余辉 明章新

【摘 要】近年随着排放标准的提高，在对燃煤电厂火力发电机组湿法脱硫吸收塔改造过程中，如何保持除雾器截面在合理的流场工况，避免除雾器由于流速过低或过高而出现“失效”现象，而一味的提高除雾器前后直段距离，则会使得增加吸收塔高度和加长烟道长度，造成投资增加，本文主要研究不同的吸收塔出口形式对除雾器截面流场进而对雾滴脱除效率的影响。

前言

近年来，随着环保压力日益增加，国家对燃煤电厂排放要求也逐步提高，在《2011版大气污染物排放标准》中规定，在重点地区，要求烟尘排放浓度<20mg/Nm3，SO2排放浓度<50mg/Nm3，Nox排放浓度<100mg/Nm3；在2014年9月12日三部委规定的火电厂排放限值（2093号文）东部地区新建机组排放限值为烟尘<10mg/Nm3，SO2<35mg/Nm3，NOx<50mg/Nm3，中部地区原则上接近或达到、西部地区接近或达到上述限值；2015年12月2日李克强总理主持的国务院常务会议在全国全面推广超低排放和世界一流水准的能耗标准，在2020年前，完成对燃煤机组全面实施超低排放和节能改造。在此背景下，国内燃煤电厂纷纷进行节能改造，以满足最新排放要求。吸收塔内关键设备除雾器的效率直接影响上述标准中的粉尘能否达标排放。

1.除雾器工作原理

燃煤锅炉烟气，经过前端脱硝、电除尘等工艺后，进入吸收塔内部，经过喷淋层浆液洗涤，形成夹带液滴的湿烟气，这些液滴中包含着固形物或可溶物，他们主要是吸收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，这些液滴会沉积，堵塞，结垢，将会产生一系列的问题。例如会造成二次污染、石膏雨、后续设备的振动和腐蚀，或者是减少设备的使用效果和使用寿命。工程中常采用除雾器对脱硫后的烟气进行汽水分离。

当含有雾沫的气体以一定速度流经除雾器时，由于气体的惯性撞击作用，雾沫与波形板相碰撞而被附着在波形板表面上。波形板表面上雾沫的扩散、雾沫的重力沉降使雾沫形成较大的液滴并随气流向前运动至波形板转弯处，由于转向离心力及其与波形板的摩擦作用、吸附作用和液体的表面张力使得液滴越来越大，直到集聚的液滴大到其自身产生的重力超过气体的上升力与液体表面张力的合力时，液滴就从波形板表面上被分离下来。除雾器波形板的多折向结构增加了雾沫被捕集的机会，未被除去的雾沫在下一个转弯处经过相同的作用而被捕集，这样反复作用，从而大大提高了除雾效率。气体通过波形板除雾器后，基本上不含雾沫。

2、除雾器出口雾滴含量的影响因素

决定雾滴出口含量的除雾器性能参数最重要的是：携带速度、极限分离粒径和除雾器的分级分离效率。

（1）携带速度。除雾器的捕集效率随气流速度的增加而增加，这是由于流速高，作用于液滴上的惯性力大，有利于气液的分离，但是流速的增加将造成系统阻力增加，使得能耗增加。并且实验证明，流速增加到一定的程度，除雾效率不升反而急剧下降，分离后的雾滴将被气体再次携带。这就是临界气体速度。这是除雾器选型和设计的一个重要参数。平板式除雾器临界速度一般为5.2m/s左右，屋脊式除雾器临界速度一般为7.2m/s左右，烟道式除雾器临界速度一般为9m/s左右。对应的空塔或空烟道速度一般分别为3.8m/s、4.5m/s和5m/s左右。

（2）极限分离粒径。极限分离粒径就是所有大于此雾滴粒径的液滴将被100%地从气体中分离。窄的叶片间距和长的通道长度能获得更小的极限分离粒径，但同时带来积垢和阻塞的问题。平板式除雾器极限粒径为28～32μm左右，屋脊式除雾器极限粒径为22～24μm左右，烟道式除雾器极限粒径约为15μm左右。

（3）除雾器的分级分离效率。每一级除雾器除了能够100%分离大于极限雾滴的颗粒，还可以分离那些比极限粒径小的颗粒，这部分分离效率即为分级分离效率。下图体现了同种工况下同种型号除雾器不同级数的分级分离效率：

3、不同吸收塔出口形式对除雾器效率的影响

从上面影响除雾器效率的因素可以看出，通过除雾器叶片的烟气流速对除雾效率的影响至关重要，即空塔或空烟道速度一般分别为3.8m/s、4.5m/s和5m/s左右，在實际工程中，除雾器截面会存在一定的速度离散偏差（CV），由于吸收塔内和烟道除雾器往往都与吸收塔出口设置形式直接相关，而目前常见的吸收塔出口主要有以下四种：

下列为再其他条件保持一致的情况下，通过CFD分析，考察吸收塔出口形式对除雾器截面速度离散偏差程度：

根据上表数据，对比塔内烟气的流场，偏心的出口型式在塔内形成明显的偏流。分析原因可能是这种型式对烟气一侧造成了挤压作用，烟气出口方向的阻力小，烟气往压力小的方向偏流。其流场的偏心影响在塔内，甚至影响到除雾器入口的气流分布，影响除雾效率。顶出型式对塔内烟气挤压作用相对对称，塔内中心部分烟气流速较高，边缘区域流速低。其流场偏心的影响在出口锥段上。这种流场分布能配合除雾器流场的需求，如边缘区域除雾器盲板对烟气的阻挡。塔出口净烟道的流场，烟气经过塔出口后，侧出型式项目在净烟道处流场相对均匀。若未来要安装烟道除雾器则侧出出口的净烟道的流场更能满足流场要求。

4、不同吸收塔出口形式工程量对比

下面以16.8m的600MW级锅炉为例，，分别将钢材用量、防腐面积以及风载荷的迎风面积等参数予以对比

结束语

通过以上对比分析，结合各项目具体情况，若对性能要求不高的项目，可以采取出口形式C的扁平出口，这样可以节约投资，但如果在超净项目的改造上遇到出口C的形式，则需要根据CFD的模拟结果加大除雾器顶部到吸收塔出口下沿的距离。出口形式C能比较好的兼顾塔体总高度和塔内流场要求，在目前普遍项目的执行过程中，除雾器顶部到锥顶下沿的距离2m左右可以达到超净项目的流场要求。当需要采用顶出形式时候，则有A，B三种出口形式可以选择，这里需要考虑的是，顶出出口在满足除雾器截面CV值的前提下，除雾器顶部到锥顶下沿的距离能否减小以降低吸收塔的整体高度。

（作者单位：1武汉凯迪电力环保有限公司；

2 武汉工程大学化学与环境工程学院）