傳統(tǒng)濕法脫硫能否達(dá)到超低排放?

　　隨著燃煤電廠污染物“超低排放”的呼聲越演越烈，人們對實(shí)現(xiàn)“超低排放”技術(shù)的關(guān)注度也越來越高。目前，煙氣協(xié)同治理技術(shù)已成為燃煤電廠滿足“超低排放”的主流技術(shù)之一，可使燃煤污染物排放濃度達(dá)到或接近燃機(jī)標(biāo)準(zhǔn)。國內(nèi)已有多套采用煙氣協(xié)同治理技術(shù)路線的燃煤電廠煙氣“超低排放”機(jī)組投運(yùn)，為燃煤電廠污染物控制提供了重要參考。

　　在國外，煙氣協(xié)同治理技術(shù)是在現(xiàn)有的燃煤電廠污染治理技術(shù)路線進(jìn)行升級改造，即能實(shí)現(xiàn)超低排放的要求，該技術(shù)主要以日本燃煤電廠為代表，重點(diǎn)在于采用了低低溫電除塵器技術(shù)，但煙囪出口污染物超低排放控制還是要靠濕法脫硫技術(shù)來把關(guān)，從這一點(diǎn)看，濕法脫硫技術(shù)在煙氣協(xié)同治理技術(shù)中扮演著一夫當(dāng)關(guān)、萬夫莫開的角色。

　　相比較國外先進(jìn)技術(shù)，我國已形成成熟的燃煤電廠煙氣污染治理技術(shù)(煙氣脫硝(SCR)+電除塵+濕法脫硫)，與煙氣協(xié)同治理技術(shù)沒有本質(zhì)上的差異，那為什么我國燃煤電廠不能做到超低排放呢?關(guān)鍵在于忽視了濕法脫硫在污染物把關(guān)控制中起到的關(guān)鍵作用。

　　我國早在90年代就引進(jìn)了濕法脫硫技術(shù)，通過消化吸收已全面掌握。目前，市場上80%以上燃煤電廠采用石灰石/石膏濕法脫硫技術(shù)。通過對現(xiàn)有的濕法脫硫裝置進(jìn)行分析，低二氧化硫排放已有成熟案例，但難對粉塵實(shí)現(xiàn)超低低排放鮮有報道，其主要原因表現(xiàn)為以下幾個方面：

　　(1)忽視了濕法脫硫協(xié)同除塵能力

　　傳統(tǒng)的濕法脫硫系統(tǒng)主要以脫除二氧化硫為主，在設(shè)計時忽視了吸收塔的協(xié)同除塵能力。國家權(quán)威機(jī)構(gòu)結(jié)合大多數(shù)脫硫裝置，包括空塔、托盤塔得出的經(jīng)驗值，認(rèn)為濕法脫硫的除塵效率僅為50%左右，該觀念廣泛地被環(huán)保企業(yè)和燃煤電廠所接受，產(chǎn)生這種觀念的主要原因在于：一方面，現(xiàn)有環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)尚不能促使企業(yè)關(guān)注濕法脫硫的脫硫效率之外的除塵效率，即采用常規(guī)的濕法脫硫系統(tǒng)就能滿足現(xiàn)有的二氧化硫和煙塵的排放限值;另一方面，濕法脫硫的除塵機(jī)理復(fù)雜尚無成熟理論可循。攜帶煙塵的煙氣進(jìn)入吸收塔后，與噴淋層噴出的漿液發(fā)生一些列復(fù)雜的碰撞、攔截等物理過程，鮮有成熟的機(jī)理研究案例和工業(yè)示范應(yīng)用為濕法脫硫的除塵效率提供明確的理論依據(jù)，因此要想深入地研究濕法脫硫的除塵機(jī)理并非易事。

　　(2)石膏雨現(xiàn)象的困擾

　　當(dāng)吸收塔設(shè)計不恰當(dāng)、除霧器選型不合適時，會引起脫硫裝置排放的煙氣中夾帶大量的小液滴，嚴(yán)重時煙囪周圍會降落大量的石膏雨，對設(shè)備造成堵塞、結(jié)垢、腐蝕等問題及對電廠周圍環(huán)境造成二次污染。

　　“石膏雨”是煙氣中夾帶的石膏漿液隨煙氣排放以“雨”的形式落到地面的一種現(xiàn)象。“石膏雨”頻發(fā)的原因在于石灰石/石膏濕法脫硫工藝中，煙氣經(jīng)過噴淋層噴出的漿液洗滌后會攜帶大量的帶細(xì)小的液滴到達(dá)除霧器，這些液滴中包含著固形物或可溶物，主要是石灰石漿液吸收SO2后的生成物、過剩的脫硫劑以及未被捕集的粉塵。如果煙氣在除霧器處的流速超過設(shè)計值，除霧性能將大大降低，甚至失效，除霧器也會在高速的煙氣下發(fā)生二次攜帶現(xiàn)象，大量的石膏漿液將會隨煙氣被帶入煙囪，出現(xiàn)石膏雨現(xiàn)象。

　　“石膏雨”的形成與多方面的因素有關(guān)，主要包括除霧器的除霧效果、吸收塔的設(shè)計、運(yùn)行操作等。目前，我國已能自主設(shè)計生產(chǎn)除霧器，大多除霧器的排放出口液滴攜帶量的保證值為75mg/Nm3，且國內(nèi)業(yè)界認(rèn)為除霧器出口霧滴含固量等同于塔內(nèi)石膏含固量(20%)，即除霧器出口排放的液滴對煙塵的貢獻(xiàn)值為75mg/Nm3×20%=15mg/Nm3。

　　因此，許多改造工程往往僅要求煙氣中的粉塵經(jīng)過濕法脫硫系統(tǒng)后其濃度不再升高即可，對脫硫的除塵性能不敢多做奢求。

　　(3)濕法脫硫系統(tǒng)偏流嚴(yán)重

　　濕法脫硫系統(tǒng)的煙氣偏流是導(dǎo)致粉塵排放濃度高的重要因素之一。

　　一方面，由于我國燃煤電廠污染物治理起步較晚，在燃煤電廠建設(shè)中未給污染治理設(shè)備預(yù)留充足的空間，導(dǎo)致新建或改造的濕法脫硫設(shè)備煙道布置不合理，煙道布置難以滿足流場設(shè)計基本要求，煙氣經(jīng)過煙道進(jìn)入吸收塔前偏流嚴(yán)重。

　　另一方面，濕法脫硫裝置普遍采用單塔單側(cè)入口進(jìn)氣方式，該方式會造成煙氣沿塔截面的流場不均，在入口對側(cè)形成高速煙氣流場，致使煙氣到達(dá)首層噴淋層入口處流場分布偏流嚴(yán)重，一方面是遠(yuǎn)離吸收塔入口區(qū)域的液氣比較低，另一方面是靠近吸收塔入口區(qū)域的液氣比較高，這是是引起近塔壁煙氣逃逸，脫除效率偏離設(shè)計值的原因之一。加上超低排放對SO2、塵等主要污染物的排放濃度要求極低，煙氣偏流的影響更是不能達(dá)到性能設(shè)計值的主要原因。

　　濕法脫硫超低排放技術(shù)的專注者

　　上述濕法脫硫裝置煙塵控制難題阻礙了煙氣協(xié)同治理技術(shù)在我國超低排放技術(shù)應(yīng)用中的推廣，由于通過濕法脫硫改造、升級達(dá)到超低排放技術(shù)難度大，實(shí)施風(fēng)險高相當(dāng)一部分的環(huán)保企業(yè)認(rèn)為在濕法脫硫系統(tǒng)后通過增加處理設(shè)備來達(dá)到超低排放要求是一種行之有效、一勞永逸的技術(shù)選擇。

　　作為環(huán)保行業(yè)的領(lǐng)頭羊企業(yè)，武漢凱迪電力環(huán)保有限公司秉承著科學(xué)發(fā)展觀、奉獻(xiàn)環(huán)保、造福人類的理念，堅持走節(jié)能、環(huán)保的中國特色濕法脫硫技術(shù)路線，總結(jié)已承接的200多套濕法脫硫裝置運(yùn)行數(shù)據(jù)，通過自主研發(fā)全面、系統(tǒng)地研究了高效除塵深度脫硫技術(shù)，深入剖析了不同技術(shù)流派的特點(diǎn)，建立了高效除塵和深度脫硫的理論模型，結(jié)合數(shù)值模擬、半工業(yè)化實(shí)驗和已有產(chǎn)品實(shí)測數(shù)據(jù)完成了吸收塔內(nèi)件、整體吸收塔結(jié)構(gòu)的精細(xì)化設(shè)計以及相關(guān)技術(shù)的集成優(yōu)化，形成了凱迪II代高效除塵深度脫硫托盤塔技術(shù)。

 　　濕法脫硫超低排放關(guān)鍵應(yīng)用技術(shù)有哪些?

　　(1)低低溫電除塵技術(shù)

　　煙氣協(xié)同治理技術(shù)路線中以低低溫電除塵為核心，該技術(shù)可大幅度降低電除塵器出口煙塵濃度至20mg/Nm3以下，并且因煙氣溫度被降至酸露點(diǎn)附近(一般為90℃左右)一定程度地增大了電除塵器出口排放的煙塵粒徑，為下游濕法脫硫?qū)Ψ蹓m的脫除創(chuàng)造了有利條件。

　　如圖1所示，為傳統(tǒng)電除塵器排放的煙塵的粒徑分布情況，可以看出除塵前1~7μm的粉塵顆粒質(zhì)量占比較少，主要分布在大于10μm的區(qū)間。經(jīng)過除塵器除塵后，大顆粒的粉塵被捕集，而微細(xì)粉塵占比明顯增大。

圖1傳統(tǒng)電除塵器排放粉塵的粒徑分布

　　具有關(guān)數(shù)據(jù)報道，對低低溫電除塵器排放出口粒徑變化狀況進(jìn)行了試驗測試，當(dāng)電除塵入口溫度在130℃左右時，出口粉塵粒徑分布小于2.5μm;當(dāng)電除塵器入口溫度降至90℃附近時，電除塵器出口平均粉塵粒徑大于2.5μm。

　　而對于濕法脫硫系統(tǒng)，煙塵粒徑越大相對應(yīng)的煙塵去除效率越大，因此在濕法脫硫系統(tǒng)前增設(shè)低低溫電除塵技術(shù)，將為濕法脫硫超低排放技術(shù)的實(shí)施創(chuàng)造有利條件。

　　(2)凱迪Ⅱ代高效除塵托盤技術(shù)

　　技術(shù)原理

　　煙氣進(jìn)入吸收塔后，依次通過托盤、噴淋層及除霧器。噴嘴噴出的漿液由塔上部噴入落到托盤上，與含塵煙氣接觸，部分粉塵被托盤篩孔流下來的液滴所捕獲，或由于氣流在改變方向時的慣性力作用，部分較粗的塵粒沉降到塔的底部被底部液膜捕集;而大部分微細(xì)粉塵與煙氣一起通過小孔進(jìn)入托盤上部的持液層，煙氣高速進(jìn)入持液層并激起大量的液泡，形成的液膜能有效的增大煙氣與漿液的傳質(zhì)表面積，粉塵在慣性、擴(kuò)散作用的同時又不斷地受到液泡的擾動，使粉塵不斷改變方向，增加了粉塵與液體的接觸機(jī)會，氣體得到凈化。

　　PM2.5去除效率高

　　如圖2所示，為空塔對煙塵粒徑的分級去除效率，由圖可知，空塔噴淋對于1～2.5μm的粉塵，分級除塵效率較小，粉塵去除效率變化不明顯;對于3～5μm的粉塵，分級除塵效率較大，粉塵去除效率變化明顯;對于大于5μm的粉塵，分級除塵效率區(qū)趨于穩(wěn)定接近100%。

　　如圖3所示，為托盤對煙塵粒徑的分級去除效率，由圖可知，托盤對不小于2μm的粉塵具有較高的捕集效率。對于0.1~1μm的粉塵，有10%~30%的捕集效率;對于1~2μm的粉塵，有30%~40%的捕集效率。在一定條件下，在同一粒徑分布區(qū)間，托盤的分級除塵效率比空塔噴淋高。因此，凱迪的托盤塔技術(shù)對PM2.5的粉塵具有較為顯著的脫除性能優(yōu)勢。

圖2空塔對煙塵粒徑的分級去除效率關(guān)系

圖3托盤對煙塵粒徑的分級去除效率關(guān)系　　

　　流場均布效果好

　　托盤還能提供煙氣均布效果，左邊圖為空塔中煙氣進(jìn)入吸收塔后達(dá)到噴淋層時的流場分布圖，可以發(fā)現(xiàn)偏流很嚴(yán)重;右邊圖為托盤塔中煙氣進(jìn)入吸收塔后達(dá)到噴淋層時的流場分布圖，煙氣經(jīng)過托盤后得到了強(qiáng)制均布，能較好的與噴淋層漿液分布匹配。

圖4噴淋層出口流場優(yōu)化前后效果對比

　　技術(shù)優(yōu)點(diǎn)

　　煙塵最低可達(dá)到5mg/Nm3;

　　高效去除PM2.5;

　　裝置能耗低;

　　項目實(shí)施工程量小，工期短;

　　與濕式電除塵器相比，系統(tǒng)簡單，占地小，投資成本低，運(yùn)行能耗低、設(shè)備維護(hù)較易、廢水排放量小等;

　　(3)高性能除霧技術(shù)

　　針對石膏雨現(xiàn)象，凱迪環(huán)保對除霧器的理論模型、結(jié)構(gòu)及做了全面的研究。認(rèn)為除霧器排放的液滴中的含固量與石膏漿液池中的含固量不一樣，即除霧器中排放的液滴含固量小于20%，跟除霧器排放的液滴粒徑分布有關(guān)，如圖5所示。

圖5除霧器出口液滴粒徑分布與質(zhì)量百分比關(guān)系

　　(4)全煙氣流場仿真技術(shù)

　　全煙氣流場仿真技術(shù)是指借助流場計算軟件將上述濕法脫硫超低排放技術(shù)進(jìn)行計算機(jī)試驗優(yōu)化，通過增設(shè)導(dǎo)流裝置、調(diào)整塔內(nèi)件布置、優(yōu)化吸收塔關(guān)鍵結(jié)構(gòu)，調(diào)校吸收塔內(nèi)流場分析并輔以冷態(tài)物理模型予以流場驗證，使吸收塔流場達(dá)到理想狀態(tài)以實(shí)現(xiàn)設(shè)計值。

　　凱迪環(huán)保是國內(nèi)最早關(guān)注煙氣流場分布對濕法脫硫系統(tǒng)性能影響的企業(yè)，通過借助先進(jìn)的流場分析軟件及冷態(tài)物理模型試驗對濕法脫硫的關(guān)鍵位置進(jìn)行分析，以使煙氣與漿液充分接觸，達(dá)到理論計算的性能要求。凱迪環(huán)保擁有一流的CFD數(shù)值模擬研究團(tuán)隊，通過自主研發(fā)，實(shí)現(xiàn)了對復(fù)雜的濕法脫硫系統(tǒng)進(jìn)行氣、液、固多相流的流場分析，借助該技術(shù)已對華能長興電廠、華能玉環(huán)電廠、華能邯峰等多個燃煤電廠的流場進(jìn)行設(shè)計優(yōu)化，確保高效除塵超低排放設(shè)計能達(dá)到最佳效果。如圖6所示，為濕法脫硫超低排放技術(shù)優(yōu)化設(shè)計前、后流場分析圖。

圖6全煙氣流場仿真技術(shù)

圖7冷態(tài)物理模型試驗
 

　　濕法脫硫超低排放技術(shù)應(yīng)用案例

　　(1)華能長興高效超超臨界2×660MW機(jī)組

　　機(jī)組規(guī)模：2×660MW

　　技術(shù)路線：低低溫電除塵+濕法脫硫超低排放技術(shù)

　　入口煙塵濃度：≥15mg/Nm3;

　　出口煙塵濃度：≤3mg/Nm3;

　　除塵效率：≥80%;

　　承建單位：武漢凱迪電力環(huán)保有限公司

　　(2)華能玉環(huán)百萬機(jī)組

　　機(jī)組規(guī)模：1000MW

　　技術(shù)路線：低低溫電除塵+濕法脫硫超低排放技術(shù)

　　入口煙塵濃度：≥20mg/Nm3;

　　出口煙塵濃度：≤3mg/Nm3;

　　除塵效率：≥85%;