胡 昕
(湖北西塞山發(fā)電有限公司,湖北 黃石 435000)
目前,燃煤電廠的大氣污染物是環(huán)境污染治理的主要對(duì)象,我國(guó)生態(tài)環(huán)境部對(duì)火電廠的環(huán)保設(shè)施提出了更高的運(yùn)行要求,只有通過(guò)超低排放技改,環(huán)保設(shè)施才能滿足新的排放標(biāo)準(zhǔn)[1]。煙氣凈化技術(shù)的不同階段,減少脫硫后粉塵顆粒物的含量是凈化煙氣的主要途徑,也是達(dá)成煙氣凈化目標(biāo)的重點(diǎn)目標(biāo)。
濕法煙氣脫硫技術(shù)是煙氣脫硫中應(yīng)用最廣的重要技術(shù),最近幾年的研究顯示,石灰石-石膏法脫硫系統(tǒng)盡管能夠有效去除二氧化硫和粒徑較大的粉塵,但是對(duì)2.5 μm以下的顆粒物的收集效果并不理想[2]。而且,隨著粒徑減小,脫除效率明顯降低。
在濕法脫硫過(guò)程中,其煙氣中的細(xì)顆粒會(huì)不斷地發(fā)生變化,其粒徑分布、濃度乃至霧化構(gòu)成都會(huì)有所調(diào)整。在這一過(guò)程中,細(xì)顆粒和脫硫漿液混合在一起,造成脫硫后,脫硫物質(zhì)極易吸附于細(xì)顆粒外層,影響顆粒的性質(zhì)[3]。同時(shí),因?yàn)榘l(fā)生化學(xué)反應(yīng)、蒸發(fā)、結(jié)晶等現(xiàn)象,脫硫后顆粒物的濃度出現(xiàn)較大的變化,粒徑也有一定的調(diào)整,進(jìn)而影響顆粒物的排放。所以,對(duì)濕法脫硫工藝進(jìn)行分析,解讀工藝中細(xì)顆粒的變化特征,人們就可以限制細(xì)顆粒的排放。
石灰石-石膏濕法煙氣脫硫工藝為目前燃煤電廠應(yīng)用最廣的脫硫工藝,簡(jiǎn)稱為FGD,其工藝的基本原理是利用液態(tài)懸浮液(主要成分為碳酸鈣)吸收煙氣中的二氧化硫,吸收劑為石灰石粉,石膏為最后的脫硫副產(chǎn)物。湖北西塞山發(fā)電有限公司#3、#4爐均采用水媒式煙氣換熱器(MGGH),在鍋爐空預(yù)器出口與電除塵器入口水平煙道安裝煙氣冷卻器,將鍋爐排煙溫度降低至90±5℃進(jìn)入電除塵器,鍋爐引風(fēng)機(jī)出口經(jīng)除塵后的全部煙氣分別經(jīng)水平煙道進(jìn)入脫硫系統(tǒng),經(jīng)增壓風(fēng)機(jī)后進(jìn)入吸收塔。在塔內(nèi)洗滌脫硫后的煙氣經(jīng)管束式除霧器除去霧滴,然后經(jīng)脫硫吸收塔出口水平煙道上設(shè)置的煙氣再熱器,將吸收塔出口的凈煙氣加熱到不低于80℃,從凈煙氣出口擋板門經(jīng)煙囪排入大氣。
吸收塔為一爐一塔單元布置。原煙氣從吸收塔中部進(jìn)入吸收塔后,原煙氣中的SO2與噴淋下來(lái)的石灰石/石膏漿液逆流接觸發(fā)生化學(xué)反應(yīng),生成亞硫酸鈣,并被氧化風(fēng)機(jī)鼓入的空氣強(qiáng)制氧化成硫酸鈣,結(jié)晶后生成石膏。原煙氣凈化后,進(jìn)入吸收塔頂部的除霧器,凈煙氣中的漿液小霧滴被除霧器進(jìn)行液滴捕捉后,進(jìn)入凈煙氣煙道。吸收塔內(nèi)石膏漿液通過(guò)石膏排出泵,送至石膏漿液緩沖箱,再經(jīng)石膏漿液緩沖泵送至石膏旋流器進(jìn)行一級(jí)脫水,石膏旋流器底流含固量約50%,重力自流至真空皮帶脫水機(jī)進(jìn)行二級(jí)脫水,脫水后的產(chǎn)物為含水量小于10%石膏,經(jīng)石膏布料皮帶機(jī)送至石膏庫(kù);石膏旋流器溢流漿液通過(guò)溢流水泵返回吸收塔進(jìn)行循環(huán)利用。真空皮帶脫水機(jī)濾液水經(jīng)濾液泵打入溢流箱或石灰石制漿系統(tǒng),進(jìn)行循環(huán)利用。
為了精確地檢測(cè)出脫硫后的濕煙氣粉塵特征,本研究運(yùn)用ELPI(電子低壓沖擊器)設(shè)施,評(píng)測(cè)煙氣粉塵的特征。這一設(shè)備是產(chǎn)自芬蘭Dekati公司的一種比較領(lǐng)先的氣溶膠粒子分布和濃度監(jiān)測(cè)儀器。運(yùn)用此種儀器,人們能夠跟蹤監(jiān)測(cè)顆粒物的粒子分布,判定其顆粒物的濃度范圍。同時(shí),此種儀器還能夠?qū)θ紵陂g出現(xiàn)的顆粒物的特性做出全面研究和分析。借助ELPI儀器,人們能夠檢測(cè)很多顆粒物在瞬間狀態(tài)下的顆粒物粒徑分布,判定它們的分布濃度,得出顆粒物的粒子狀態(tài)和粒徑區(qū)間。
經(jīng)過(guò)試驗(yàn)得知,F(xiàn)GD煙氣粉塵的特征呈現(xiàn)出如下特征:在進(jìn)行脫硫處理前,顆粒物表現(xiàn)出獨(dú)特的雙峰狀態(tài),而且從質(zhì)量濃度的層面分析,顆細(xì)顆粒物的粒徑相對(duì)較大,在所有顆粒物中,占比比較突出。而經(jīng)過(guò)濕法脫硫處理后,細(xì)顆粒物的粒徑有了比較明顯的變化,其粒徑的分布范圍變得相對(duì)較小,此種類型的顆粒物濃度有明顯提升,逐步占據(jù)更大的比例,從數(shù)目層面看,還有逐步增長(zhǎng)的趨勢(shì)。
經(jīng)過(guò)比較脫硫處理前后,顆粒物的質(zhì)量濃度出現(xiàn)明顯的不同,顆粒物的粒徑會(huì)隨著脫除效率的改變而逐步變化。伴隨顆粒物粒徑數(shù)值的縮減,各種顆粒物的脫除效率會(huì)不斷降低。根據(jù)試驗(yàn)得知,濕法脫硫處理能夠有效減少粒徑超過(guò)2.5 μm以上的顆粒物,至于PM2.5,尤其是粒徑小于1 μm的細(xì)小顆粒,則無(wú)法有效去除。
在對(duì)濕法脫硫煙氣中細(xì)顆粒物進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上,筆者發(fā)現(xiàn),想要降低濕法脫硫后的煙塵濃度,必須根據(jù)脫硫煙氣中細(xì)顆粒物粒徑分布的差別,在新環(huán)保設(shè)備的協(xié)助下,對(duì)煙氣中的細(xì)顆粒物進(jìn)行處置[4]。降低脫硫煙氣中細(xì)顆粒物有以下解決途徑。
提高除塵器的效率,控制煙氣中飛灰的含量,使FGD裝置入口煙塵濃度在設(shè)計(jì)值范圍內(nèi),可直接降低脫硫煙氣中的細(xì)顆粒物。經(jīng)吸收塔洗滌后,煙氣中約75%的飛灰留在漿液中。飛灰中的F-、Cl-在一定程度上阻礙了石灰石的消融,降低了石灰石的消融速率,導(dǎo)致漿液pH值降低,脫硫效率下降。同時(shí),飛灰中的一些重金屬如Hg2+、Mg2+等離子,會(huì)抑制Ca2+與HSO3
-的反應(yīng)從而影響脫硫效率,此外,飛灰還會(huì)降低副產(chǎn)品石膏的品質(zhì),增加脫水系統(tǒng)管路堵塞、結(jié)垢的可能性。
4.1.1 除塵器設(shè)備的選定
各廠會(huì)根據(jù)除塵效率、除塵器的阻力等方面綜合考慮選定合適的除塵設(shè)備。其中,布袋除塵器的除塵效率最高,阻力最大。電袋除塵器除塵效率較高,阻力低于布袋除塵器。電除塵器阻力最小,其除塵效率低于電袋除塵器。
4.1.2 加強(qiáng)運(yùn)行管理,提高除塵效率
加強(qiáng)運(yùn)行管理,根據(jù)煤種變化、鍋爐燃燒、機(jī)組負(fù)荷等工況變化,合理、時(shí)地調(diào)整運(yùn)行參數(shù),提高除塵效率。布袋和電袋除塵器運(yùn)行期間,需控制除塵器入口煙溫和各通道布袋的差壓,布袋差壓需控制在一定范圍內(nèi)以提高除塵效率,同時(shí)電袋除塵器電除塵部分可通過(guò)高壓參數(shù)的設(shè)定來(lái)提高除塵效率。電除塵器運(yùn)行期間需注意入口煙溫,高頻電源可通過(guò)提高高壓參數(shù)來(lái)提高除塵效率,四、五電場(chǎng)采用高頻+脈沖電源,可提高對(duì)煙氣中細(xì)小粉塵的收集。如果運(yùn)行發(fā)現(xiàn)缺陷,就要及時(shí)聯(lián)系檢修消除,提高設(shè)備運(yùn)行的可靠性。
4.1.3 加強(qiáng)設(shè)備維護(hù)管理,提高檢修質(zhì)量
利用停機(jī)期間檢查除塵器設(shè)備,布袋除塵器注意濾袋有無(wú)破損情況,如有破損,需及時(shí)進(jìn)行更換,電除塵內(nèi)部進(jìn)行精細(xì)化檢修,確保除塵設(shè)備安全、穩(wěn)定、高效地運(yùn)行。
吸收塔的出口設(shè)置有除霧器,以除去經(jīng)脫硫后煙氣中的液滴,液滴中含有的細(xì)顆粒物主要有石膏、亞硫酸鈣、碳酸鈣和粉塵。脫硫后煙氣中的液滴含量越小,則煙囪入口煙塵含量就越低。故如何減少脫硫系統(tǒng)出口液滴含量,是提高脫硫系統(tǒng)協(xié)同除塵能力的關(guān)鍵。
4.2.1 除霧器的選型
脫硫超低排放中對(duì)除霧器會(huì)進(jìn)行改造,如將兩層屋脊式除霧器改為三層屋脊式除霧器,選用優(yōu)質(zhì)的除霧器品牌,選用管束式除霧器,以降低脫硫系統(tǒng)出口煙氣中的液滴含量,提高脫硫系統(tǒng)的協(xié)同除塵能力。
4.2.2 防止除霧器堵塞
運(yùn)行中嚴(yán)格執(zhí)行防止除霧器堵塞的運(yùn)行措施,確保除霧器差壓正常。FGD入口粉塵含量較高,會(huì)加劇除霧器的結(jié)垢堵塞,如除霧器堵塞,通過(guò)除霧器的氣速會(huì)提高,除霧效果會(huì)進(jìn)一步變差,煙氣中攜帶的石膏液滴會(huì)增加,則煙氣中的細(xì)顆粒物會(huì)增加。
4.2.3 煙氣流場(chǎng)保證均勻
提高煙氣流場(chǎng)的均勻性,如煙氣流場(chǎng)不均勻易造成除霧器的局部堵塞,對(duì)除霧器的性能也有重大影響。
4.2.4 調(diào)整脫硫系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)
調(diào)整脫硫系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù),控制吸收塔的pH值和漿液密度。控制合理的pH值,避免出現(xiàn)急劇變化??刂莆账{液密度,漿液中的石膏過(guò)飽和度最大不得超過(guò)140%,控制石膏漿液濃度在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)。
4.2.5 加強(qiáng)除霧器的維護(hù)管理
運(yùn)行人員加強(qiáng)除霧器沖洗壓力、流量、差壓等運(yùn)行參數(shù)的監(jiān)控,發(fā)現(xiàn)異常,及時(shí)聯(lián)系檢修人員處理。除霧器沖洗閥門故障、除霧器沖洗水水質(zhì)、沖洗時(shí)間及頻率等均會(huì)影響除霧器的效果。
脫硫后安裝濕式電除塵器,可進(jìn)一步脫除煙氣內(nèi)的細(xì)顆粒物,降低煙囪入口的煙塵濃度。濕式電除塵器可有效除去有效脫除煙氣中粒徑不足2.5 μm的顆粒物,包含如下系統(tǒng):陰極系統(tǒng)、陽(yáng)極系統(tǒng)、上下氣室和供電系統(tǒng)。優(yōu)點(diǎn)是除塵效率高,缺點(diǎn)是造價(jià)高,占地面積較大,運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用較高,脫硫廢水處理量及難度增加。
經(jīng)過(guò)試驗(yàn)得知,采用濕法脫硫處理后的煙氣顆粒物在兩個(gè)較小的粒徑周圍聚集。同時(shí),經(jīng)脫硫處理后,煙氣內(nèi)粒徑較大的細(xì)顆粒物數(shù)量明顯降低,而粒徑較小尤其是粒徑低于2.5 μm的顆粒物數(shù)目的下降則并不明顯。在某些特殊的環(huán)境下,此種粒徑較小的顆粒物的數(shù)目還會(huì)有一定增加。故要降低脫硫煙氣中細(xì)顆粒物,首先需提高除塵器效率,減少進(jìn)入脫硫系統(tǒng)的煙塵濃度,然后通過(guò)脫硫運(yùn)行參數(shù)的調(diào)控,提高脫硫除霧器的性能,減少脫硫系統(tǒng)出口煙氣中的液滴含量,再通過(guò)增加脫硫后的除塵設(shè)備,最終實(shí)現(xiàn)降低煙氣中細(xì)顆粒物含量的目標(biāo)。