导读：在超低排放脱硫系统脱硫效率大幅提高的同时，其协同除尘效果也显著提高，一批改造后脱硫系统的协同除尘效率(净效率，已包含脱硫系统逃逸浆液滴的含固量)达到了70%，那么超低排放湿法脱硫协同除尘的核心机理是什么?湿法脱硫协同除尘技术是否有局限性?应用中应注意哪些问题?还有，超低排放技术路线选择中如何把握好湿法脱硫协同除尘与湿式电除尘器的关系?
来源：龙净环保
随着国家三部委《全面实施燃煤电厂超低排放和节能改造工作方案》的实施，燃煤电厂烟气治理设备超低排放改造工作突飞猛进，成绩显著。在超低排放脱硫系统脱硫效率大幅提高的同时，其协同除尘效果也显著提高，一批改造后脱硫系统的协同除尘效率(净效率，已包含脱硫系统逃逸浆液滴的含固量)达到了70%，那么超低排放湿法脱硫协同除尘的核心机理是什么?湿法脱硫协同除尘技术是否有局限性?应用中应注意哪些问题?还有，超低排放技术路线选择中如何把握好湿法脱硫协同除尘与湿式电除尘器的关系?
一、湿法脱硫喷淋液滴协同除尘机理
喷淋塔除尘机理与湿法除尘设备中重力喷雾洗涤器相似。一定粒径(范围)的喷淋液滴自喷嘴喷出，与自下而上的含尘烟气逆流接触，粉尘颗粒被液(雾)滴捕集，捕集机理主要有重力、惯性碰撞、截留、布朗扩散、静电沉降、凝聚和沉降等。烟气中尘粒细微而又无外界电场的作用，可忽略重力和静电沉降，主要依靠惯性碰撞、截留和布朗扩散3种机理。烟气中粉尘颗粒依次通过与单个液滴、单层喷淋层、多层喷淋层的综合作用被捕集下来。
液滴与颗粒的碰撞拦截及扩散作用 湿法脱硫喷淋层布置
二、什么因素会影响湿法脱硫协同除尘的效果
1、喷淋层对粉尘颗粒的捕集效率模型
(1)单个液滴对粉尘颗粒的惯性碰撞、拦截和布朗扩散效应
从碰撞、拦截及扩散来讲，烟气粘度、颗粒粒径、液滴粒径、颗粒密度、烟气密度、烟气流速都会对基础效率造成影响。
(2)单层喷淋层中，粒径为dl的雾滴群的颗粒的分级捕集效率
将碰撞、拦截与扩散放置到喷淋层的宏观上，喷淋层的布置高度、单层液气比等又会对单层效率造成显著影响。
(3)湿法脱硫装置喷淋液滴综合除尘效率
从综合效率来看，喷淋层的布置层数越多，脱硫塔对颗粒的去除效率越高。
2、湿法脱硫协同除尘影响因素分析
(1)颗粒物粒径及分级浓度分布对喷淋层协同粉尘脱除效率的影响。我们选择了目前项目上大量采用的蜗壳空心喷嘴型式和液气比14.283L/m3条件下，比较了不同粒径范围(900～5000μm)液滴群对颗粒物分级脱除效果。随着颗粒物分级粒径的增大，脱除效率明显增加，900μm粒径液滴群对10μm颗粒物的脱除效率可达70%以上，但对1μm颗粒物的脱除效率不到5%;
(2)液气比对颗粒物协同脱除效率的影响。维持喷嘴形式不变，比较了不同液气比条件(8、12、16、20L/m3)下不同粒径范围(900～5000μm)喷淋雾滴群对2.5μm粒径颗粒物的脱除效果，900μm左右粒径的液滴，液气比从8L/m3增加到16L/m3，对2.5μm颗粒分级脱除效率从14.35%增加到26.64%，因此增大液气比有助于提高湿法脱硫对粉尘和细颗粒的协同脱除作用。
(3)机械类除雾器对颗粒物协同脱除的影响。除雾器对喷淋层出口的飞灰颗粒物是否有较高的直接脱除作用呢?我们认为，应该说会有一定作用，主要在于捕集逃逸液滴的同时捕集了液滴中的颗粒物(石灰石、石膏及被液滴包裹的烟尘等)。燃煤电厂超低排放治理条件下，脱硫前的除尘器出口飞灰颗粒物浓度一般控制在20mg/m3左右，平均粒径约为3.02μm，经过脱硫塔喷淋层协同除尘作用后，喷淋层出口的飞灰颗粒物平均粒径<1μm。一般机械除雾器对液滴的临界分离粒径在20～30μm左右，可以推断，机械除雾器对喷淋层出口的飞灰颗粒物直接脱除(液滴包裹的除外)作用很有限，不太可能成为协同除尘的主要贡献者。
我们以上述模型为基准，计算某实际超低WFGD工程喷淋层改造前后的除尘效率，改造前液气比为10.35L/m3，改造后设计液气比提高到17.55L/m3，喷淋层的协同除尘效率从74.95%提升到83.30%;细颗粒(PM2.5)脱除率从42.74%提高到61.83%，提效44.67%，脱硫超净改造中，提高液气比会显著提高湿法脱硫对细颗粒的协同脱除效率。
3、湿法脱硫协同除尘的局限性
WFGD的主要功能定位是脱硫，除尘基本上是协同作用。从实际运行来讲，WFGD运行是与煤的含硫量、发电负荷紧密联系的，主要根据WFGD进口SO2浓度进行控制，调节循环泵开启的个数，控制喷淋量与浆液pH。在这种以脱硫为主的调节方式下，当WFGD进口SO2浓度比较低，飞灰颗粒物浓度较高时，WFGD的运行将难以兼顾，不大可能为了维持较高的除尘效率将喷淋层全负荷投运，这样可能导致协同除尘效率不是很稳定。若将WFGD作为除尘的终端把关设备，在特定应用煤种情况下(如低硫煤、高灰分、高比电阻粉尘)，WFGD协同除尘有一定的局限性。
三、如何选择超低排放技术路线
1、什么情况下湿法脱硫协同除尘无法达到超低排放?
为了说明湿法脱硫协同除尘与湿式电除尘器在除尘中相互关系，我们举了个计算例子，取超低排放WFGD出口烟气液滴浓度为15mg/m3(含固量15wt%)，计算液气比分别为10、12.5、15、17.5和20L/m3的WFGD进出口粉尘浓度关系(注：这里是简化计算，实际应考虑塔内其他部件对烟尘的捕集作用)，结果表明：
(1)WFGD的液气比越大，喷淋层协同除尘效率越高，越容易达到超低排放，在高效除雾器的配合下，保证达到超低排放的脱硫进口粉尘浓度范围越大。
(2)在特定液气比条件下，WFGD进出口粉尘浓度呈线性关系(正相关)，当其进口粉尘浓度在一定范围以内(较低)时，对应的出口粉尘浓度低于5mg/Nm3，此时由高效除雾器配合即可满足WFGD出口粉尘浓度达到超低排放要求，当进口粉尘浓度超出某一限值时，即使配套了高效除雾器，对应的出口粉尘浓度还是会超过5mg/Nm3，此时需要湿式电除尘器作为终端除尘把关设备。
根据我们的经验可以列出以下几点作为考虑是否需要配置WESP的主要因素：
(1)脱硫前除尘器的除尘效率是否有较大余量?
(2)煤种的条件：实际供应的煤种含硫量是否波动较小?
(3)影响除尘器除尘效率的煤种条件和飞灰条件是否相对稳定?
(4)是否考虑未来对SO3等其他污染物的控制要求?
如果有以上(1)～(3)的不利条件，同时考虑到未来对SO3等可凝结颗粒物和其他污染物的控制要求，那么论证配置WESP的必要性是应该的。
2、湿式电除尘器对超低排放与多污染物协同控制的重要作用
湿式电除尘器(WESP)安装于WFGD下游，进口烟气温度低且处于饱和湿态，水雾与粉尘结合后比电阻大幅下降，使得WESP对粉尘适应能力强，同时不存在二次扬尘，因此无论前部条件是否波动，WESP对细颗粒和WFGD除雾器逃逸液滴均具备较高的脱除效率，WESP还能有效捕集其它烟气治理设备捕集效率较低的污染物(如PM2.5、SO3酸雾和Hg等)，可作为烟气多污染物治理终端把关设备。实际工程中WESP除尘效果显著，甚至可达到更低排放要求，例如国华三河电厂2#机组(330MW)配套WESP出口粉尘排放浓度为2.76mg/Nm3，国华沧东电厂3#机组配套WESP出口粉尘排放浓度为1.993mg/Nm3，河北国华定洲发电有限责任公司1号机组(600MW)配套WESP出口粉尘排放浓度低于1mg/m3。
四、小结
总体来讲，WFGD协同除尘的主要贡献是喷淋层，通过超低排放WFGD喷淋层与高效除雾器的配合，协同除尘效率可达到70%左右;湿法脱硫装置的主要功能定位是脱硫，除尘是协同功能，不应过度依赖WFGD的协同除尘作用(设计上直接应用70%协同除尘效率是有风险的);机械除雾器主要脱除液滴中固体含量，对粒径更小的喷淋层出口飞灰颗粒物(≤10μm)的脱除作用很有限，起到辅助除尘作用;湿式电除尘器对颗粒物、雾滴及其他(SO3等)污染物具有高效捕集能力，在超低排放中作为终端把关设备可以应对煤种、工况变化的复杂情况。
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