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脫硫塔高效除霧技術的探究
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脫硫塔高效除霧技術的探究

2020-09-02      閱讀:
脫硫塔除霧器是安裝在濕法脫硫系統末端環節的重要設備,現階段較為常見的有板式除霧器和靜電除霧器兩種,但是存在除霧效果不穩定、除霧效率不高等問題。要想適應當前的冶煉廠工作要求,必須對這兩種除霧技術進行改進。氣動增強除霧是近年來新興的一種高效除霧技術,顯著提高了對超細顆粒和細微液滴的收集能力,從而達到高效除霧的效果。三種除霧技術在投資成本、能源消耗等方面也存在較大差異,需要綜合對比、擇優選取。
1 冶煉廠常用脫硫塔除霧技術
1.1 機械除霧技術
機械除霧中的核心設備是板式除霧器,除霧通道設置為“S”形,在除霧通道的兩側壁上粘貼有吸水材料,當煙氣通過除霧通道后,煙氣會不斷沖擊側壁,其中的水分會被吸水材料吸收,達到水氣分離的目的。機械除霧技術的優點是造價較低、設備維修方便,但是缺點也同樣明顯,例如板式除霧器只能對粒徑大于 50μm 的液滴進行吸附,這就意味著低于 50μm 的液滴仍然存在于煙氣中,除霧效果不理想,還有就是需要額外提供較大的壓力,增加煙氣流速,這樣也會額外增加能耗。
1.2 靜電除霧技術
靜電除霧器通過釋放高電壓靜電,讓煙氣電力形成大量離散的正、負離子。在微觀層面上,電極放電后吸引正離子,而負離子則逐漸移動、靠近沉淀電極。在正負離子移動過程中,會接觸到煙氣中極其微小的霧滴。煙氣中的水霧為中性,不帶電;而含有二氧化硫的酸霧與帶電粒子碰撞后帶有電荷,會在正負離子的吸引下逐漸移動到兩側電極,從而將
煙氣中的酸霧去除。與機械除霧技術相比,除了在除霧效率上有明顯提升外,還具有工作效率高、可塑性好等特點。但是由于整個除霧環節需要頻繁放電,因此耗電量較高。
2 脫硫塔除霧技術的優化設計
2.1 板式除霧器的高效除霧改造技術
2.1.1 改造思路
根據板式除霧器的工作原理可知,對除霧效率有直接影響的因素主要包括煙氣流速、葉片形狀、通道數和葉片間距幾種。改造思路之一就是優化板式除霧器的葉片設置,例如根據實驗證明,葉片間距控制在40 ~ 60mm 之間,可以保證除霧效果提升 30% ~ 50%。葉片傾斜角度調整到 40 ~ 50°之間,既可以保持較好的液體脫出效果,同時又能夠避免因為氣流碰撞葉片而導致煙氣流速降低的問題。除此之外,還可以適當增加通道數,將單通道增加為雙通道或三通道,這樣不僅可以提高除霧效率,而且還能增加有效流通面積,凈化效果也更加理想。
脫硫塔高效除霧技術的探究
2.1.2 改造內容
板式除霧器隨著使用年限的增加,在葉片等部位容易出現結垢問題。結構成分主要是硫酸鈣、碳酸鈣等。當結垢達到一定厚度后,除了會增加葉片轉動的負荷進而增加能耗外,還會影響除霧效果。通過調節葉片的傾斜角度和間隔距離,可以延緩結垢的形成時間;還有一種改造方法是在葉片表面采取防垢措施,例如使用新型材料—聚四氟乙烯,將其涂刷在葉片表面,可以降低葉片雜質粘附。
2.1.3 效果縱向對比
經過改造后的板式除霧器,與改造前相比,主要在以下幾方面取得了顯著的效果改善:其一,除霧效率有所提升,原來的葉片傾角范圍在 10°~ 70°之間,將傾角控制在 40°~ 50°后,除霧效率可以提升30% 左右;其二,葉片結垢速度明顯減緩,改造前新葉片投入使用后,約 150 天可以在葉片表面觀察到較為明顯的斑點狀結垢,在 200 天后可以發現一層致密的結垢,而使用聚四氟乙烯材料后,葉片使用 200 天未發現明顯結垢現象。
2.2 靜電除霧器的高效除霧改造技術
2.2.1 改造思路
第一,沉淀極要求有效截面積相對最大,即有限的面積里通過的煙氣最多,沉淀極材質導電性能良好,不易粘附結垢,容易清洗;
第二,當二次電壓一定時,電暈極線發射的電子密度最大,即二次電流大,從而使漿液液滴等微粒能在最短時間內荷電并移向沉淀極;第三,在煙氣流速較大的情況下,電暈極線不出現劇烈擺動,或即使擺動其擺動的幅度也在允許范圍內,使靜電場內電流電壓高度穩定,保證設備正常運行。
2.2.2 改造內容
高效改造的關鍵環節是制作和安裝高效沉淀極。目前常見的形式為管式沉淀極,但是由于橫截面積有限,因此除霧效率也會受到限制。在管式沉淀極的基礎上,設計了一種蜂窩式沉淀極,這樣將“一管”變“多管”,總截面積可以提升 10 ~ 15 倍,除霧效率得到了大幅度的提升。除此之外,蜂窩式沉淀極的內外兩側都可以發揮除霧效果,對于確保煙氣凈化效果也有積極作用。在本次改造中,除了拓展截面積外,還可以通過增加沉淀極長度的方式,達到類似的改造效果。
2.2.3 效果縱向對比
    改造后的靜電除霧器,與改造之前相比,其應用效果主要發生了以下改變:首先,在通入相同體積煙氣的前提下,傳統靜電除霧器的除霧效果維持在 40% ~ 70% 之間,因為受到了煙氣速度、電暈功率等因素的影響,除霧效果有較大的波動,改造后的除霧效果穩定在 70% 以上,脫硫與除霧效果明顯;其次,使用蜂窩狀沉淀極后,不需要振打裝置就可以滿足除霧要求,避免了產生二次飛揚的情況;最后,可以采用電除霧器與脫硫塔一體化設計,減少空間占用且降低投資成本。
3 氣動增強除霧技術的探討 
3.1 技術概述
采用一級屋脊式 + 氣動增強導流器 +一級屋脊式除霧器結構形式,其中導流器部分依據不同的電廠脫硫系統運行數據及技術指標要求進行詳細設計,具體形式包括圓柱形、水滴形、非對稱翼型及渦流發生器等結構,以適應不同的煙氣流量、入口粉塵與霧滴含量、壓降限制等技術要求。
3.2 設計思路
脫硫塔通過噴淋石灰液時,雖然可以去除煙氣中的二氧化硫,但是由于煙氣溫度較高,加上洗滌過程中產生液體飛濺,在空氣中重新形成了超細顆粒,當超細顆粒的濃度達到一定程度后,形成霧。這些霧如果處理不到位,其中的超細顆?赡軙街谠O備上,或是飄散到空氣中,對設備、對空氣都會造成污染氣動增強除霧的設計思路是在煙氣排出口位置,在粉塵未形成團聚狀態時,方便利用氣動原理進行收集,除了可以提高超細粉塵的去除效果外,還能從源頭上降低石膏漿液的濃度。
3.3 效果驗證
原系統為噴淋空塔,設計脫硫效率不低于 96.9%。改造工程在原有330MW 機組脫硫塔的基礎上,將脫硫塔上段按要求適當抬高,新設計安裝了氣動增強型除霧器。工程改造前通過數值模擬方法,對整個和局部流場經過了詳細的評估,優化了除霧器設計參數,確保工程取得良好效果。檢測結果表明,系統在原煙氣煙塵質量濃度為 21.3mg/m3 條件下,凈煙氣煙塵質量濃度為4.8mg/m3。氣動增強型除霧器出口煙塵質量濃度達到近“零排放”設計值,與數值模擬預測結果相符。
4 幾種脫硫塔高效除霧技術的對比
4.1 技術對比
板式除霧器是利用煙氣物理碰撞和水分吸收的技術措施,達到水氣分離效果,然后在重力作用下,將凝結的水分收集起來。通過簡單改良后可以提高板片的吸水效果。通過使用聚四氟乙烯材料,可以降低葉片運行負荷,達到了增強除霧效果的目的。靜電除霧器是利用高壓放電,讓煙氣發生電離,然后通過帶電粒子的定向移動,達到去除超細液滴的目的。通過技術改良,使用蜂窩式沉淀極,可以提高電力效果,提高除霧效率。氣動增強除霧利用增壓技術,在高氣壓作用下增加煙氣離心力,達到分離效果,除霧效率可以穩定維持在 90% 以上。
4.2 成本對比
在技術投資方面,隨著新技術、新設備的投入使用,靜電除霧器和氣動增強除霧器的成本有降低趨勢,特別是增強型氣動除霧降塵導流器組件推廣應用后,不僅降低了出口霧滴含量,而且造價相比于最初設備降低了 40% 左右。板式除霧器在改良后,成本增加幅度較大。例如使用新型葉片替換原葉片,葉片單價高出約120元。因此僅從成本方面來看,靜電除霧器和氣動增強除霧器的成本較低,板式除霧器的造價較高。
4.3 效果對比
經過改良后的板式除霧器和靜電除霧器,在提高超細霧滴吸收效率、降低“石膏雨”及粉塵排放等方面的效果均有明顯提升。但是與氣動增強除霧器的處理效果相比還有一定差距。例如從超細霧滴的去除能力上來看,板式除霧器最高可去除的液滴粒徑為 50μm,靜電除霧器經過改良后可以將最高可去除液滴粒徑控制在 10μm 以內,而啟動增強裝置通過高速離心作用,可以將最高可去除液滴粒徑維持在 3μm 以內。
4.4 能耗對比
在大力推廣節能減排的背景下,脫硫塔除霧技術除了追求更高效率外,能源消耗也是需要重點關注的問題。本文所提及的三種除霧技術中,靜電除霧器的能耗最高,板式除霧器的能耗次之,氣動增強除霧技術的節能效果最為明顯。在氣動增強除霧系統中,有專門的熱能收集和轉化裝置,可以將高溫煙氣中的熱量回收,轉化為機械能或電能,支持氣動裝置的運行,雖然也需要外接電源進行供能,但是相比于另外兩種除霧技術,在節能降耗方面效果顯著。
5 結語
為了更好地滿足冶煉廠技能改造的發展需要,需要對現行的煙氣脫硫裝置進行改造,在進一步提高除霧效果的基礎上,追求更低的投資成本和更高的節能效果。本文對當前常見的板式除霧器和靜電除霧器進行了技術改良,并結合一種新型氣動增更強除霧技術,分別從除霧效果、能源消耗、投資成本等方面進行了綜合比對。根據綜合對比結果,氣動增強器各方面的優點比較均衡,值得在冶煉廠進行推廣使用。
6.填料的選用
脫硫塔填料的選用應根據所處理物料的腐蝕性及操作溫度來確定。
 填料的尺寸:塔徑與填料外徑的合適比值(徑比)有一下限值,當徑比低于該值時難以預測它們的性能填料的通過能力:填料的極限通過能力就是液泛點的空塔氣速填料的效能:影響效能因素十分復雜,按實測值進行設計較為可靠填料的壓力降:填料塔的動力消耗,主要取決于氣相的全塔總壓力降。規整填料有哪些有點?有金屬填料、塑料填料、陶瓷規整填料,規整填料的類型很多,有的著重于氣液流道的安排,使氣液盡可能均勻分布,有的側重于接觸面的擴大,有的則考慮盡量降低阻力,出現了各種平行板膜式填料塔。波紋填料較滿意地解決了液體分布均勻、有效傳質面積大和阻力小的矛盾。規整填料分為波網填料和波紋板填料兩種,波網填料的最大特點是填料層內氣液分布均勻,故其放大效應不明顯。波紋板填料的價格較低、剛度較大,其性能較波網填料稍差。

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