濕法煙氣脫硫除霧器設計選型和維護
摘要:分析了除霧器葉片的設計要求,比較了平板型和屋脊型除霧器的特點。從運行、維護的角度出發,建議建立除霧器檢測和沖洗制度,以確保除霧器的安全、正常運行。
關鍵詞:濕法煙氣脫硫,除霧器,設計選型,運行維護
除霧器是濕法脫硫裝置中必不可少的設備[ 1 ] 。除霧器的形式有多種,如氣旋式、絲網式、葉片式等。在石灰石—石膏濕法脫硫吸收塔中,一般采用葉片式除霧器。這種除霧器具有阻力小,一般每級小于 100 Pa;不容易堵塞;允許較高的煙氣流速;切分粒徑可達到20～40μm等優點。
1 除霧器葉片及其間距的選擇
目前,我國火電廠濕法脫硫系統中采用的吸收塔除霧器葉片有多種,但得到廣泛應用的主要是正弦波型和折流板型兩種葉片。
用于制造除霧器葉片的材料一般都采用PP塑料,該材料的優點是價格較低廉、耐腐性強。缺點是強度較低,耐溫性差,且隨著溫度的升高,強度降低很快,正常室溫下的強度僅為30MPa, 只有玻璃鋼的1 /5。但綜合各種因素考慮,脫硫系統中仍然普遍采用這種材料。
除霧器葉片的間距設定要綜合考慮除霧器阻力以及除霧效率兩個因素,一般要求兩級的阻力小于 200 Pa, 同時要求通過除霧器的煙氣中水的質量濃度低于100mg/m3。從目前的使用情況來看,正弦波型的葉片間距一般為30mm左右,而兩級平板型葉片間距一般選20～40mm。
安裝時,一般將葉片水平布置的平板型除霧器兩端支撐在梁上,此時梁的跨度選擇多大合適呢? 筆者曾計算了不同跨距下結垢厚度達到1 /3葉片間距時的最大應力,即按葉片高度為200mm,葉片厚度為3mm,間距40mm計,計算結果詳見表1。
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據有關文獻介紹, PP塑料在70 ℃時的強度為 8. 85MPa[ 2 - 3 ] 。根據除霧器的工作環境,設定安全系數為4. 5, 允許應力為1. 96MPa。因此,建議平板型除霧器的梁間距盡量不要超過2 000mm。
2 除霧器的選型
為了提高除霧效果,一般采用兩級葉片,第一級為粗除,第二級為精除。屋脊型除霧器布置在煙氣垂直流動的吸收塔上層,多采用單層梁支撐兩級葉片的固定方式。但為了檢修方便,也有用戶要求用兩層梁支撐。平板型除霧器可以布置在煙氣垂直流動的吸收塔內,也可以布置在煙氣水平流動的煙道中,一般采用雙層梁支撐或固定。
屋脊型除霧器的優點是煙氣通過葉片法線的流速要小于塔內水平截面的平均流速,這樣,即使塔內煙氣流速偏高,在通過除霧器時,由于流通面積增大而使得煙氣流速減小。但是,由于屋脊型除霧器需要在吸收塔的截面上留出矩形通道,而吸收塔是圓形的,所以部分面積需要用盲板封起來,從而部分抵消了一部分優勢。另外,屋脊型除霧器的結構較平板型除霧器更穩定,可以耐受的溫度較高,因此,當脫硫系統不設GGH時,建議采用屋脊型除霧器。單層梁的屋脊型除霧器高度一般為2 850mm, 而兩級平板型除霧器高度為3 230mm,即單層梁的屋脊型除霧器占用空間較小。但是,考慮到減小攜帶水量,通常要求煙氣在除霧器葉片以上1m處開始改變流向和提高流速,這樣可以使大的顆粒落回到除霧器。如果加上這預留的1m空間,屋脊型和平板型除霧器占用總空間接近。
另外,從經濟角度分析,平板型除霧器的成本比屋脊型稍低一些,所以,一般情況下最好選擇平板型,只有在煙溫相對較高時,為了提高安全性才選擇屋脊型除霧器。
3 結垢原因分析及沖洗系統設計
3. 1 結垢原因分析
(1)吸收劑漿液附著于除霧器葉片上。SO2 溶于水的電離產物主要是H+和HSO3 - ,為了促進SO2 的吸收和溶解,采取了2種措施:加入石灰石以中和溶液中的H+ ;向漿池中鼓入過量空氣,以促進石膏的形成和結晶。吸收塔底部的石膏漿液與新鮮的石灰石漿液混合后由噴嘴噴出,與煙氣充分接觸后,其中很小一部分被煙氣攜帶附著于除霧器的葉片或其他零部件上。如果漿液在葉片上停留的時間較長, 就會在葉片表面形成垢層。
(2)吸收劑過量。過量的吸收劑會導致溶液中鈣離子濃度過高,過飽和度增大,結垢加快。
(3)吸收塔內煙氣流動不均勻。這種情況會在煙氣流速較快的位置產生二次攜帶,導致除霧器結垢,其根本原因是吸收塔流場設計不合理。
除霧器葉片一旦開始結垢,發展將十分迅速。
因為結垢層的存在減小了通道面積,導致該處的煙氣流速增大,加大了二次攜帶的風險。
3. 2 除霧器沖洗系統設計
在設計除霧器沖洗系統時要考慮的因素有:沖洗面選擇、沖洗水壓力、沖洗強度、噴嘴角度、沖洗頻率、沖洗水水質等。
為了減少煙氣通過除霧器后的攜帶水量,沖洗系統通常設計成只沖洗除霧器初級葉片的迎風面和背風面。沖洗水的壓力一般要求200 kPa以上,沖洗強度在40 l/ (m2·min)左右,噴嘴角度一般選擇 90°或110°, 200%重疊。
通過調整各沖洗通道的間隔時間可調節補充水量,沖洗通道可以按空間順序依次沖洗,也可以將一個周期內的沖洗次數調整為迎風面多于背風面。沖洗頻率一般取決于吸收塔每小時的蒸發水流量,當吸收塔內的水位低于設定值時,自動控制系統將執行除霧器沖洗程序。
沖洗水要盡可能采用新鮮水,以迅速降低除霧器葉片上附著漿液的飽和度,避免結垢。
4 安裝和運行中應注意的問題
(1)除霧器支撐梁的制作和安裝必須執行相關標準,并將其作為工程質量檢查計劃表中的一個項目加以重視。在除霧器安裝過程中曾發現有梁間距過大問題,這將使除霧器不能牢固定位。另外,在冬季安裝除霧器時,一定要小心搬運, PP材料在溫度較低時的韌性較差,受到強沖擊時易碎。
(2)為避免出現除霧器垮塌事故,應建立對除霧器的沖洗制度,并及時觀察除霧器前、后端壓差, 當壓差增大時應盡快沖洗。
(3)對于燃煤硫分高于設計值的電廠,由于從吸收劑補充來的水量增加,而吸收塔的蒸發量不變, 導致吸收塔水位越來越高,使得吸收塔始終處于高液位運行狀態,除霧器得不到自動沖洗。這種情況下,一定要建立除霧器定期沖洗制度。
5 結語
雖然平板型和屋脊型除霧器都已成功應用于煙氣脫硫工程中,但從經濟性考慮,建議一般情況下選用平板型除霧器,且支撐梁間距不要超過2 000mm; 而在煙溫較高的情況下,采用屋脊型除霧器比較適宜;要避免除霧器結垢,維持除霧器的安全、正常運行,必須建立除霧器的檢測和沖洗制度。
參考文獻:
[ 1 ]金定強. 脫硫除霧器設計[ J ]. 電力環境保護, 2003, 19 ( 1) : 19 - 21.
[ 2 ]楊柳,王世和,王小明,等. 濕法煙氣脫硫系統除霧器特性試驗研究[ J ]. 熱能動力工程, 2005, (2) : 9 - 12.
[ 3 ]陳水龍. 電廠脫硫系統中除霧器結垢和局部塌陷問題的分析和對策[ J ]. 電力環境保護, 2008, 24 (4) : 14 - 16.
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