管束式除尘器与湿式除尘器技术初探

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指出了为达到最新的大气污染物超低排放的标准,目前锅炉改造主要采用管束式除尘除雾或湿式电除尘两种除尘技术。通过分析讨论和比较这两种技术的特点、优势和不足之处,以期为相关的锅炉房超低排放中的除尘系统的改造提供参考方案。

关键词:管束式;除尘器;除尘技术

1引言

随着大气污染物排放标准的进一步提高,胜利油田燃煤锅炉原有配套的环保设施已不能满足最新的污染物排放标准,接下来的改造中必须采取新的工艺方法降低污染物排放水平。现在,应用最广泛的超低排放技术为管束式除尘除雾器技术和湿式电除尘器技术,两种技术方案都可以满足烟尘排放浓度小于5mg/Nm3标准。要合理选择燃煤锅炉超低排放除尘方案,需要对这两种技术进行详细的对比分析。

2管束式除尘除雾器

2.1管束式除尘除雾器的除尘机理

管束式除尘除雾器是除雾除尘设备,应用于湿法脱硫塔饱和净烟气携带的雾滴和尘的脱除净化。

管束式除尘除雾器是主要依赖于吸收塔上部低温饱和净烟气中含有大量细小雾滴的特点,利用大量细小雾滴高速运动条件下增加粉煤灰颗粒与雾滴碰撞的机率,雾滴与粉煤灰颗粒凝聚从而实现对此部分极微小粉煤灰尘和雾滴的捕悉脱除。

管束式除尘除雾器的工作原理可简单表述为通过粉煤灰颗粒、雾滴的凝聚、捕悉和湮灭的3种运动状态,在烟气高速旋流、剧烈混合、旋转运动的过程中,将烟气中携带的雾滴和粉尘颗粒脱除。

凝聚是指大量的细小液滴与颗粒在高速运动条件下碰撞机率大幅增加,易于凝聚、聚集成为大颗粒,从而实现从气相的分离。

捕悉是指细小的液体颗粒跟随气体与分离器中的持液层充分接触后,被液体捕悉实现分离;除尘器筒壁面的液膜会捕悉接触到其表面的细小液滴,尤其是在增速器和分离器叶片的表面的过厚液膜,会在高速气流的作用下发生“散水”现象,大量的大液滴从叶片表面被抛洒出来,在叶片上部形成了大液滴组成的液滴层,穿过液滴层的细小液滴被捕悉,大液滴变大后跌落回叶片表面,重新变成大液滴,实现对细小雾滴的捕悉。

湮灭是指细小的液体颗粒被抛洒至分离器的表面时,形成附着液膜从烟气中脱离出来;经过加速器加速后的气流高速旋转向上运动,气流中的细小雾滴、尘颗粒在离心力作用下与气体分离,向筒体表面方向运动。而高速旋转运动的气流迫使被截留的液滴在筒体壁面形成一个旋转运动的液膜层。

从气体分离的细小雾滴、微尘颗粒在与液膜层接触后被捕悉,实现细小雾滴与微尘颗粒从烟气中的脱除。湮灭过程中颗粒物与旋转的液膜层相对运动速度较少,液膜层又有效的避免了细小雾滴和颗粒物直接撞击筒壁形成更细小的二次雾滴或颗粒物。

2.2管束式除尘除雾器的结构构造

管束式除尘除雾器是一种具有凝聚、捕悉、湮灭作用的装置,它由管束筒体和多级增速器、分离器、汇流环及导流环组成。

根据不同的烟气及除尘效果要求,可选择不同的增速器、分离器、汇流环进行多级组合。首先,流经一级分离器将烟气中的较大雾滴和颗粒物进行脱除,然后经过增速器增速后进入二级分离器,脱除粒径更为细小的雾滴和颗粒物。

同时利用汇流环控制各级内筒壁的液膜厚度,以确保高速条件下不产生更细小的二次雾滴。为保证除尘效果,装置内设置了多级增速器、分离器、汇流环,强化了气流运动,延长了气体停留时间,提高了除尘器对粉尘颗粒的分离效果。最后的气流排出口设置导流环,防止气流的二次夹带。

2.3管束除尘器的除尘效果保证措施

管束除尘器的除尘效果保证有以下几种措施。

(1)延长管束筒体的高度,保证气体在管束内的停留时间,确保脱除的效率。

(2)选取更高效率的增速器和分离器,提高对极小粒径的雾滴和颗粒物的脱除效率。

(3)选择更为合理的导流环,最大程度的避免高速气流引起的二次夹带问题。

2.4管束式除尘除雾器模组在吸收塔的安装和运行

(1)管束式除尘除雾器采用模块化设计,其布置在喷淋层上部即原除雾器的位置,可完全代替常规除雾器的使用功能,且除雾除尘效果远远优于目前常用的屋脊式除雾器。

(2)对于新建脱硫机组,仅需设置一层与屋脊式除雾器强度相当的支撑梁,直接将管束式除尘除雾器模组安装在梁上即可完成安装。对于改造脱硫机组,仅需拆除原有除雾器层,保留最底层除雾器大梁即可完成改造工作量,管束式除雾器的安装在原有梁上即可。原有上层除雾器梁可根据实际布置情况确定是否需要拆除。

(3)管束式除尘除雾器内无复杂的叶片结构,无结垢风险,其冲洗水的冲洗频率、冲洗水量和冲洗水电动阀门数量均要少于常规的屋脊式除雾器。

(4)管束式除尘除雾器无动设备,无电气设备,运行维护简单。

3湿式电除尘器

湿式静电除尘器简称WESP,是一种高效而经济的除尘设备,主要用于高效率且连续的去除烟气中细微颗粒粉尘,一般作为除尘系统的末级设备,可有效去除湿法脱硫无法收集的尘、酸雾、水滴、PM2.5等有害物质,而且达到了5mg/Nm3超低排放的标准。近年有多个湿式电除尘器项目投产,是净化烟气粉尘的较实用设备。

湿式电除尘器的工作原理是利用电场荷力,将烟气中的粉尘和液滴吸附到阴阳极表面,并用水喷淋进行清洗。湿式电除尘器用水喷淋时,在阴阳极表面形成水膜,使阴阳极表面吸附的粉尘和液滴随水膜向下流入灰斗中,并最终排出,净化后的超净烟气通过烟囱排入大气。因为没有振打极板产生的二次扬尘,湿式电除尘器可以达到很低的排放浓度。

湿式电除尘器能有效去除烟气中的氨、铵盐、SO3酸雾、PM2.5、细小液滴、汞等重金属,去除率可达90%以上,使出口烟气处于酸雾几乎被全部去除的比较“干”的状态,有效地降低了SO3酸雾冷凝对烟囱造成的腐蚀速度,并且大大降低了烟气的浑浊度,并具有SO2联合脱除的效果。对于2.5~5μm的颗粒物具有近100%的脱除率;对PM2.5具有98.2%脱除率,PM0.1~PM1颗粒物具有88.7%~93.9%脱除率,详见图1颗粒物分级脱除效率曲线。

管束式除尘器与湿式除尘器技术初探

由于排放烟气中冷凝水雾的降低和SO3浓度的降低,可使烟气酸露点提高,烟囱壁面酸的沉降减少,大大降低腐蚀。

目前湿式电除尘器主要有3大技术体系,其各有优缺点,根据胜利油田供热锅炉的特点,选取目前在国内外电力行业中市场占有率最高的导电玻璃钢湿式电除尘器作比较。

导电玻璃钢湿法电除尘器的技术特点:导电玻璃钢湿式电除尘器(以下简称湿电除尘器)是专门为脱硫尾气处理研制的,现在湿电除尘器在化工、冶金、电厂等行业应用成熟,但其处理的气量一般较小。

现多采用采用蜂窝式导电玻璃钢管束和改良高效的铅锑合金或2205双相不锈钢芒刺电晕极线,具有导电性能好、除尘效率高、耐腐蚀性能良好、强度好、重量轻等优点,能满足绝大多数锅炉使用要求。

湿法电除尘器在正常使用操作情况下故障率非常低的,当然日常的养护也是很重要的,要随时观测二次电压和电流的数值,如果在短时间内波动并呈下降趋势,则说明极线或阳极管内部受污染了,应及时冲洗。

4湿式电除尘器与超净脱硫技术的对比

为保证烟气出口粉尘排放浓度达到5mg/Nm3以下的标准,不论是管束式除尘除雾器方案或湿式电除尘器方案,都需要脱硫塔烟气入口的尘浓度不能超过30mg/Nm3。因此这两种方案都需要按照烟气协同治理的理念,采用合理有效除尘技术控制前端尘的排放浓度,包括前端脱硫前布袋除尘或者静电除尘技术,也包括脱硫塔内的托盘、喷嘴、导流板等一系列装置。两种方案的主要区别在对脱硫塔高效除雾器或湿式电除尘器的选择上。

管束式除尘除雾器与湿式电除尘器对比如表1所示。

管束式除尘器与湿式除尘器技术初探

从上述比较可以看出,湿式电除尘器相对管束式除尘除雾器技术:

(1)设备投资高,湿式电除尘器需要进行阳极管、阴极线、高压电源等一系列配件,投资成本大,运行电耗高。

(2)系统复杂,需要有维持高压电场的电控设备,对于湿式电除尘器中的金属极板类,还需要增加专用的废水处理系统,更增加了设备投资成本及运行维护费用。

(3)场地要求高,湿式电除尘器一般单独布置,占用场地面积大,有些方案在脱硫塔顶部布置,但对脱硫塔强度和后部烟道布置的要求较高,而管束式除尘除雾技术仅稍增加脱硫塔高度即可,对于改造项目有明显的优势。

(4)管束式除尘除雾技术虽然有多个项目通过环保验收,也有较成熟的技术经验和明显的技术优势,但结合胜利油田现有的供热锅炉房来说,锅炉房运行过程中,负荷变化极大,对于管束式除尘除雾器来说可能存在运行不稳定的情况。

(5)湿式电除尘器对于细微颗粒除尘效果更好,而且对于烟气中的SO3、烟囱常见的石膏雨及重金属微颗粒也有很高的脱除率,烟气的净化程度要高于管束式除尘除雾技术。随着环保标准的提高,湿式电除尘器对细微颗粒和重金属处理的优势会更加突出。

5结论

湿式电除尘器和管束式除尘除雾器技术是目前燃煤锅炉除尘系统为达到超净排放而采用的两种技术,遵循烟气协同治理理念,配合布袋除尘或静电除尘、强化喷淋等技术手段,两种方案对于超细粉尘、SO3、石膏液滴均有很高的脱除效率,可以满足污染物的超低排放要求。

管束式除尘除雾器技术节约投资、系统简单可靠、施工及维护方便、场地要求较低,因此在锅炉运行稳定的状态前提下,场地、工期或资金紧张的工程中具有比较明显的优势;湿式除尘器对烟气的净化程度高,尤其对于超细粉尘、重金属和SO3酸雾等污染物有很强的捕集能力,而且适应能力强,场地限制较少的工程中可以满足更高的污染物排放要求。

参考文献:

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