FGD脱硫装置高效除尘技术研究

FGD脱硫装置高效除尘技术研究

蔡晨阳1 黄开进2

1.华新环境工程有限公司 湖北 武汉 430223

2.武汉龙净环保工程有限公司 湖北 武汉 430223

摘要：脱硫装置在进行脱硫同时，能协同脱除烟气中的烟尘和其它污染物，脱硫装置的烟尘脱除率与吸收塔设计中如喷嘴浆液的雾化粒径、液气比、空塔气速及入塔烟尘粒径等因素有关，而这些参数均与脱硫装置脱硫能力也密切相关，协同考虑脱硫、除尘能力尤为重要。因此，对现有的工艺路线及配置进行优化，将除尘装置与脱硫装置协同考虑，通过脱硫设备去除二氧化硫的同时，又能效降低粉尘排放浓度。

关键词：烟气脱硫；除尘；脱硫塔；液气比；流场模拟

0 概述

近年来，环保要求越发严格，大气污染物排放标准不断提高，二氧化硫、粉尘排放浓度执行标准给企业带来巨大压力，对脱硫除尘设备提出了更高要求。根据相关文献和工程项目运行经验表明[1]：脱硫装置在进行脱硫同时，能协同脱除烟气中的烟尘和其它污染物，脱硫装置的烟尘脱除率与吸收塔设计中如喷嘴浆液的雾化粒径、液气比、空塔气速及入塔烟尘粒径等因素有关，而这些参数均与脱硫装置脱硫能力也密切相关[2]，协同考虑脱硫、除尘能力尤为重要。因此，对现有的工艺路线及配置进行优化，将除尘装置与脱硫装置协同考虑，通过脱硫设备去除二氧化硫的同时，又能效降低粉尘排放浓度[3]。

1 脱硫装置除尘

脱硫装置出口烟尘浓度是由两部分组成的，一部分是由脱硫装置前端电除尘带入的，经过吸收塔洗涤、吸收后残余的烟尘[4]，另一部分是烟气流经除雾器后带出的浆液液滴，液滴中所含的石膏、石灰石等固体颗粒被计入到烟尘浓度中，因此，要控制脱硫装置出口烟尘浓度，到达高效除尘的目的，必须从上述两方面进行考虑。

1.1 吸收塔除尘

湿式石灰石-石膏法烟气脱硫（FGD）工艺以石灰石浆液为吸收剂，在吸收塔内，浆液通过喷淋装置与烟气密切接触以完成对二氧化硫的脱除。由于采用浆液洗涤的气液接触方式，该装置不但具有良好的脱硫功能，而且具有一定的除尘功能，可以将从电除尘器逸出的颗粒物进行二次捕集，从而降低烟尘排放浓度，达到协同治理的效果。

在吸收塔内，除尘机理与湿法除尘中的重力喷雾洗涤器的除尘机理类似，烟气从喷淋区下部进入吸收塔，烟气向上运动，浆液自喷嘴喷出向下运动，与烟气逆流接触，气流充分接触并对烟气中的二氧化硫进行洗涤脱除，同时气流中的烟尘颗粒与液滴之间的惯性碰撞、拦截、扩散、凝聚以及重力沉降等作用，使尘粒被捕集[5]。

一般吸收塔采用喷淋塔形式，烟气与浆液逆流方式接触。烟气从吸收塔进入，依次通过托盘、喷淋层。喷嘴喷出的浆液由塔上部喷入落到托盘上，含尘烟气从下部进入喷淋塔，当含尘气体进入塔后，部分烟尘被托盘筛孔流下来的液滴所捕获，或由于气流在改变方向时的惯性力作用，部分较粗的尘粒沉降到塔的底部被底部液膜捕集；而大部分微细烟尘通过托盘的筛孔进入泡沫层，激起大量的气泡，烟尘在惯性、扩散作用的同时又不断地受到泡沫的扰动，使烟尘不断改变方向，增加了烟尘与液体的接触机会，气体得到净化。

吸收塔的除尘效率与吸收塔喷嘴浆液的雾化粒径、液气比、空塔气速及入塔烟尘粒径等因素相关。

1.1.1喷嘴及雾化粒径

图1 吸收塔除尘效率与浆液液滴直径的关系曲线

在其他条件不变的条件下，研究浆液液滴直径与除尘效率的关系，如图1所示，吸收塔的除尘效率随着浆液液滴直径的减小而增大。液滴的直径是由喷嘴型式及喷嘴压力确定的，通常脱硫要求的液滴直径为1600~2500微米，对于协同治理而言，要实现较高的除尘效率，液滴直径宜选1600~2000微米。

吸收塔喷嘴压力选择为82.74kPa时，喷出的浆液平均粒径在1600μm，有利于烟尘的吸收。

另外，在同样的液气比的条件下，建议采用高雾化效果的喷嘴，例如双头喷嘴，降低浆液液滴直径，以提高脱硫除尘效率。

1.1.2液气比

图2  吸收塔的除尘效率与液气比的关系曲线

如图2所示，吸收塔的除尘效率随着液气比的增大而增大。特别指出的是对于低硫煤，由于脱硫所需的液气比很小，其协同脱除烟尘的效果较差，因此需要同时核算除尘所需要的液气比[6]。理论上保证70%的除尘效率，液气需要达到11以上，可满足除尘的要求。

1.1.3空塔气速

图3 吸收塔除尘效率与空塔流速的关系曲线

改变烟气空塔流速，其它脱硫运行条件不变的条件下，研究分析吸收塔除尘效率与空塔流速的影响关系，由图3可知，吸收塔的除尘效率随空塔流速的增大而减小。

由于吸收塔的主要功能是脱硫，吸收塔烟气流速选择必须以保证脱硫性能的前提下兼顾除尘性能，因此吸收塔气速一般为3.5~4米/秒，空塔气速设计值为3.77m/s，满足要求。

1.1.4入塔的烟尘粒径

图4  吸收塔分级除尘效率与吸收塔入口烟尘粒径的关系曲线

在液气比、烟气流速、液滴直径等脱硫运行条件不变的情况下，计算了入口烟尘粒径与吸收塔分级除尘效率的关系，如图4所示。吸收塔的分级除尘效率随粒径的增大而增大

[7]。

吸收塔入塔烟尘的粒径分布是计算吸收塔除尘效率的最为重要的参数。对于1～2μm的烟尘，吸收塔的分级除尘效率较小，上升较慢，2μm的烟尘粒径对应的吸收塔除尘效率仅为40%左右；对于3～5μm的烟尘，吸收塔的分级除尘效率较大，上升较快，对应吸收塔除尘效率达到70~85%左右；对于大于5μm的烟尘，分级除尘效率区趋于稳定接近100%。

因此2.5μm烟尘的占比对脱硫除尘效率的影响非常关键，详见表1。

表1  除尘器出口烟尘浓度粒径分布

经过研究表明，高效传质托盘吸收塔对烟尘的去除率有所提高；其中，对3μm的脱除率达80%，对2.5μm脱除率达70%。

1.2除雾器除液滴

1.2.1除雾器出口液滴固含量

在FGD中，脱硫后的烟气中都带有细小的液滴。这些液滴中包含着固形物或可溶物，他们主要是石灰石浆液吸收SO2后的生成物、过剩的脱硫剂以及未被捕集的烟尘，如果不除去这些液滴，这些液滴会在后续烟道系统、设备沉积，堵塞，结垢，影响系统的稳定运行，同时，游离的液滴也会加剧烟羽现象，甚至石膏雨，造成二次污染。工程中常采用折流板除雾器对脱硫后的烟气进行汽水分离。

根据GB/T21508-2008《燃煤烟气脱硫设备性能测试方法》，FGD出口液滴含量通过采样称重法测量。等速取样的烟气通过一级、二级吸收装置，使烟气中的液滴附着在吸收装置的内壁上，采样后称重，吸收装置在试验前后的质量差即是液滴的重量[8]。

而除雾器存在极限粒径的参数，一般平板式极限粒径为28~32μm左右，屋脊式极限粒径为22~24μm左右超过极限粒径的液滴全部被除雾器捕获，不能通过除雾器。石膏颗粒理论上在浆液中应该是均匀分布的，通过除雾器的小液滴中只能含有更小直径的石膏颗粒，根据国内外经验，通过除雾器的液滴含固量应该不超过7.5%。

1.2.2除雾器出口液滴浓度的控制

常规的两级级屋脊式除雾器第一级为粗除雾器，承担了90%的液滴分离任务，后一级为精除雾器，结构形式相同，在保证极限分离粒径的同时提高分级分离效率。

在塔内由于屋脊式除雾器较平板式除雾器具有更小的极限粒径和更广泛的气速适应范围，因此，为提高除雾器效果，推荐采用屋脊式除雾器。目前进口除雾器的性能优于国产的除雾器，这与设计水平，制造精度，材料选择、安装精度有关，另外，由于除雾器级数的增加能增加除雾器整体分离效率，因此为降低出口液滴含量，推荐采用三级高性能、进口屋脊除雾器。

2 脱硫装置高效除尘技术方案路线

脱硫装置要做到高效除尘，除了需要脱硫装置本身采取措施外，如选用高性能除雾器、高性能喷嘴及和足够液气比等，方能有效降低排放烟尘浓度[9]。

2.1更换原有托盘型式

将原有单托盘更改为高效传质托盘塔，可以显著提供吸收塔的烟尘脱除能力，特别是细微烟尘的脱除能力，对3μm的脱除率达80%，对2.5μm脱除率达70%。

2.2更换现有除雾器

本项目，除雾器出口液滴携带量保证值为75mg/Nm³，若要满足烟尘出口浓度≦20mg/Nm³，液滴出口浓度必须≦30mg/Nm³，一般除雾器很难满足这个要求，目前国内无论是平板、屋脊、管式还是上述三种类型除雾器的组合，基本上做不到30mg/Nm³, 推荐采用的是高性能三级屋脊式除雾器。

2.3喷嘴更换为高效双头喷嘴

与传统喷嘴相比，双头喷嘴通过二次雾化增加了液滴与烟气接触的比表面积，强化了传质效果，在同等压力条件下使用双头喷嘴可以提高脱硫效率和除尘效率。提高喷嘴压力，降低浆液雾化粒径，本项目浆液液滴雾化粒径为1600μm，基本上属于可选的最小粒径。

3 结论

脱硫塔在去除二氧化硫的同时，还有一定的除尘效果，优化脱硫塔的设计，选取合适的喷嘴、液气比、空气流速等可有效提高脱硫塔除尘效率，提高除雾器级数，可有效提高脱硫塔除尘效率。

参考文献

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