施之一。

目前国内建设了一些湿式静电除尘器.除尘的同时也可有效除去雾滴.效果令人满意。

但其存在着以下不足：
1）占地面积大.改造周期长:湿式电除尘如是布置于脱硫塔上方.由于其较重.必须对脱离塔基础和塔壁进行加固。

如是与脱硫塔分体布置.则须另建基础和支架。

如改在脱硫塔出口烟道.烟道改造工作量很大而且必须有较大的建设空间和施工空间.因此.造成改造成本高和改造周期长。

2）投资大.辅助设施较多.需加电气配电及控制、喷淋水系统等.这些系统的增加势必会造成日后维护工作量大和运行成本高等问题。

3）运行和维护成本高：湿式电除尘运行需加高频高压电.因此带
来了电耗高等运行费用高等问题。

4）由于脱硫烟气液滴中还含大量的氯根、硫酸根、亚硫酸根等腐蚀性很强的阴离子.其对湿式电除尘的阴极线和阳极板具有很
强的腐蚀性.因此需要周期性更换阳极筒和阴极线等.造成维
修成本高。

3 高效除雾除尘器
我们的高效除尘除雾器是在旋流板式除雾器的基础上研制开
发出来的。

其工作原理是：经过脱硫后净烟气其含有大量的雾滴.雾滴由浆液液滴、凝结液滴和尘颗粒组成.当这部分净烟气进入高效除尘除雾器.高效除尘除雾器筒内加设的气旋板使脱硫净烟气在气旋筒内旋转起来.在气旋器上方形成气液两相的剧烈旋转及扰动.从而使得净烟气中的细小液滴、细微粉尘颗粒、气溶胶等微小颗粒物互相碰撞团聚凝聚成大液滴.再在气旋板外旋结构作用下.使脱
硫净烟气向外离心运动.聚合形成的大液滴与气旋筒壁碰撞.并被
气旋筒壁液膜捕获吸收.实现高效除雾除尘。

为避免旋流板式除雾器大尺寸空间的气流分布不均性对除尘
效果的影响.在整个脱硫塔均匀布置.使净烟气在单个气旋筒内气
流运动均匀.不会出现偏流现象。

为保证除雾除尘效果.我们的高效除尘除雾器加设了多级组合气旋筒.使得烟气中尘、微小颗粒雾滴.在多级气旋桶内反复聚合去除。

为避免烟气在流动方向上不必要的过多变换流态而增加阻力.多级气旋设置在一个桶内。

另外.我们的高效除尘除雾器在研发过程中还兼顾了以下功能设计：
1）二次脱硫：高效除尘除雾器具有二次脱硫的功能是因为.烟气中的二氧化硫与饱和烟气中的浆液、液滴在气旋器的作用下形成高速混合与撞击.烟气中的浆液、液滴与烟气中的二氧化硫反应脱除.形成二次脱硫效果.脱硫效率与烟气含液滴量成有关.最高可达80%以上的脱除效率。

2）防止高效除尘除雾器结垢设计：为防止分离出的含有浆液的液滴在桶壁堆积形成结垢.我们设计了内嵌式喷水装置.定时对高效除尘除雾器进行喷水除垢.保障装置不结垢。

3）喷水嘴防堵设计：我们在喷水系统前端加设了工艺水过滤器来保证喷水系统运行稳定可靠。

因此,我们的高效除尘除雾器可在一个脱硫塔内同时实现高效脱硫和高效除雾、除尘.除尘效率90%以上.满足SO2排放35mg/Nm 3、烟尘5mg/Nm3的超低排放要求。

与湿式静电除尘器相比.其在高效除雾除尘的同时还具以下显著特点：
1）高效除尘除雾器是布置在脱硫塔内原除雾器的位置上.其重量与原除雾器相近.无须对脱离塔基础和塔壁进行加固.
2）高效除尘除雾器冲洗水采用原有除雾器冲洗水系统.仅须对塔内冲洗水管网改造.无须增加其他辅助设施。

3）高效除尘除雾器为机械结构设计.无需加设电气及热控系统.
其材质为PP材料.因此.大幅降低了改造成本。

设备投资及施工费约为湿式静电除尘器的40%。

4）高效除尘除雾器是安装结构简单可大幅度缩短了改造时间施工工期.单台塔改造周期在15天以内。

5）高效除尘除雾器的烟气阻力与原除雾器烟气阻力相当.并未另外增加。

6）系统运行不耗电无转动设备和电气设备增加.维护工作量小7）高效除尘除雾器为PP材料.具有很强的抗腐蚀能力.无须特殊的或昂贵的备品备件.维修费用低。

总之.高效除尘除雾器在保证高效除尘除雾效果的同时.有效地降低了投资和运行成本.且其改造在原吸收塔内.不另行占地且建设工期短.因此适合建有已建成的湿法脱硫塔的改造.而且.高效除尘除雾器系统简单可靠.运行稳定性、适应性强.运行操作及维护简单.真正实现了低成本高效率。

4、高效除雾器单元流场数值摸拟：
4.1、几何建模
使用icem建立网格.网格数量300万左右.质量0.3以上。

为了防止回流.对出口进行加长.湍流模型使用realizable k-epsilon模型.流体使用空气.恒定密度1.225kg/m3.入口为速度入口.出口为质量流量出口.壁面采用无滑移.温度均为300 K.fluent中模型示意图如下所示：
2、结果分析
以下是流线示意图。

可以看出空气为均匀入口.经过第一个旋流片以后气流发生旋转.气流速度明显增大；随后气流保持旋转.经过第二个核第三个旋流叶片后流场均无很大变化；旋流一直保持下去.但是速度稍有衰减。

下图为轴向速度分布图.可以看出壁面内侧的速度较大.这是由于旋转使得流体产生了离心力；旋流片中心处稍有回流。

下图为切向速度分布图.可以看出旋流片出口处切向速度最大.
并且壁面内侧切向速度较大；每经过一个旋流片以后切向速度有所增加.但是随着流向稍有降低。

下图为压力分布图.可以看出经过第一个旋流片时压力损失最大.这是由于静压转化为所需动压；经过第二个和第三个旋流片时几乎没有压力损失.这是由于旋流速度几乎与旋流片的角度相配合.没有很大的冲撞；同时可以看出越靠外压力越大。

5、高效除尘除雾器工程应用简介：
高效除尘除雾器改造安装在现有除雾器位置.只对吸收塔除雾器支撑梁进行局部改动.吸收塔整体不需要做任何改动。

安装位置示意图：
图示：1-吸收塔.2-塔内浆池.3-吸收塔烟气进口.4-喷淋层.5-支撑梁.6-高效除尘除雾器.7-吸收塔烟气出口
安装、支撑结构图截图
单元结构及塔内安装现场照片
6、超低排放改造工程业绩：
公司超低排放技术在2015年已在9个工业锅炉、火电机组烟气脱硫除尘超低排放改造项目中得以应用。

在火电机组应用为大唐临汾300MW 和王滩600MW 机组超低排放改造.这两个项目目前均通过了地方环保验收.出口尘排放浓度均达到＜5mg/Nm 3合同指标.实际运行数据为：临汾3～4 mg/Nm 3,王滩1～2 mg/Nm 3。

下图为大唐王滩600MW 机组DCS 画面截图.出口尘为1mg/Nm 3。

大唐王滩600MW机组DCS画面截图。