脫硫噴淋塔除塵的影響因素及效率

根據燃煤電廠煙氣中粉塵成分、來源及排放特性，對影響脫硫噴淋塔除塵效率的因素進行了分析，結果表明:粒徑> 0. 3μm時，顆粒度越大，去除率越高，粒徑< 0. 3 μm時，則相反;煙氣流速及漿液噴淋密度與除塵效率呈正相關性，優化各影響因素，噴淋塔除塵效率可高達84% ，其處理后粉塵質量濃度< 50 mg /m3。

目前，全世界每年排入大氣的煤粉塵及其他粉塵超過1 億t。大氣污染物總量中有10% ～ 15% 是以粉塵顆粒物的形式存在的，而發電廠排放的顆粒物占其總量的13% 左右。因此減少發電廠顆粒物排放對環境保護具有積極的意義。

根據GB13223 － 2003《火電廠大氣污染物排放標準》規定，2004 年1 月1 日后建的燃煤電廠煙塵排放要求在50 mg /m3 以下，已投運的燃煤電廠也要陸續向這一標準靠攏，目前燃煤電廠僅靠現有的除塵設施難以達標，因此目前電廠必須對現有除塵設施進行改造或對煙氣進行后續處理，使粉塵達標排放。而濕法脫硫正好可以滿足進一步的除塵要求，在達到脫硫效果的同時達到良好的除塵效果。我國自20 世紀90 年代以來，濕法煙氣脫硫已占脫硫市場總份額的90% 以上，尤其裝機容量在300 MW以上的大型電廠基本都是濕法脫硫裝置。該技術除了具有脫硫率高、運行可靠性高、脫硫劑利用率高、適用于大容量機組和高含硫煤種及副產品可以綜合利用等特點外，良好的除塵效果也是濕法脫硫得以廣泛使用的重要因素［1］。

1 燃煤電廠煙氣中粉塵特性

1. 1 燃煤電廠煙氣粉塵成分

燃煤電廠排放煙氣中的粉塵化學成分隨燃煤的不同而有所不同，但其主要成分相對固定，主要有 SiO2、Al2O3、Fe2O3、K2O、MgO、CaO、SO3、BaO、TiO2、 Na2O 等。我國燃煤電廠飛灰化學成分見表1［1］。由表1 可知，SiO2 和Al2O3 含量*高，超過總量的60%。此外，有些燃煤成分特殊，飛灰中的氧化鈣含量可能超過10% ，而當燃煤中黃鐵礦含量較高時，其飛灰中 Fe2O3 含量也會較高。

1. 2 燃煤電廠煙氣粉塵的來源

中國燃煤電廠礦物成分大致分布見表2。由表2 可知，燃煤電廠礦物中大部分顆粒是無定形的玻璃體和含量變化很大的碳，而結晶相以莫來石和石英為主，煙塵的產生來自于燃煤整個過程中，其主要來源于如下:

1)加熱使煤中的物質蒸發，這些物質隨后凝結成塵粒，這主要是煤中的灰分所致。

2)燃燒過程中化學反應可能產生的顆粒，如微細CaO、SiO2 等固體顆粒。

3) 機械加工過程會排放出較大的燃料塵粒。

4) 礦物燃料的不完全燃燒。

1. 3 燃煤電廠煙氣粉塵的排放特性

1) 集中固定源:燃煤電廠生產點集中，所排出的粉塵對于鄰近地區的大氣污染*嚴重。

2) 煙塵排放量大:燃煤電廠生產規模大，煙氣排放量大，攜帶的塵粒也多，粉塵排放量大。

3) 連續排放:燃煤電廠一般是連續生產的，煙氣排放也是不間斷的。

4) 塵粒成分復雜、粒徑范圍寬:煙塵經過電除塵后進入FGD 煙氣的粒徑范圍很寬，從0. 1 ～ 600 μm 不等，以寶鋼自備電廠1 × 350 MW機組為例，其粉塵粒徑分布見表3。由表3 可知，粉塵粒徑20 μm占總量70% 左右。

2 測試方法及裝置

2. 1 測試方法

整個系統利用CEMS 系統進行在線監測，自動監測分析方法采用固定污染源排放煙氣連續監測系統技術及檢測方法，其中煙塵粒徑采用手工取樣，粒度分析儀器進行分析［2-3］。

2. 2 測試裝置

測試裝置選用寶鋼自備電廠1 × 350 MW機組脫硫裝置，其噴淋塔見圖1。該裝置采用空塔式噴淋塔，吸收塔規格為 13. 2 m × 32. 4 m，吸收塔截面積 136. 8 m2 ，BMCR 點煙氣排放量為160 × 104 m3 / h，煙氣含塵100 ～ 250 mg /m3 ，設計有4 層噴淋層，對應4 層噴淋層，每臺漿液噴淋量6 900 m3 / h，各層噴淋層錯開布置，保證吸收塔的噴淋覆蓋率超過300%。吸收塔進口煙氣溫度約100 ℃，出口煙氣溫度約45 ℃。噴淋層采用螺旋型噴嘴將漿液充分霧化，噴嘴進口壓力0. 03 MPa，霧化液滴直徑1 320 ～ 2 950 μm，噴嘴出口流速為8 m / s，液滴在吸收塔內的停留時間為1 ～ 10 s，小液滴在一定條件下呈懸浮狀態。在吸收塔內液滴和進口煙氣逆流接觸，脫除其中的SO2、粉塵等有害雜質的煙氣，經除霧器分離液滴后排放。

3 噴淋塔除塵效果分析

脫硫噴淋塔的主要功能是脫硫和除塵。脫硫的*佳液滴直徑為1 500 ～ 2 500 μm，在液滴直徑一定的情況下，除塵效率的主要影響因素包括: 粉塵特性、煙氣流速、噴淋密度等。

3. 1 粉塵特性

3. 1. 1 粉塵的浸潤性

粉塵的浸潤性是選擇除塵方式的依據之一。粉塵的浸潤性指當水與粉塵層接觸后，在單位時間內，水浸潤粉塵層的高度。通常用浸潤速度作為評定粉塵浸潤性的指標。根據粉塵的浸潤速度可將粉塵分為四類，見表4。

對親水性粉塵選用濕法除塵方**取得較好效果。根據對電廠粉塵化學成分和顆粒形狀的分析，電廠粉塵主要成分是SiO2、Al2O3、Fe2O3 等，屬于親水性粉塵，因此本濕法脫硫噴淋塔是有利于粉塵去除的。

3. 1. 2 粉塵粒徑

對于親水性粉塵，影響粉塵去除的*大因素是粉塵的粒徑。噴淋塔在煙氣流速為4 m / s，噴淋密度為 151. 5 m3 / ( h·m2 ) 時，不同粉塵粒徑粉塵的去除效果見圖2。

由圖2 可知，粉塵粒徑> 0. 3 μm 時，顆粒度越大，去除率越高，50 μm以上的顆粒基本上可以被全部去除。對于粒徑> 0. 3 μm的塵粒，塵粒與液滴的碰撞效率取決于塵粒的慣性，塵粒和水滴之間的慣性碰撞是*基本的除塵作用。粒徑較大和密度較大的塵粒具有較大的慣性，便脫離氣流和流線保持直線運動，從而與水滴相撞，達到除塵的目的。對于粒徑< 0. 3 μm 的塵粒，擴散是一個很重要的捕集因素，此時，在氣體分子的撞擊下，微粒像氣體分子一樣，做復雜的布朗運動，在運動過程中，塵粒和水滴接觸而被捕集，因此在水滴粒徑與速度一定時，粉塵粒徑愈大，布朗運動時所具有的動能愈大，水滴愈不易于捕集，因此粉塵粒徑在此區域，粒徑愈大，除塵效率愈低。

此外，由圖2 還可看出，對粉塵粒徑< 4 μm的顆粒，去除率總體較低，這主要是因為粒徑小，將很難被浸潤，因此只有當液體和固體粒子間高速相對運動氣膜被沖破，才有可能相互附著，凝并［4］。

3. 1. 3 粉塵密度

粉塵的密度對除塵效率的影響與粉塵粒徑是相關的，粉塵粒徑越小，塵粒的堆積密度也越小，因此捕集越困難，除塵效率越低。

3. 2 煙氣流速

圖3 為脫硫裝置噴淋塔在噴淋密度 151. 5 m3 / ( h·m2 ) 和202 m3 / ( h·m2 ) 時不同煙氣流速下除塵效率的關系。

因為微小塵粒和水滴在空氣中均存在環繞氣膜現象，塵粒與水滴在空氣中必須沖破環繞氣膜才能接觸凝并，為此塵粒與水滴必須具有足夠的相對速度。為了提高除塵效率，特別是慣性除塵效率，需要提高水滴與氣流的相對速度vR。由圖3 可知，除塵效率隨煙氣流速的增加而提高。在逆流噴淋塔中，如果氣體的上升速度大于液滴的末端沉降速度，液滴將會被氣流帶走，故噴淋塔有一個氣速上限。一般的脫硫噴淋塔煙氣流速設計上限為4. 5 m / s。

3. 3 液體噴淋密度

就截留機制而言，在噴淋量一定的情況下，噴出的水滴越細，則塔截面上有液滴通過的部分越多，噴淋密度也愈大，因而塵粒由于截留而被捕集的機會也越多。因此由圖4 可知，當煙氣流速一定時，除塵效率與噴淋密度呈正相關性。

3. 4 噴淋塔除塵效果

當噴淋密度為151. 5 m3 / ( h·m2 ) ，脫硫裝置液氣比設計為13. 2，噴淋塔煙氣流速為4 m / s，寶鋼1 × 350MW 機組煙氣脫硫裝置除塵效果見表5。

由表5 可知，脫硫噴淋塔的除塵效率比較高，高達84% ，出口粉塵含量僅為24 mg /m3 ，可滿足 GB13223—2003 規定的要求，因此電廠若采用噴淋塔進行爐后脫硫，則可能不需要對其前端除塵設施進行改造。