新型湿法脱硫气动增效除雾降尘技术分析.docx
新型湿法脱硫气动增效除雾降尘技术分析为根本治理日益严重的雾霾天气，国家和各地各行业纷纷提出比国标更严格的排放要求。随着火电厂大气污染物排放标准(GB13223-20*)的实施和煤电节能减排升级与改造行动计划(20*-20*年)的印发，对于粉尘排放要求逐渐提高，迫切需要创新的先进技术有效降低电厂的粉尘排放浓度。在中国科学院力学研究所等单位的支持下，*天蓝科技股份公司研发的“气动增效除雾降尘技术”为实现这种目的提供了性价比最高、具有专利技术的支撑。该方案关注除雾器这一控制粉尘排放的关键和最终环节，面向石灰石浆液这一粉尘排放的重要载体，引入增强型气动除雾降尘导流器组件，应用提升局部流速与湍流度、加强小雾滴直接吸收、促进小尺寸雾滴聚合等流体力学原理,到达有效降低出口雾滴含量、抑制粉尘排放的目的。1、技术构成与原理1.1主要技术构型针对当前粉尘超低排放的要求和除雾器的运行现状，本公司提出一种取代湿式电除尘器的专利技术，开发出了一种增强型气动除雾降尘导流器组件，与原有除雾器形成一种新型组合，可以大幅度降低除雾器出口雾滴含量，同时祛除烟气中的细微燃烧颗粒及石膏浆液中的固态微粒，满足严格的粉尘排放要求。本设计提出的气动增强除雾器方案，通常采用一级屋脊式+气动增强导流器+一级屋脊式除雾器构造形式，其中导流器部分依据不同的电厂脱硫系统运行数据及技术指标要求开展详细设计，具体形式包括圆柱形、水滴形、非对称翼型及涡流发生器等构造，以适应不同的烟气流量、入口粉尘与雾滴含量、压降限制等技术要求。导流器部分典型的三层顺流构造示意图如图1.2设计理论根底湿法脱硫通常以石灰浆液作脱硫剂，在吸收塔内对S02烟气喷淋洗涤。洗涤过程会产生大量的不同尺度雾滴，需要通过脱硫塔末端的除雾器开展去除。除雾效果与雾滴尺寸密切相关，脱硫装置中的石膏浆液经喷嘴雾化后雾滴直径一般在15UnI1150m左右，雾滴在经过除雾器后，直径不小于22UnI的雾滴去除率一般为99.99%,直径1522um的液滴去除率为50%,15m以下的雾滴无法拦截，因此净烟气中通常带有石灰浆液。对于净烟气排放而言，石灰浆液是粉尘排放的重要载体,国外典型研究结果中总粉尘排放中开展元素分析，石灰浆液蒸发产物所占比例接近50%,而对于超细粉尘中，石灰浆液蒸发产物比例更高。另一方面燃烧产物飞灰经脱硫喷淋，大量也以液滴形式存在。因此，除雾器是控制烟尘排放的关键（最终）环节：通过捕集液滴，能够有效的降低前述粉尘的排放；出口粉尘形态的团聚和不规则特征，更容易采用气动原理开展捕集；通过脱硫和除雾相结合的系统优化，能够有效的降低石膏浆液和粉尘排放。气动效应是雾滴捕集的关键因素。本技术通过强化气液传质和捕集、聚团效应，降低净烟气中游离水的方法，到达降低烟气中粉尘排放的效果。本技术的主要理论根底要点包括：(I)离散雾滴粒子团的受力分析与大规模行为追踪；包括离散相数值方法的运用、建立粒子在空气中的受力模型、刻画粒子与粒子团的运动行为、以及离子行为的大规模数值计算等。(2)湍流色散效应与湍流增强效果运用湍流色散效应反映了湍流作用下粒子不规则运动，是自然界水气交换的最重要因素，是雾滴粒子充分扩散撞击以及除雾器高效捕集的根底。(3)雾滴例子撞击与聚合模型与改良撞击与聚合是小尺度粒子吸收的重要条件，通过求解粒子撞击概率，模拟小尺度粒子合并过程，能够更好地模拟壁面捕捉粘附过程，为优化小尺度粒子吸收提供重要条件。(4)基于涡流发生器的局部涡流增强技术涡流发生器(VortexGenerator)对于促进边界层转摄、提高湍流脉动，以及抑制流动抑制分离、降低系统阻力与压力损失都具有非常好的前景，是导流装置可采用的有效措施。1.3主要技术突破在上述理论的根底上，本技术充分利用气动原理与优化技术，通过前述设计思路，在一下方面取得了重要技术突破:(I)提升局部流速与湍流度通过导流组件构成局部文丘里结果，以提高局部流速,增大小尺寸液滴撞击能力，同时促进二级屋脊式除雾器的粒子吸收，降低临界吸收粒径；通过气动绕流旋涡增强构造与涡流发生器，共同提升湍流度，增强湍流色散效应，增大二级除雾器内部碰撞捕获几率；利用大规模分散管束构造，均匀除雾器流道压力，降低拐角压力损失，促进除雾器整体平衡，提高除雾器吸收效率。图局部湍流度增强效果示意(2)加强小雾滴直接吸收能力在原有惯性吸收原理的折板式除雾器根底上，利用导流器的阻滞性捕捉方式，促进小尺寸液滴沿流线的粘附聚合效果，提高小尺度雾滴吸收能力；利用旋涡导流器的尾涡流场构造，增加粒子运动时程,促进超细粒子捕捉。图局部阻滞捕捉方式示意(3)促进小尺寸雾滴聚合效果通过文丘里组件的收缩-扩张构造形成的聚流模型，提高有效提高局部团聚能力，典型工况效果到达原有4倍以上;利用旋涡导流器的湍流度增强效果，增加小尺寸雾滴的时空运动历程，提高除雾器内部聚合效果。图局部湍流增强促进聚合示意1.4典型工况流场评估结果导流器组件前后速度与湍流强度如下列图所示，可见该组件能够有效提高局部流速，利用高速区的撞击吸收能力，增强湍流强度，提高后续第二级除雾器的吸收能力。图速度云图图湍流强度云图粒子轨迹与浓度如下列图，可见经过第二级除雾器后PMlO以上粒子被充分吸收，PM2.5等更微细粒子的吸收能力也被大大提高，粒子浓度得到有效降低。图粒子轨迹图（颜色表示粒子大小）图粒子浓度云图压力结果说明，局部沿程压力损失增加在50-60Pa之间,对原有烟气系统影响不大。图压力云图针对典型工况的数值模拟实验结果说明，本技术能够有效提高局部流速，利用高速区的撞击吸收能力，增强湍流强度，提高后续第二级除雾器的吸收能力，局部沿程压力损失增加在50-6OPa之间，对原有烟气系统影响不大。图导流器局部流动与粒子浓度数值模拟结果综合上述要点，本技术主要采用空气动力学原理，利用专利技术对脱硫塔除雾器开展改造，基于增强型气动除雾降尘导流器组件，与原有除雾器形成一种新型组合，可以大幅度降低除雾器出口雾滴含量，同时祛除烟气中的细微燃烧颗粒及石膏浆液中的固态微粒，满足严格的粉尘排放要求。2、典型技术方案及指标本技术针对不同的入口粉尘条件与技术指标要求，设置不同类型的导流器构成形式，并依据烟气流量等入口条件配置导流器与除雾器设计参数，经过典型工况电厂的数值模拟效果评估，确认能够实现达标排放和超净排放的技术指标,不同入口条件下典型方案设计与指标实现情况如下。(1)入口粉尘含量不大于50mgNnI3浆液含固量：不大于0.2；设计方案：导流器采用三层顺流构造+附加涡流发生器,第二级除雾器采用屋脊式除雾器。主要技术指标：出口雾滴含量W25mgNm3,出口粉尘浓度WlonIg/Nm3。(2)入口粉尘含量不大于30mgNnI3浆液含固量：不大于0.13；设计方案：导流器采用大阻力四层带攻角旋涡增强构造+附加涡流发生器，除雾器采用二级屋脊式除雾器。主要技术指标：出口雾滴含量W25mgN3,出口粉尘浓度W5mgNnI3。(3)入口粉尘含量不大于20mgNm3浆液含固量：不大于0.15；设计方案：导流器采用四层带攻角旋涡增强构造+附加涡流发生器，除雾器采用二级屋脊式除雾器。主要技术指标：出口雾滴含量W20mgN3,出口粉尘浓度W5mgNnI3。3、结论与展望本技术提出的气动增强除雾器方案，针对石灰石浆液这一粉尘排放的重要载体，引入增强型气动除雾降尘导流器组件，应用提升局部流速与湍流度、加强小雾滴直接吸收、促进小尺寸雾滴聚合等流体力学原理，到达有效降低出口雾滴含量、减少粉尘排放，到达提高除雾降尘能力的目的。本技术为实现粉尘排放浓度降低到5mgNm3乃至以下提供具有创新型的实用技术方法，与湿式电除尘相比具有投资少、除尘效果相当、运行维护费低的巨大优势。
