煙氣降溫耦合增濕團(tuán)聚的電除塵提效技術(shù)初探

王志華，劉含笑，沈志昂，方小偉，郭 瀅，何德源

(1：天津大港發(fā)電廠，天津 300270；2：浙江菲達(dá)環(huán)?？萍脊煞萦邢薰?， 浙江 諸暨 311800)

資源與環(huán)境

煙氣降溫耦合增濕團(tuán)聚的電除塵提效技術(shù)初探

王志華1，劉含笑2，沈志昂2，方小偉2，郭 瀅2，何德源2

(1：天津大港發(fā)電廠，天津 300270；2：浙江菲達(dá)環(huán)保科技股份有限公司， 浙江 諸暨 311800)

分析了煙氣降溫提效技術(shù)和顆粒增濕團(tuán)聚技術(shù)，并從降溫和顆粒團(tuán)聚兩個(gè)方面探討了兩項(xiàng)技術(shù)的耦合作用機(jī)制，可為耦合技術(shù)及工程應(yīng)用提供借鑒。

燃煤電廠；低低溫電除塵器；顆粒增濕團(tuán)聚；脫硫廢水

近幾年來(lái)，燃煤電廠煙氣超低排放呼聲愈演愈烈。江蘇、浙江、山西等地方政府紛紛出臺(tái)燃煤電廠超低排放要求，在國(guó)家層面，陸續(xù)出臺(tái)《煤電節(jié)能減排升級(jí)與改造行動(dòng)計(jì)劃(2014年～2020年)》、《全面實(shí)施燃煤電廠超低排放和節(jié)能改造工作方案》，要求全國(guó)范圍實(shí)施超低排放。

隨著燃煤電廠大氣污染物排放要求的進(jìn)一步加嚴(yán)，燃煤電廠煙氣顆粒物脫除技術(shù)也取得可可喜的進(jìn)展。以低低溫電除塵技術(shù)為核心的煙氣協(xié)同控制技術(shù)路線，可較經(jīng)濟(jì)高效的實(shí)現(xiàn)燃煤電廠的煙氣超低排放，如日本Hitachinaka電廠1000MW機(jī)組采用低低溫電除塵技術(shù)。該技術(shù)路線也已成為我國(guó)燃煤電廠實(shí)現(xiàn)超低排放的主流技術(shù)路線之一，如首次在嘉華電廠1000MW機(jī)組采用低低溫電除塵技術(shù)，長(zhǎng)興電廠首次僅采用低低溫電除塵技術(shù)而不是濕式電除塵技術(shù)實(shí)現(xiàn)超低排放；通過(guò)采用電凝并、化學(xué)凝并等技術(shù)促進(jìn)細(xì)顆粒物長(zhǎng)大，有效減少細(xì)顆粒逃逸。如澳大利亞Vales Point 電廠660MW機(jī)組采用電凝并技術(shù)。

值得注意的是，在實(shí)際工程運(yùn)行中，許多電廠雖然采用低低溫電除塵技術(shù)，但并不敢長(zhǎng)期在酸露點(diǎn)溫度以下運(yùn)行；電凝并技術(shù)雖然可以有效減排細(xì)顆粒物，但該裝置需要安裝在電除塵器進(jìn)口煙道直管段，與低低溫電除塵技術(shù)所需的煙氣冷卻器布置位置有沖突。因此，該兩項(xiàng)技術(shù)往往難于兼顧。

1 降溫提效技術(shù)

低低溫電除塵技術(shù)可大幅提高除塵效率、去除煙氣中大部分SO3、提高濕法脫硫的協(xié)同除塵效率，且節(jié)能效果顯著，與其他除塵技術(shù)相比具有更優(yōu)越的經(jīng)濟(jì)性。典型的以低低溫電除塵技術(shù)為核心的煙氣協(xié)同治理典型技術(shù)路線如圖1所示。在不設(shè)濕式電除塵器的情況下可實(shí)現(xiàn)煙氣超低排放。

圖1 以低低溫電除塵技術(shù)為核心的煙氣協(xié)同治理技術(shù)路線圖

注：當(dāng)不設(shè)置煙氣再熱器(FGR)時(shí)，煙氣冷卻器(WHR)處的換熱量按上圖①所示回收至汽機(jī)回?zé)嵯到y(tǒng)；當(dāng)設(shè)置煙氣再熱器(FGR)時(shí)，煙氣冷卻器(WHR)處的換熱量按上圖②所示至煙氣再熱器(FGR)。

與常規(guī)的電除塵技術(shù)相比，低低溫電除塵器的除塵效率之所以能得以大幅提升，主要原因歸結(jié)如下：

1)飛灰工況比電阻大幅下降。煙氣溫度降到酸露點(diǎn)溫度以下，煙氣中氣態(tài)SO3冷凝成硫酸霧，并粘附在飛灰粉塵的表面，粉塵得以改性，可大幅度降飛灰工況比電阻。而且環(huán)境溫度降低，飛灰比電阻本身也是會(huì)下降的。

2)電場(chǎng)擊穿電壓上升。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式，一般來(lái)說(shuō)，煙溫度每降低10℃，電場(chǎng)的擊穿電壓將會(huì)上升約3%。而在實(shí)際工程應(yīng)用中，由于低低溫可有效地避免反電暈現(xiàn)象，電場(chǎng)的擊穿電壓會(huì)有更大程度的提升。

3)電除塵器入口煙氣量降低。根據(jù)PV=nRT，煙氣溫度降低，煙氣體積減小，煙氣量將下降，電除塵器比集塵面積提高，有效增加了顆粒物在電場(chǎng)內(nèi)的停留時(shí)間。

4)顆粒團(tuán)聚引起平均粒徑增大。煙氣溫度降至酸露點(diǎn)以下后，使煙氣中的大部分氣態(tài)SO3冷凝成硫酸霧，并粘附在粉塵表面，促進(jìn)了細(xì)顆粒團(tuán)聚長(zhǎng)大，平均粒徑增大，細(xì)顆粒數(shù)量減少，有利于提高電除塵器的除塵效率。

2 煙氣增濕團(tuán)聚技術(shù)

根據(jù)工作原理不同，顆粒團(tuán)聚技術(shù)有電團(tuán)聚、湍流團(tuán)聚、聲波團(tuán)聚、磁團(tuán)聚、化學(xué)團(tuán)聚、增濕團(tuán)聚、相變團(tuán)聚等，其中，與低低溫電除塵技術(shù)密切相關(guān)的是增濕團(tuán)聚，因煙氣溫度低于酸露點(diǎn)，致使氣態(tài)SO3冷凝成硫酸霧，鑒于硫酸極強(qiáng)的吸水性，硫酸霧吸附到飛灰顆粒表面后增加顆粒的吸濕性，可繼續(xù)吸收煙氣中水分，以至于飛灰顆粒表面會(huì)逐漸形成一層液膜，增加顆粒表面粘附力，從而促使小顆粒間凝并成團(tuán)或粘附在大顆粒上，如圖2所示。

圖2 低低溫工況下SO3促進(jìn)顆粒團(tuán)聚過(guò)程

在硫酸煙氣調(diào)質(zhì)研究方面，調(diào)質(zhì)劑首先被吸附在飛灰表面的毛細(xì)孔內(nèi)，從而擴(kuò)散到整個(gè)飛灰顆粒表面，形成一層液膜，從而改變飛灰黏附性，促進(jìn)顆粒有效團(tuán)聚；在粉塵的吸濕性研究方面，SO3強(qiáng)氧化劑，且活性大，具有極強(qiáng)的吸水性，有研究表明，往煙氣中噴入SO3，可使煙氣中飛灰顆粒物吸收的水分提高7～8倍；在低低溫狀態(tài)下，顆粒的團(tuán)聚與顆粒的潤(rùn)濕特性關(guān)系密切，潤(rùn)濕可使得飛灰顆粒表面的氣體膜被液體膜所取代，干燥固體表面的化學(xué)性質(zhì)發(fā)生改變，相關(guān)研究表明，全疏水性、半疏水性和親水性顆粒的團(tuán)聚效果截然不同，顆粒的團(tuán)聚生長(zhǎng)隨潤(rùn)濕角的減小而變得明顯。

3 煙氣降溫與增濕調(diào)控的耦合機(jī)制探討

3.1 在降溫過(guò)程中的耦合作用

煙氣增濕可通過(guò)向煙氣中噴水來(lái)實(shí)現(xiàn)，其中，所噴水霧可來(lái)自脫硫廢水，以節(jié)省電廠用水，并有望實(shí)現(xiàn)脫硫廢水零排放。向煙氣中噴水在增加煙氣濕度的同時(shí)可有效降低煙氣溫度，為進(jìn)一步探討噴水量與煙氣降溫的關(guān)系，假設(shè)煙氣量為3600000m3/h，經(jīng)煙氣冷卻器后煙氣溫度降至90℃，所噴入的脫硫廢水溫度為20℃，噴水量按10t/h計(jì)，采用商業(yè)軟件Aspen進(jìn)行計(jì)算，最終煙氣溫度被降至82.6℃，如圖3所示。

圖3 煙氣噴水降溫計(jì)算結(jié)果

值得注意的是，鑒于當(dāng)前超低排放對(duì)SCR脫硝效率的要求，往往噴氨量過(guò)剩，氨逃逸較為嚴(yán)重，當(dāng)煙氣冷卻器內(nèi)煙氣溫度降至酸露點(diǎn)以下時(shí)，硫酸霧極易與氨氣反應(yīng)生成硫酸氫銨，堵塞換熱管束。為解決該問(wèn)題，可考慮采用煙氣冷卻器降低至100℃左右，剩余的降溫空間采用后續(xù)噴水降溫的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，如圖4所示。

圖4 煙氣降溫耦合機(jī)制示意圖

3.2 在顆粒團(tuán)聚方面的耦合作用

促進(jìn)顆粒間互相吸引的力主要有范德華力、液橋力，當(dāng)顆粒團(tuán)聚后范德華力和液橋力仍然存在。浙江大學(xué)基于國(guó)家863課題"燃煤電站PM2.5捕集增效與優(yōu)化技術(shù)與裝備研制"(2013AA065002)，開(kāi)展煙氣噴水顆粒增濕團(tuán)聚的實(shí)驗(yàn)研究，研究表明，液滴潤(rùn)濕顆粒后增加液橋力作用，促進(jìn)顆粒間的電凝聚，0.1μm以下顆粒隨霧滴濃度的增加而減少。當(dāng)霧滴量的增加，顆粒間產(chǎn)生液橋力，提高顆粒間粘附力，從而使顆粒更容易凝聚，不易分散。根據(jù)顆粒團(tuán)聚過(guò)程中的受力分析和電鏡分析，推測(cè)水滴在顆粒表面形成液膜，可以捕集細(xì)顆粒物，液橋力促進(jìn)顆粒物團(tuán)聚，最終形成較為穩(wěn)定的粗-細(xì)顆粒物團(tuán)聚體。

低低溫條件下的顆粒團(tuán)聚如“2 煙氣增濕團(tuán)聚技術(shù)”所述，通過(guò)煙氣降溫和煙氣噴霧增濕的耦合作用，可有效改善粉塵性質(zhì)，促進(jìn)細(xì)顆粒團(tuán)聚，提高電除塵器的除塵效率。

4 結(jié)語(yǔ)

低低溫電除塵技術(shù)與噴霧增濕技術(shù)耦合使用，可有效發(fā)揮煙氣降溫提效和增濕團(tuán)聚提效的雙重作用，值得工程推廣應(yīng)用，但值得注意的是，噴霧增濕裝置的噴嘴布置在高濃度煙塵環(huán)境中，需優(yōu)選耐磨、防堵塞的噴嘴技術(shù)，且電除塵器后續(xù)部件的防腐特性應(yīng)重新評(píng)估。另外，當(dāng)采用脫硫廢水作為噴淋用水時(shí)，應(yīng)考慮污染物轉(zhuǎn)移的問(wèn)題。

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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

(本文文獻(xiàn)格式王志華，劉含笑，沈志昂,等.煙氣降溫耦合增濕團(tuán)聚的電除塵提效技術(shù)初探[J].山東化工，2017，46(18)：187-189.)