管束式除尘器在电厂除尘中的应用

中国石油天然气股份有限公司抚顺石化分公司热电厂 佟文卓

燃煤锅炉燃烧后主要产生二氧化硫、氮氧化物、细颗粒物等污染物。热电厂动力锅炉的超低排放是指其燃料燃烧所产生的污染物在排放时要达到国家规定的标准。国内主要采用石灰石—石膏湿法脱硫，采用SCR技术脱除氮氧化物，而颗粒物是比较难以脱除的主要污染物。目前，电厂为了节省投资、减少占地面积、缩短工期，主要采用管束式除尘除雾装置脱除颗粒物。中国石油天然气股份有限公司抚顺石化分公司热电厂，进行了采用管束式除尘除雾装置实现粉尘超净排放的技术改造，改造后，能将污染物排放控制在二氧化硫＜35毫克/立方米、氮氧化物＜50毫克/立方米、细颗粒物＜5毫克/立方米，达到超净排放，可为其他热电厂粉尘超低排放改造提供参考。

抚顺石化热电厂是中国石油抚顺石化公司的自备电厂。该厂新厂区于2012年随着抚顺石化大乙烯项目建成投产，配套建成投产3台460蒸吨高温高压煤粉炉、2台10万千瓦双抽凝汽机组，同步建设布袋除尘器、石灰石—石膏湿法脱硫装置、SCR脱硝装置。投产后，3台锅炉排放烟尘含量不大于20毫克/立方米，符合《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223-2011，2012年1月1日起实施）的要求。但是，国家发展改革委、环保部、能源局联合发布的《煤电节能减排升级与改造行动计划（2014~2020年）》，明确要求现役10万千瓦及以上自备燃煤发电机组及有条件的燃煤机组改造后大气污染物排放浓度基本达到燃气轮机组排放限值，即烟尘排放浓度不高于5毫克/立方米，目前3台锅炉的粉尘排放水平均达不到要求，需要进一步改造。

粉尘超低排放方案选择

由于该厂采用湿法脱硫，系统出口粉尘主要有两个来源：脱硫塔内没有除去的微细粉尘和石膏浆液的携带，主要源于喷淋层雾化后的细小液滴。

1.湿式电除尘

湿式电除尘器对酸雾、有毒重金属以及PM10、PM2.5微细粉尘有良好的脱除效果，应用在湿法脱硫后，可解决石膏雨、蓝烟问题，能有效捕集微细颗粒物、重金属、有机物等，烟尘排放可控制在10毫克/立方米，甚至5毫克/立方米以下，实现超低排放，达到天然气锅炉及燃气轮机的烟尘排放标准。

湿式电除尘器在我国冶金、化工行业早已应用，尤其在化工行业甚至作为生产设备，技术成熟，但在电力行业锅炉烟气治理中则处于起步阶段。

2.管束式除尘除雾

管束式除尘器安装在脱硫塔喷淋段上部原除雾器位置，烟气进入脱硫塔经喷淋系统脱除二氧化硫后，直接进入到管束式除尘除雾系统。烟气在管束式除尘除雾器经过三级离心旋流，两极文丘里加速，一套三级旋汇耦合系统和一套四级旋汇耦合系统。烟气静除尘除雾技术的深度进化处理，出口粉尘含量可降低至5毫克/立方米以下，石膏雨、大白烟等问题可得到有效解决。在处理过程中，仅冲洗水泵消耗电能，运行费用极低。

（1）管束式除尘除雾器结构特点。

A.除雾器筒体。

内表面光洁，筒体垂直，断面光滑，无偏心。

B.三级旋流叶片。

使气流在除雾器筒体内旋转，实现不同粒径的雾滴在烟气中分离。

C.冲洗装置。

对旋流叶片、管壁和一级二级增速器进行冲洗，避免堵塞。

D.挡水装置。

控制气流出口状态，防止液滴二次夹带。

管束式除尘除雾装置如图1所示。

图1 管束式除尘除雾装置

（2）管束式除尘除雾装置原理分析。

A.适用环境。

管束式除尘器通常布置在尾部烟道中，此时饱和净烟气温度约为50摄氏度，且含有大量粒径不同的雾滴颗粒，雾滴颗粒的主要成分及管式除尘器主要脱除部分如图2所示。

图2 雾滴主要组成及除尘器脱除成分

B.小粒径液滴与尘颗粒的凝聚过程。

小粒径的液滴与尘颗粒在高速运动过程中极易发生碰撞，由于凝聚力的作用，两者在运动过程中不断地凝聚形成灰尘大颗粒，在离心力作用下被抛向筒体内壁表面，或与大液滴凝聚，实现气液初步分离。

C.大粒径液滴和液膜的捕悉过程。

除尘器内筒壁表面会形成一层均匀的液膜，当小粒径液滴由于离心力的作用接触筒壁液膜时会被捕获，除尘器的增速器和分离器叶片由于高速运动会形成较厚的液膜，在叶片边缘的液膜易形成大粒径液滴，在高速气流的带动下从叶片表面抛洒出来，这些液滴会捕获附近的小粒径液滴，随着粒径逐渐变大重新回到叶片上，并再次被抛洒出去，这一过程称为“散水”，反复出现实现对小粒径雾滴的捕获。

D.液滴在离心力作用下的脱除过程。

除尘器内的气流经过加速器作用螺旋向上运动，大液滴在筒体内表面形成液膜，粒径较小的雾滴由于离心力的作用从气流中分离出来，向筒体表面方向运动，与液膜接触后被捕悉，足够大的液滴与捕获了细小灰尘颗粒的具有一定厚度的液膜最终在重力作用下落入塔内，从而脱除烟气中的小粒径雾滴与微尘颗粒。

E.多级分离器对不同粒径液滴的捕获过程。

气体旋转速度受加速器的影响，不同级别的加速器由于叶片直径的不同离心力也不同。气体速度越快，越容易捕获大粒径液滴，从而形成较厚的液膜，但此时运行阻力增大，易生成二次雾滴，造成二次污染，因此除尘器通常采用多级分离器对雾滴进行脱除，实现在较低的运行阻力下保证除尘器的除尘除雾效果。

3.方案对比分析

湿式电除尘和管束式除尘器都具有较好的除尘效果，为最终确定粉尘超低排放技术路线，对两种方案进行了综合评估。对比结果如表1所示。

通过对比分析，从除尘效率来说，两种方案均可以满足超低排放要求，但从现场实际情况（施工场地狭小、施工难度较大、工期有限），以及一次性投资费用、维护运营费用方面考虑，最终选择采用管束式除尘除雾装置进行粉尘超净改造。

项目实施

2017年2月，改造项目得到集团公司批复，开始询价技术交流；4月完成基础设计，5月确定工程EPC总承包给中国昆仑工程有限公司，6月经公开招标，确定北京清新环境技术股份有限公司为管束式除尘除雾装置供应商及技术支持商。

表1 管束式除尘器与湿式电除尘技术对比

2017年6月，10号炉工程正式开工；10月23日，改造全部完成，锅炉点火；24日，并汽试运行；25日8时，正式进行168小时试运行；11月1日8时，试运结束。然后，12号炉、11号炉先后进行改造，12号炉12月20日10时开始168小时试运行，27日10时，试运结束；11号炉2018年1月26日8时开始168小时试运行，2月2日8时试运结束。

运行数据

从运行曲线来看，连续一周脱硫塔出口排放粉尘浓度折算值一直稳定在4.5毫克/立方米以下。2017年11月17日、21日，12月5日、6日，2018年1月22日、24日，沈阳泽尔检测服务有限公司和清新公司分别对10号炉、11号炉、12号炉进行人工比对及监测，在高、低负荷工况下，吸收塔出口粉尘排放浓度在5.0毫克/立方米以下。

结论

抚顺石化公司热电厂3×460蒸吨高温高压煤粉锅炉的脱硫除尘超低排放改造工程使用了高效管束式除尘除雾装置，单塔管束安装工期为3天。单台锅炉最快改造工期为28天。

目前的运行状况表明，该项目使用的管束式除尘除雾装置，实现了安装简便、系统简单、无另外占地、无需用电、运行成本极低的效果。由于管束筒体内筒壁面光洁，筒体垂直，断面圆滑，无偏离，运行稳定无堵塞现象；管束式除尘除雾装置（高分子耐磨耐腐憎水材质）较短（约2.5米），容易冲洗，模块容易固定。原脱硫系统无需发生控制改变，运行稳定性较高。

管束式除尘器是一种高效的除尘除雾装置，是较为先进的烟尘超低排放技术，可有效去除烟气中含有的粉尘。由于工作原理是基于力学原理，可靠性相对较高，值得燃煤发电机组推广应用。