除雾器

火电厂烟气湿法脱硫吸收塔在运行过程中，由于工艺所至，脱硫后净烟气中含有粒径为10-60微米的雾滴，该雾滴中除水份外还溶有酸、硫酸盐、SO2等，含有有害腐蚀物质的雾滴随烟气流动，会造成锅炉尾部风机、热交换器及烟道和烟图的结垢和腐蚀，直接影响安全稳定生产，进入大气对环境造成二次污染。因此，烟气中浆液滴含量的测定是评价燃煤电厂烟气湿法脱硫设备除雾器性能一项重要指标和必备技术。 烟气中滴捕集采样是除雾器性能试验的关键。目前在除雾器性能试验时，由于雾滴捕集过程中的诸多技术问题便得雾滴捕集的结果与实际情况有较大差距，主要反映在：玻璃采样瓶采样嘴受工艺限制尺寸不标准影响采样质量，易破损，冷凝水回流污染采样样品造成采样失败。测量结果受测试烟道流场随时间变化影响，加之采样孔漏风、采样位置定位不准、造成测试结果准确性差等缺点，并且试验时间长、作业环境恶劣、劳动强度大的问题突出。 为此，开发研究新型烟气雾滴捕集采样装置是解决以上问题的必然选择。我们围绕《燃煤烟气脱硫设备性能测试方法》GB/T21508-2008开发研究了一种烟气雾滴捕集采样装置，解决了烟气雾滴采样中遇到的问题。

本成果是运用不同种类成熟的除雾器技术非直接耦合成集成体技术，做到1+1大于2的线性目标。同时通过理论计算，委托美国联合能源公司燃烧技术中心运用计算流体力学（CFD）对吸收塔进行湿烟气压力场、速度场和温度场分布进行建模，反复论证机组历史运行数据变化状况并进行归纳经验总结，在此基础上确定采用一级管式流场分配器+一级屋脊型除雾器+两级并列组合旋流板除尘除雾器+旋流板除尘除雾器烟气流速调节关断门非直接耦合集成为一个集成体，经过初步设计后，进行模拟验证，确认研究的结果和初步设计可行。通过工业实用性转化，设计制造了“旋流型可调节湿式除尘除雾一体化集成装置”，应用在#3、#4脱硫吸收塔，湿烟气出口烟尘排放在不同工况条件下均长期稳定<5mg/Nm。达到了烟尘“超低排放”的目标。 创新点：1、将管式流场分配器、折流板屋脊型除雾器、调节烟气流速及烟气动力场压差的关断门和并列组合旋流板除尘除雾装置形成一体化有机结合，优势互补，功能稳定。2、对烟气流场进行模拟计算，将并列组合旋流型除尘除雾器按气相（湿烟气）的速度和液滴的粒径，及数密度分布组合不同A。（开孔面积）的旋流型除尘除雾器并列组合，使各单元面积的旋流型除尘除雾器烟气动力场压差基本一致，有助于设计压差最小，捕集效率最高的“旋流型可调节湿式除尘除雾一体化集成装置”。3、调节烟气流速及烟气动力场压差的关断门应用在除尘除雾器上，将除尘除雾器作为静态设备为可调节的动态设备。效果归纳：旋流型可调节湿式除尘除雾一体化集成装置从根本上解决了脱硫吸收塔入口烟尘≤50mg/Nm°烟气超低排放问题。

本项目成果的原理主要可以概括为以下几个方面：（1）“流动分区、粒径分级、旋流匹配”的高效除雾器的创新设计思路为深入研究旋流除尘除雾原理，提炼高效除雾器关键设计准则，本项目建设了单级/多级除雾器可视化模型实验台（如图2-1），通过实验研究，项目组提出了“流动分区、粒径分级、旋流匹配”的高效除雾器的创新设计思路。具体而言，采用双筒结构来确保满足自旋流液膜的形成条件，增强对小液滴的捕获能力，提高除雾器的抗结垢性能；采用两级/三级弯曲叶片，合理分配每一级的旋流强度，在第一级主要脱除大粒径颗粒并同时保证大颗粒/大液滴不发生大量破裂；对上下游叶片的进出口参数进行协调设计，确保旋流满足匹配条件，实现低压损下的高效可靠脱除。 本项目的创新点如下：①开发了流动分区、粒径分级、旋流匹配的高效除尘除雾器，并开发了高效除雾器的精益化设计系统；②形成了基于多变量自适应的除雾器冲洗水系统控制技术。本项目根本解决了现有除雾器部分负荷脱除效率低、雾滴逃逸高、对上游电除尘器性能要求严格等问题，为烟尘一体化脱除提供了高效可靠的关键设备。

目前，国内燃煤发电企业正按照国家《“十二五”节能减排规划》的要求，对锅炉烟气进行脱硝处理，以减少氮氧化物排放。煤粉锅炉降低氮氧化物排放，普遍采用SCR脱硝工艺，SCR脱硝还原剂的制备可采用液氨法和尿素法。 随着近年来电力行业内对液氨的潜在危险意加重视，未来市场将对尿素分解法制氨工艺有追切的需求。尿素分解法制各脱硝还原剂，分为尿素热解法和尿素水解法。尿素热解法以美国FuelTech公司开发的ULTRA工艺为代表，其原理是利用尿素对热不稳定的性质，迅速加热会分解生成HNCO（氰酸）和NH。主要缺点是采用电加热方式提供热源，运行费用高，设备体积大，现场布置困难。以一台600MW的燃煤锅炉为例，配套的尿素热解炉直径约2.4m，高度约9m，需要上下贯通多层检修平台，难以布置。尿素水解制氨工艺是尿素溶液在压力金中发生水解，水解后的产物为NH、CO2、H0的混合蒸汽，经除雾器除掉携带的水滴后，通过自身压力送往氨气稀释系统，加入空气后稀释成浓度约5%的氨气，送往喷氨系统。目前尿素热解法和尿素水解法的初投资相当，但水解法采用低品质的蒸汽作为加热热源，运行成本大大低于采用电加热的尿素热解法，因此尿素水解技术将具备更强的市场竞争力。

本项目QC活动中,除灰运行脱硫班QC小组全体成员团结协作、积极创新，并运用 PDCA循环的科学方法进行统计分析、实施、对比,找出了造成#6脱硫除雾器差压高的三条主要因素即:(1）除雾器冲洗阀门内漏;(2)无事故烟气降温装置;(3)吸收塔搅拌器冲洗水进水量大。针对上述要因，小组通过设备改造和优化运行方式等一系列的措施，成功地将#6脱硫除雾器差压由实施前的248KPa降低到了8OKPa，达到了规定值，并通过后续跟踪调查，巩固验证，取得了良好的效果。同时,小组的综合素质以及解决问题的整体水平均得到了提高。本次QC活动产生的直接经济效益和社会效益都十分可观。。脱硫系统自取消旁路以来，与主机同步投运，除雾器差压的降低，是脱硫系统安全运行的保障。同时，降低除雾器差压,提高除雾效率,会减少烟气带浆，防止烟道腐蚀，同时也避免了因除雾器堵塞造成机组非停的事件发生。

本研究提出了全新的燃煤机组烟尘一体化高效脱除与智能控制关键技术路线，包括电除尘器和脱硫系统协同除尘优化设计选型技术、高效除尘除雾器设计和脱硫除尘智能在线优化控制系统开发。通过超低排放改造前后设计参数的挖掘分析，结合脱硫除尘装置运行效果，得到了不同机组改造边界条件的相互影响规律，形成烟尘稳定达标排放和投资成本经济合理的电除尘器和脱硫系统协同除尘控制装置优化选型方法。通过设计具有流动分区、粒径分级、旋流匹配特点的高效除尘除雾器，为燃煤机组烟尘一体化脱除提供了经济、高效、稳定运行的关键设备。创建了基于在线数据挖掘及智能算法的脱硫除尘优化控制系统，通过对系统能耗、物耗的在线实时监控分析，实现了脱硫除尘一体化系统运行经济性的全面提升。 1、在电除尘器与脱硫吸收塔协同除尘技术方案设计方面：建立了187台燃煤机组多年煤种、设备配置和运行参数的动态数据库，揭示了关于电除尘器及脱硫系统改造参数对烟尘脱除效率影响的机理，创建了保证改造后烟尘排放长期稳定达标的除尘器及脱硫系统改造参数选型设计优化方法，开发了基于数据挖掘的燃煤机组烟尘一体化脱除设备集成优化选型系统，并应用于125台燃煤机组。 2、在烟尘一体化高效脱除关键设备开发方面：提出了“流动分区、粒径分级、旋流匹配”的高效除尘除雾器设计的创新方法，形成了基于数据挖掘的高冲洗效率除雾器冲洗水系统控制技术，开发了高效除雾器的精益化设计系统，据此研发了宽负荷适应性强、烟尘脱除效率高、雾滴排放浓度低、运行阻力小的新型高效除雾器并进行了工程应用，为燃煤机组烟尘一体化脱除提供了经济、高效、稳定运行的关键设备，为进一步提升脱硫系统运行经济性提供了更大的空间。 3、在提高脱硫除尘一体化运行经济性方面：创建了基于在线数据挖掘及智能算法的脱硫系统控制策略，研究了脱硫系统能耗、物耗在线实时监控方法，及基于数据挖掘的重要设备故障诊断方法，开发了脱硫智能在线优化控制系统，实现了脱硫除尘一体化系统运行经济性的全面提升。 本研究为国内燃煤机组超低排放改造提供了经济、高效的改造技术路线和科学的选型依据，为降低燃煤发电企业因环保改造增加的投资和运行成本提供了解决途径。项目成果成功应用于大唐集团125台机组超低排放改造项目，机组100%实现达标排放，节约投资超过20亿元，产生直接经济效益2.7亿元，减少烟尘排放9625吨/年。高效除雾器在机组50-100%宽负荷范围内、除尘器出口浓度大于40 mg/Nm3等条件下，能保证烟尘浓度稳定小于5 mg/Nm3，雾滴浓度小于15 mg/Nm3，运行阻力小于300 Pa。脱硫除尘智能优化系统节约电耗、水耗、物耗等运行成本运行成本4-10%。研究成果为超低排放改造提供了智能、高效、稳定、经济的技术路线，为降低发电企业因环保改造增加的投资和运行成本提供了解决途径，在节能降耗、绿色发展方面产生巨大的经济和社会效益。

本工程烟气系统脱硫装置，无GGH和增压风机的设置，在吸收塔前采用事故喷淋降温设计，防止锅炉单侧空气预热器故障跳闸情况下，高温烟气对脱硫吸收塔内防腐和除雾器的损害，保护了吸收塔及吸收塔后净烟道，保证了烟气系统的安全可靠；针对无旁路烟道脱硫系统与主机系统的逻辑，进一步细化了主机与脱硫系统启停、辅机故障等情况下的操作程序和配套措施，实现微油点火及电袋除尘器高效运行，避免因投油稳燃对石灰石浆液品质的影响，确保脱硫系统达标运行。本工程通过对原设计脱硫装置的局部治理技改，将脱硫系统原设计硫份由2.08%提高到3.0%，在合理参烧低硫煤的情况下，保证了机组不降负荷运行就能实现达标排放。机组自2011年8月投产到2011年年底共产生二氧化硫22608吨，排放765吨，削减21843吨，脱硫效率达到96.62%，满足设计要求，达到环保排放标准，有效的减少烟气对大气的污染；脱硫系统设计取消旁路的同时取消GGH，节约设计占地，而且减少了运行费用，进而降低了年运行成本，同时还可降低检修、维护成本。投产后的测试数据证明，大唐林州热电脱硫系统的设计及使用是成功的。目前多家单位来厂考察学习，我公司按照集团公司要求对高硫份无旁路脱硫工程进行了专项总结。

火电行业现有环保设备及技术路线具有以下问题：1、除雾器受除尘机理制约，现有技术对微细颗粒物的脱除效果不理想，且除雾器内部易结垢阻塞，影响长期使用效果。2、湿式电除尘除尘效率高，但是造价高、耗电量大、需要定期维护和保养，运行成本极高；需要大量碱性水，造成二次水污染，增大了废水处理量。3、湿法脱硫要消耗大量水资源，蒸发的水蒸气又会带走烟气中的部分余热，遇冷后会出现“白烟现象。4、单纯使用MGGH系统消除“白烟”现象，在烟气余热不足时需要耗费大量蒸汽。因此追切需要一种既具有更好的节能减排效果，又能够节约水资源的新型节能环保设备，以及相应的工艺系统。 同现有环保技术相比，烟气冷凝式节能、节水、减排装置及系统能够回收烟气中的水分，对烟气中的多种污染物都具有减排效果，除尘效果好于单纯使用烟道除雾器，能够在节能的同时达到湿式电除尘的环保效果。由于减少了烟气中的水蒸气合量，因此同MGGH系统相比，烟气冷凝式节能、节水、减排技术所需的热量会大量减少，能够起到很好的节能效果。该技术同时具备节能、节水、减排效果，目前其他环保技术都无法同时达到这些效果。我院青年创新基金于2015年对相变式冷凝换热器进行立项。目前已完成全部工作，各项指标都已达到预期效果，相关发明专利已提交申请。我院具有完全自主知识产权的烟气冷凝式节能、节水、减排技术利于今后在全行业进行推广。

目前国内在运机组脱硫系统多数存在GGH堵塞的问题，从前期的只针对GGH蓄热原件的改型到调整吹扫方式，行业内还未认真分析除雾器失效对GGH堵塞造成的更进一步的影响。通过对现有系统的在线分析，取得实际的运行工况。在此基础上，对除雾器效能进行评判，核实是否需要进行更换或改型。同时，在具体改型中，通过对系统的数值模拟，选择核实的除雾间距，核实的除雾器模型搭配，最终实现除雾效果的提高。目前，国内大多数电厂均可以通过此种模式，对除雾器进行改型论证。通过与严格的数据监测，精细的方案选择，可以大大提高由于除雾器失效带来的脱硫系统停运，目前国内湿法脱硫系统中，凡是设计保留有GGH的系统均有极大地推广价值，尤其是在目前脱硫取消旁路的环保形势下，脱硫系统的稳定性更加重要，改造工作更显得意义重大。