郭麗麗，朱武華，方達輝

（湖南碧綠環(huán)保產(chǎn)業(yè)發(fā)展有限公司，湖南 湘潭 411100）

1 前言

國內(nèi)的煙氣脫硫目前大都采用的是濕法工藝，其核心裝置就是吸收塔，由于吸收塔內(nèi)的反應大部分都采用噴淋式洗滌，處理過的煙氣中含有大量的霧滴，因此煙氣在經(jīng)過洗滌后一般要通過除霧器，目的是將經(jīng)過洗滌的煙氣中的水滴分離出來，使水滴回歸系統(tǒng)。

除霧器和噴淋管是濕法脫硫中必不可少的設備。目前廣泛使用是折流板除霧器（包括屋脊式和平板式），但是從現(xiàn)運行的脫硫系統(tǒng)中，可以發(fā)現(xiàn)折流板除霧器存在以下問題。

（1）除霧效率不高，致使其下游的GGH結(jié)垢嚴重或煙囪下“石膏雨”

表現(xiàn)突出的是塔外布置的水平除霧器。由于場地有限，布置緊湊，吸收塔出口至除霧器入口缺少符合要求的直管段，即使裝有導流板，也難以調(diào)整氣流分布，除霧器入口端面處的氣流速度偏差甚大，高的達10m/s以上，低的出現(xiàn)渦流區(qū)，造成除霧器入口處石膏堆積，除霧器出口煙氣攜帶的液滴超標，對設有GGH的脫硫系統(tǒng)，GGH換熱元件結(jié)垢加??；對不設GGH的脫硫系統(tǒng)，由于排煙溫度較低，煙氣擴散條件不利，煙氣攜帶的液滴會在煙囪出口形成“石膏雨”（即脫硫塔漿液池內(nèi)的大量石膏漿液隨上升煙氣從煙囪口飄出，嚴重影響周圍環(huán)境。

（2）除霧器板片結(jié)垢堵塞，沖冼失常，造成除霧器坍塌

FS-04規(guī)流填料床技術(shù)通過在河南金山集團、晉煤集團等鍋爐煙氣脫硫EPC項目上的應用，顯示出在脫水除霧方面的高效性。該技術(shù)為脫硫塔的脫水除霧帶來了新的技術(shù)理論和應用思路。有利于脫硫除霧技術(shù)和設備的國產(chǎn)化，打破了國外在脫水除霧產(chǎn)品方面的壟斷。

2 脫硫項目概況

以河南金山集團脫硫項目為例：該項目的設計處理煙氣量為42萬m3/h；煙氣溫度150℃；除塵方式采用袋式除塵器；入塔SO2濃度1800mg/Nm3。煙氣從塔體中部側(cè)面進入，依次通過一層噴淋層、一層規(guī)流填料床和一層規(guī)流除霧器，最后進入原煙囪排放。

系統(tǒng)投運后，各項指標均達到設計要求，SO2排放濃度降到60mg/Nm3以下。但由于除霧器沖洗水采用的水源是鍋爐引風機冷卻回水，回水壓力小，不能滿足對除霧器的沖洗需要，因而除霧器長期得不到有效沖洗。系統(tǒng)運行半年后，除霧器發(fā)生了堵塞（見圖1），造成了脫硫塔壓力損失增大，凈煙氣帶水帶漿。

對于除霧器的沖洗，業(yè)主一直無法提供適合壓力的水源。為保證系統(tǒng)能夠運行，施工方拆除了除霧器，保留了除霧器沖洗管道，僅依靠規(guī)流床完成脫水的工作。系統(tǒng)運行后，未再發(fā)生煙氣帶水帶漿的現(xiàn)象，至今已經(jīng)連續(xù)運行兩年。

圖1 除霧器堵塞情況

3 理論分析

從原理上說，折流板除霧器（包括平板式和屋脊式的除霧器）屬于利用液滴的慣性來脫水，因此折流板彎折的角度越大、彎折的次數(shù)越多，板與板的間隔就越小，除霧效果也就越好，但同時除霧器也就越容易積累灰塵等固體雜質(zhì)，從而發(fā)生堵塞。并且由于除霧器的折流板都是靜止狀態(tài)，容易積灰，所以除霧器要反復進行周期沖洗。而且如果沖洗不徹底，除霧器也很容易結(jié)垢堵塞，引發(fā)“石膏雨”現(xiàn)象，更為嚴重的是可能會導致脫硫系統(tǒng)發(fā)生故障而停運。

規(guī)流除霧器是一種有規(guī)則運動的填料裝置，它集合了固定填料以及湍流填料的各項優(yōu)點。規(guī)流除霧器特殊專業(yè)設計的導向方式、規(guī)流球的規(guī)則運動，進一步促進了煙氣流場的均勻分布，解決了氣流偏流問題，達到了最小空間、最高傳質(zhì)效率的目的，實現(xiàn)了最高的捕液與除霧效率。其除霧機理如圖2。

圖2 規(guī)流除霧器除霧機理

（1）慣性捕集

小霧滴由于自身的慣性作用，含霧滴的煙氣在進入規(guī)流床過程中，遇到填料球后會改變氣流方向，繞過填料球流動。其中細小的霧滴隨氣流一起繞流，運動軌跡由直線變?yōu)榍€。粒徑較大（大于0.2μm）的霧滴具有較大的慣性，便脫離氣流的流線保持直線運動，與填料球相撞而被捕集，使煙氣中的霧滴得到脫除。

（2）擴散

微小顆粒從高濃度區(qū)域向低濃度區(qū)域移動的過程稱為擴散。擴散主要是布朗運動的結(jié)果，布朗運動是指微小顆粒在周圍氣體分子和其他微粒碰撞下的無規(guī)則自由運動。粒徑小于0.2μm（比重為1）的小顆粒主要通過擴散捕集，因為它們質(zhì)量小，不大可能發(fā)生慣性撞擊，且物理尺寸小，不容易被攔截。當這些微粒被捕集到一個液滴里面，液滴鄰近區(qū)域的微粒濃度降低，其他微粒又一次從高濃度區(qū)域向液滴鄰近的低濃度區(qū)域移動。

與大型出版企業(yè)相比，中小出版企業(yè)在資源壟斷、出版許可、網(wǎng)點布局、文化沉淀、社會責任等方面差距較大。因此，中小出版企業(yè)轉(zhuǎn)型升級不能效仿大企業(yè)的“高、大、上、全”。

（3）凝集

凝集有兩種情況，一種是以微小塵粒為凝結(jié)核，由于小霧滴的凝結(jié)，使霧滴尺寸增大；另一種是由于擴散漂移和熱漂移的綜合作用，使霧滴凝聚增大，增大后的霧滴可以通過慣性作用加以捕集。

（4）規(guī)流除霧器的運行

1）脫硫塔運行時，煙氣推動安裝在規(guī)流除霧器上的填料球呈現(xiàn)規(guī)則運動狀態(tài)，煙氣與填料球朝同一方向運動（使所有填料球繞內(nèi)筒公轉(zhuǎn)），延長了煙氣通過除霧器的距離和時間。

2）由于規(guī)流除霧器采用了獨特的導流設計，填料球不會被吹離，而是使煙氣通過填料球之間的縫隙，多次改變流動方向（至少改變8次方向，遠遠多于一般折流板的彎折次數(shù)）。煙氣中夾帶的漿液同樣由于慣性撞擊被填料球表面捕集，并在填料球?qū)硬粩喾e累，直到集聚的漿液重力大于煙氣的上升托力時，即會從規(guī)流除霧器中落回脫硫塔中。并且安裝在除霧器上的填料球呈現(xiàn)規(guī)則運動狀態(tài)（填料球個體自轉(zhuǎn)運動，不同于靜止的折流板），有利于煙氣流暢均勻地通過，避免局部區(qū)域煙氣流速過高或過低。相比于折流板葉片的靜止狀態(tài)，規(guī)流除霧器更加不易積灰。即使有灰塵黏附于填料球表面，也會因為填料球的運動碰撞、相互摩擦而剝落。同時由于填料球的運動，增加了煙氣的擾動，增大了霧滴與霧滴之間和霧滴與填料球的碰撞機率，能夠強化慣性捕集和擴散捕集，提高脫硫效率。

3）設置沖洗水裝置對規(guī)流除霧器定期進行沖洗，徹底杜絕了除霧器結(jié)垢堵塞的可能性。

規(guī)流除霧器除霧原理及實物示意見圖3、圖4。

圖3 規(guī)流除霧器除霧原理圖

圖4 規(guī)流除霧器實物圖

4 規(guī)流除霧器的應用及發(fā)展

（1）目前國內(nèi)在用的除霧器的不足

目前國內(nèi)在用的除霧器除了在使用方面容易發(fā)生堵塞之外，在制作方面也存在一些問題。

除霧器是一個流體機件，就結(jié)構(gòu)而言，除霧器的結(jié)構(gòu)是相對比較簡單的（見圖5）。從制造的角度來講，唯一有難度的就是：除霧器本身是一個大型的塑料機件，制造過程中需要有專門的模具，還需要一定的經(jīng)驗。另外，在直徑十幾米的斷面上，各種工況下的氣流流場的變化是比較復雜的。如果在設計應用除霧器的過程中不考慮這些復雜的變化因素，在使用過程中就可能出現(xiàn)問題。

圖5 折流板除霧器橫截面

除霧器的核心技術(shù)不是其外在的形狀，也不是制造的過程，而是一個流體力學的設計。而這項任務對中國的企業(yè)來講還是比較艱巨的，所以，在我國大力推行脫硫產(chǎn)業(yè)的前三五年內(nèi)，一般是使用進口的除霧器，而且為此付出了不菲的代價。近幾年，國內(nèi)的一些企業(yè)開始自行研發(fā)制造除霧器，但是國內(nèi)對于除霧器制造的認識還是停留在除霧器本身的塑料結(jié)構(gòu)設備的層次上，并未對其核心技術(shù)進行太多的研究，大多數(shù)設計也都沒有掌握核心的關(guān)鍵技術(shù)，往往是照搬國外的除霧器進行仿制，對其中的特性知之甚少。所以制造出的除霧器在運行中往往由于不能適應不同工況的變化而出現(xiàn)一系列的問題。另外，由于國內(nèi)大部分煙氣脫硫裝置的建成時間不長，運行初期由于各種原因，特別是在運行監(jiān)管尚未全部落實的情況下，運行商往往會采取讓大量的煙氣走旁路的辦法，使脫硫系統(tǒng)維持在比較小的負荷下，這樣就可節(jié)約大量的運行費用。但在這種狀況下，由于熱煙氣進來的量很少，系統(tǒng)蒸發(fā)的水分也相應較少，而除霧器的運行是需要定時采用外源水沖洗的。脫硫系統(tǒng)在正常的工作過程中，由于熱煙氣的通過會蒸發(fā)掉大量的水分，而沖洗除霧器的水進入系統(tǒng)中不足以補充這部分蒸發(fā)的水，因此需要另外的水補充到系統(tǒng)中實現(xiàn)水平衡。但如果系統(tǒng)長期在低負荷量運行，蒸發(fā)的水量很少，這樣沖洗除霧器的水分就會越來越多，使系統(tǒng)接納不了，造成水平衡的破壞，使得系統(tǒng)不能正常運轉(zhuǎn)，最后的結(jié)果就是沖洗除霧器的水量下降，對除霧器的沖洗不能到位。這也是造成除霧器結(jié)垢，甚至造成除霧器坍塌的原因之一。

隨著國內(nèi)逐步開展除霧器的生產(chǎn)，有關(guān)除霧器和系統(tǒng)裝置的匹配以及流場和霧滴特性的問題被忽視，由此也造成了一系列的問題，這些因素綜合在一起，造成了除霧器成為影響煙氣脫硫裝置長期穩(wěn)定運行的重要因素?，F(xiàn)在很多脫硫公司為了中標壓低價格，省去了GGH系統(tǒng)，導致了煙囪飄漿和煙囪下雨，因此在取消GGH的情況下，除霧器必須優(yōu)化。而根據(jù)除霧器的工作對象煙氣流場和霧滴的特性，利用流場適應型的除霧器創(chuàng)造性地解決了除霧器入口煙氣流動不均勻的問題，降低了對除霧器入口煙氣均勻性的要求。

流場適應型除霧器的設計完全不同于現(xiàn)在的除霧器，即是直接以設備去匹配系統(tǒng)的現(xiàn)狀，使得設備和系統(tǒng)實現(xiàn)良好的兼容。

（2）規(guī)流除霧器應用優(yōu)勢

1）目前，國內(nèi)企業(yè)成功開發(fā)的適用于大型電廠鍋爐煙氣脫硫、脫硝處理的“FS-04規(guī)流填料塔及工藝集成系統(tǒng)” 已達到國際先進水平。系列脫硫除塵產(chǎn)品已在國內(nèi)200多家企業(yè)的300余項脫硫工程上應用。

2）規(guī)流除霧器采用了獨特的導流設計。煙氣通過規(guī)流床導流后推動填料球在在塔內(nèi)作自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)的圓周運動，對煙氣通過時會產(chǎn)生調(diào)整和規(guī)整氣場分布的作用，促使氣液接觸更加充分和均勻。

3）通過填料球運動對煙氣的切割而不斷改變煙氣的流動方向，強化慣性捕集和擴散捕集，從而達到提高脫水效率的目的。

4）相比于靜止的折流板除霧器，規(guī)流除霧器具有自潔功能，當灰塵黏附于填料球表面時，通過填料球的碰撞、相互摩擦運動而剝落，從而徹底杜絕了除霧器結(jié)垢、堵塞的情況發(fā)生。

規(guī)流除霧器與折流板除霧器性能對比見下表。

規(guī)流除霧器與折流板除霧器對比表

5 結(jié)語

規(guī)流除霧器是國內(nèi)企業(yè)基于FS-04規(guī)流填料床技術(shù)開發(fā)出來的一項新技術(shù)，具有完全的自主知識產(chǎn)權(quán)，為脫硫行業(yè)提供了嶄新的除霧技術(shù)理論和思路。由于規(guī)流床除霧器具有獨特的優(yōu)勢以及除霧的高效性，應用前景非常廣泛。