傳統(tǒng)濕法脫硫能否達到超低排放?

　　隨著燃煤電廠污染物“超低排放”的呼聲越演越烈，人們對實現(xiàn)“超低排放”技術的關注度也越來越高。目前，煙氣協(xié)同治理技術已成為燃煤電廠滿足“超低排放”的主流技術之一，可使燃煤污染物排放濃度達到或接近燃機標準。國內(nèi)已有多套采用煙氣協(xié)同治理技術路線的燃煤電廠煙氣“超低排放”機組投運，為燃煤電廠污染物控制提供了重要參考。

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

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

　　我國早在90年代就引進了濕法脫硫技術，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。通過對現(xiàn)有的濕法脫硫裝置進行分析，低二氧化硫排放已有成熟案例，但難對粉塵實現(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，在設計時忽視了吸收塔的協(xié)同除塵能力。國家權威機構(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)保標準尚不能促使企業(yè)關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，濕法脫硫的除塵機理復雜尚無成熟理論可循。攜帶煙塵的煙氣進入吸收塔后，與噴淋層噴出的漿液發(fā)生一些列復雜的碰撞、攔截等物理過程，鮮有成熟的機理研究案例和工業(yè)示范應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理并非易事。

　　(2)石膏雨現(xiàn)象的困擾

　　當吸收塔設計不恰當、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，嚴重時煙囪周圍會降落大量的石膏雨，對設備造成堵塞、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小的液滴到達除霧器，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，主要包括除霧器的除霧效果、吸收塔的設計、運行操作等。目前，我國已能自主設計生產(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)偏流嚴重

　　濕法脫硫系統(tǒng)的煙氣偏流是導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，在燃煤電廠建設中未給污染治理設備預留充足的空間，導致新建或改造的濕法脫硫設備煙道布置不合理，煙道布置難以滿足流場設計基本要求，煙氣經(jīng)過煙道進入吸收塔前偏流嚴重。

　　另一方面，濕法脫硫裝置普遍采用單塔單側(cè)入口進氣方式，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，致使煙氣到達首層噴淋層入口處流場分布偏流嚴重，一方面是遠離吸收塔入口區(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到性能設計值的主要原因。

　　濕法脫硫超低排放技術的專注者

　　上述濕法脫硫裝置煙塵控制難題阻礙了煙氣協(xié)同治理技術在我國超低排放技術應用中的推廣，由于通過濕法脫硫改造、升級達到超低排放技術難度大，實施風險高相當一部分的環(huán)保企業(yè)認為在濕法脫硫系統(tǒng)后通過增加處理設備來達到超低排放要求是一種行之有效、一勞永逸的技術選擇。

　　作為環(huán)保行業(yè)的領頭羊企業(yè)，武漢凱迪電力環(huán)保有限公司秉承著科學發(fā)展觀、奉獻環(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路線，總結(jié)已承接的200多套濕法脫硫裝置運行數(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，深入剖析了不同技術流派的特點，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)化實驗和已有產(chǎn)品實測數(shù)據(jù)完成了吸收塔內(nèi)件、整體吸收塔結(jié)構(gòu)的精細化設計以及相關技術的集成優(yōu)化，形成了凱迪II代高效除塵深度脫硫托盤塔技術。

 　　濕法脫硫超低排放關鍵應用技術有哪些?

　　(1)低低溫電除塵技術

　　煙氣協(xié)同治理技術路線中以低低溫電除塵為核心，該技術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行了試驗測試，當電除塵入口溫度在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的煙塵去除效率越大，因此在濕法脫硫系統(tǒng)前增設低低溫電除塵技術，將為濕法脫硫超低排放技術的實施創(chuàng)造有利條件。

　　(2)凱迪Ⅱ代高效除塵托盤技術

　　技術原理

　　煙氣進入吸收塔后，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;而大部分微細粉塵與煙氣一起通過小孔進入托盤上部的持液層，煙氣高速進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系

圖3托盤對煙塵粒徑的分級去除效率關系　　

　　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入吸收塔后達到噴淋層時的流場分布圖，可以發(fā)現(xiàn)偏流很嚴重;右邊圖為托盤塔中煙氣進入吸收塔后達到噴淋層時的流場分布圖，煙氣經(jīng)過托盤后得到了強制均布，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

　　技術優(yōu)點

　　煙塵最低可達到5mg/Nm3;

　　高效去除PM2.5;

　　裝置能耗低;

　　項目實施工程量小，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，運行能耗低、設備維護較易、廢水排放量小等;

　　(3)高性能除霧技術

　　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，如圖5所示。

圖5除霧器出口液滴粒徑分布與質(zhì)量百分比關系

　　(4)全煙氣流場仿真技術

　　全煙氣流場仿真技術是指借助流場計算軟件將上述濕法脫硫超低排放技術進行計算機試驗優(yōu)化，通過增設導流裝置、調(diào)整塔內(nèi)件布置、優(yōu)化吸收塔關鍵結(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，使吸收塔流場達到理想狀態(tài)以實現(xiàn)設計值。

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

圖6全煙氣流場仿真技術

圖7冷態(tài)物理模型試驗
 

　　濕法脫硫超低排放技術應用案例

　　(1)華能長興高效超超臨界2×660MW機組

　　機組規(guī)模：2×660MW

　　技術路線：低低溫電除塵+濕法脫硫超低排放技術

　　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)百萬機組

　　機組規(guī)模：1000MW

　　技術路線：低低溫電除塵+濕法脫硫超低排放技術

　　入口煙塵濃度：≥20mg/Nm3;

　　出口煙塵濃度：≤3mg/Nm3;

　　除塵效率：≥85%;