(國電重慶恒泰發(fā)電有限公司，重慶 400805)

除霧器是濕法脫硫煙氣凈化的關(guān)鍵設(shè)備之一,能避免石膏雨的產(chǎn)生。國內(nèi)外一些科研機構(gòu)對此有過比較深入的研究[1]，本文根據(jù)自身的經(jīng)驗，對除霧器的一些重要運行參數(shù)以及設(shè)計結(jié)構(gòu)作進一步的探討，并針對目前運行中經(jīng)常出現(xiàn)的問題，提出解決的途徑。

除霧器的形式有多種，即水膜式、旋轉(zhuǎn)離心式、葉片式等。在濕法吸收塔中一般都采用葉片式除霧器。葉片除霧器有以下優(yōu)點：阻力小于100 Pa；切分粒徑能達到25 μm，不易堵塞等。這些特點使其在高硫煤煙氣脫硫中得到了廣泛使用。

1 除霧器的幾個重要概念

臨界流速：除霧器在不產(chǎn)生二次攜帶的最高煙氣流速。通常情況下，葉片的片形設(shè)計要求臨界流速在6 m/s左右。

二次攜帶：由于進入吸收塔煙氣流速的增大，本來已經(jīng)被除霧器葉片捕捉到的液滴又重新進入氣流中。二次攜帶導致了除霧效率的降低。

切分粒徑：除霧效率為50%時對應(yīng)的液滴直徑。相同間距的葉片如果流速變化，其切分粒徑也會隨著變化。切分粒徑是反映除霧器除霧性能的重要指標。一般在20～40 μm。

含水率：反映除霧器性能的一個參數(shù)。按規(guī)定，除霧器后的煙氣含水量小于100 mg/Nm3。

2 除霧器葉片種類及間距的選擇

雖然用于濕法脫硫中的除霧器葉片有多種， 但在我國各大火電廠使用的除霧器葉片類型主要有正弦波型和折流板型。其中，正弦波型的葉片作用于二級除霧器時是帶鉤子的。這兩種葉片都在脫硫除霧器中得到應(yīng)用，正弦波型的應(yīng)用更廣泛一些。

圖1 葉片截面形狀

正弦波型葉片采用擠塑技術(shù)，而折流板葉片一般采用注塑技術(shù)。用于制造除霧器葉片的材料通常采用PP塑料，這種材料不僅韌性較高，防腐性能高，而且降低了工程造價。但是，該材料耐溫性不好，隨著溫度的升高，強度很快降低。其常溫下的強度為30 MPa左右。

除霧器葉片的選擇通常要求盡量減小對煙氣流動的擾動。葉片截面的幾何形狀決定了該葉片的臨界流速。臨界流速至少在4 m/s以上，一般要求6 m/s。雖然臨界流速要求達到6 m/s，但建議選擇煙氣的流速時應(yīng)在3～4 m/s。當混合煙氣通過除霧器時，除霧器的葉片在煙氣進入和離開時要有導流效果，以維持煙氣的流動方向。煙氣進入葉片后改變流動方向，根據(jù)慣性捕捉混合煙氣中的液滴。雖然較高的煙氣流速在一定程度上可以減小脫硫吸收塔的直徑，降低成本。但是，由于流速過高，煙氣中的二次攜帶會增加，這會對大氣造成嚴重污染。

除霧器葉片的間距由除霧器阻力和除霧效率兩個因素決定。通常要求兩級的阻力小于300 Pa，同時還要求通過除霧器中的煙氣含水率小于75 mg/Nm3。從目前葉片型除霧器使用來看，正弦波型的葉片間距一般保持在30 mm左右，而平板型兩級除霧器葉片間距一般選擇為20 mm或40 mm。

平板型除霧器葉片的兩端支撐在支撐梁上。支撐梁的跨度可以根據(jù)葉片厚度以及間距計算，如果按照葉片的高度200 mm、厚度3 mm、間距40 mm計算，當葉片結(jié)垢層的厚度達到5 mm時，可計算出葉片承受的最大應(yīng)力。其結(jié)果如表1所示。

表1 不同跨距下的葉片1/3結(jié)垢后的最大應(yīng)力

PP材料在70 ℃情況下的強度約為9 MPa，根據(jù)除霧器的工作條件，選擇安全系數(shù)為4.5, 允許應(yīng)力1.96 MPa。因此，建議平板型除霧器的支撐梁跨度盡量不要超過2 000 mm。

3 屋脊型和平板型除霧器的選型

為了提高除霧器的效果，濕法脫硫系統(tǒng)一般采用兩級除霧：第一級為粗級除霧器，葉片間距相對較寬(一般為30～40 mm)；第二級為精級除霧器，葉片間距較窄(一般為25～30 mm)。上述兩種除霧器葉片形式均可以用來組裝成平板型和屋脊型且在濕法脫硫中都得到了廣泛、成功的應(yīng)用。

平板型除霧器可以布置在吸收塔內(nèi)，也可以布置在煙道中。屋脊型除霧器僅可布置在吸收塔內(nèi)，常采用在單層梁上支撐兩級除霧器葉片，成菱形結(jié)構(gòu)，方便于檢修維護。也有用兩層梁支撐的，兩級除霧器葉片各支撐在每層支撐梁上。

從圖2可以看出，單層梁的屋脊型除霧器占用空間比兩級平板型除霧的小。但是，考慮到為了減小攜帶水的量，通常要求煙氣在除霧器葉片高度1 m以上才允許煙氣改變流向或提高流速，這樣允許大的顆粒落回到除霧器。如果加上預留的1 m空間，屋脊型和平板型在吸收塔高度上占用總空間是比較接近的。

圖2 單層梁的屋脊型和平板型除霧器在高度上的布置圖

從經(jīng)濟角度考慮，平板型要比屋脊型成本略低一些，從安全穩(wěn)定運行角度分析，屋脊型遠大于平板型(見表2)。通常情況下，除霧器最好選擇屋脊型，確保脫硫系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、環(huán)保地運行。屋脊型除霧器的結(jié)構(gòu)設(shè)計較平板型更加牢固穩(wěn)定?，F(xiàn)在一些火電廠不采用GGH換熱設(shè)備，這樣會導致吸收塔出口煙溫較高(55 ℃)。所以在使用高硫煤及原煙氣溫度較高時，采用屋脊型更適合。以國電重慶恒泰電廠為例(圖3～4拍攝于2008年5月14日，反映的是國電重慶恒泰電廠脫硫系統(tǒng)除霧器檢修時堵塞狀態(tài))，燃煤硫分較高，初始脫硫吸收塔除霧器配置為平板型，由于除霧器運行工況惡劣，沖洗水制度不完善，經(jīng)常發(fā)生由除霧器葉片板結(jié)堵塞導致的除霧器局部垮塌，失去除霧器效果，致使無法長周期正常運行。因此原因，于2013年分別對1、2#機組脫硫除霧器進行改造，采用“兩級屋脊型+管式”。解決了脫硫系統(tǒng)水平衡問題；沖洗水系統(tǒng)加裝兩臺沖洗水泵，單獨供沖洗水使用，沖洗水壓力持續(xù)維持2 bar以上；沖洗形式設(shè)定為每間隔2 h自動沖洗1次(視機組負荷高低隨時調(diào)整)；沖洗水源為潔凈的工藝水，建立完善了沖洗水沖洗制度，并認真嚴格執(zhí)行。改造后使用運行至今，運行狀況良好。

表2 屋脊型除霧器與平板型除霧器的比較

4 除霧器結(jié)垢原理和沖洗系統(tǒng)設(shè)計

除霧器的工作原理：當攜帶液滴的煙氣進入除霧器后，煙氣順著除霧器葉片之間的通道通過除霧器時，煙氣中的液滴具有一定質(zhì)量，由于慣性作用從煙氣中分離出來，直接撞上除霧器葉片，被吸附在除霧器葉片上。當液滴顆粒結(jié)合成較大顆粒時，液滴依靠其自身重力重新落回吸收塔，一部分附著在葉片表面上。一般情況下，石膏漿液中含有飽和的硫酸鈣和亞硫酸鈣，以及石灰石溶液中的硫酸鈣與亞硫酸鈣的顆粒，促使石膏漿液充分吸收煙氣中的SO2，進一步反應(yīng)產(chǎn)生更多的硫酸鈣和亞硫酸鈣，促進硫酸鈣的沉淀。石膏漿液經(jīng)過漿液循環(huán)泵輸送至噴淋管從噴嘴噴出，與原煙氣充分接觸融合后，有很小一部分隨著煙氣的攜帶附著在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，將使葉片表面形成一層結(jié)垢層。飽和度較高時，沉淀的石膏顆粒更容易快速形成。

圖3 改造前平板型堵塞的照片

圖4 改造后屋脊型的照片

一旦結(jié)垢發(fā)生以后，結(jié)垢速度將加快，結(jié)垢層越厚，葉片間通道間距越小，煙氣流速增大，進一步加大了二次攜帶的風險。葉片上的石膏結(jié)垢物通常很難清洗掉。所以，合理設(shè)計除霧器的沖洗系統(tǒng)非常必要。

除霧器沖洗系統(tǒng)設(shè)計時，要充分考慮諸多設(shè)計因素：沖洗水壓力、沖洗水流量、沖洗強度、沖洗水水質(zhì)、沖洗頻率及噴嘴覆蓋面積等要求。

通過調(diào)節(jié)各沖洗通道的間隔時間來調(diào)節(jié)補充水的量，沖洗通道的順序是按間隔順序依次沖洗。另外，根據(jù)需求，沖洗間隔也可調(diào)整，在一個周期內(nèi)增加對迎風面沖洗的次數(shù)。沖洗的頻率通常取決于吸收塔每小時的蒸發(fā)水流量，當吸收塔塔內(nèi)的液位低于設(shè)定值時，自動控制將執(zhí)行除霧器的沖洗程序。

一般情況下，為了降低煙氣通過除霧器后的攜帶水，通?？梢灾粵_洗除霧器一級葉片的迎風面和背風面、二級的迎風面。在沖洗前，保證噴嘴的壓力是很重要的，噴嘴壓力偏差不應(yīng)該超過±10%，噴嘴的角度一般選擇90°或110°，應(yīng)維持200%以上的重疊面積。沖洗水的壓力要求持續(xù)保持2 bar以上。

沖洗水的水質(zhì)要求盡量要采用潔凈的水，以便迅速降低除霧器葉片上附著漿液的飽和度，避免結(jié)垢。

5 除霧器的安裝、運行和維護注意的問題

1)除霧器支撐鋼梁的制作和安裝要在公差范圍內(nèi)，并在工程質(zhì)量檢查計劃表中得到體現(xiàn)。安裝除霧器過程中經(jīng)常出現(xiàn)梁的間距過大，導致除霧器的安裝不能牢固定位。

2)另外由于PP材料在溫度較低時韌性較低，一旦受到?jīng)_擊荷載就容易碎掉，所以冬季施工時，一定要小心搬運。

3)運行維護方面，國內(nèi)個別火電廠脫硫系統(tǒng)中除霧器存在問題多是由除霧器柵格嚴重板結(jié)堵塞后出現(xiàn)垮塌情況引起的。維護好除霧器正常運行的重要途徑就是建立并嚴格執(zhí)行除霧器沖洗制度，并且及時觀察除霧器前后端的壓差。當壓差變化增大時，要求盡快用水沖洗，并增加沖洗次數(shù)。

特別是對于燃煤含硫量較高的火電廠，由于從吸收劑攜帶補充來的水分增加，而吸收塔的蒸發(fā)水量不變，所以吸收塔的液位越來越高，最終吸收塔處于高液位運行，除霧器得不到正常自動沖洗。這種情況下，一定要先解決水平衡問題，再進一步完善對除霧器的定期沖洗制度，并嚴格執(zhí)行。

倘若除霧器裝置未在要求的工況下運行或存在沖洗水系統(tǒng)故障時，就會發(fā)生石膏漿液沉積在除霧器的葉片及支撐上或者除霧器彎道里面。如果發(fā)現(xiàn)有沉積堵塞現(xiàn)象，務(wù)必要對除霧器裝置認真檢查。檢查確定板結(jié)物是否可溶，是否疏松，是否是石膏結(jié)晶，是否為硬結(jié)垢。如果產(chǎn)生的是硬結(jié)垢，使用配套的沖洗系統(tǒng)進行正常的沖洗很難去除，故必須保證沖洗水系統(tǒng)正常運行，避免除霧器產(chǎn)生硬結(jié)垢。

4)待停機對整個除霧器的檢查是很有必要的，主要檢查部位：除霧器柵格下部是否沉積堵塞；葉片是否板結(jié)；柵格是否機械損壞；柵格是否移動錯位；噴嘴或管道是否損壞或堵塞；管道系統(tǒng)的是否泄露；沖洗閥門是否完好等。若除霧器下部積有漿液或葉片間有硬結(jié)垢產(chǎn)生時，除霧器的性能將大大失效。這種情況下，應(yīng)及時安排專業(yè)沖洗單位人員進行離線高壓水進行沖洗，沖洗水壓力控制在<10 MP。殘余板結(jié)物應(yīng)使用合適的工具來刮除(如塑料刮刀)。

6 結(jié)論

從除霧器的葉片入手分析了葉片強度，從而建議平板型除霧器支撐梁間距不要超過2 000 mm。詳細分析平板型和屋脊型各自的特點，認為這兩種形式都可以應(yīng)用于煙氣脫硫領(lǐng)域，但從經(jīng)濟性考慮，建議適當情況下可以選擇平板型。在使用高硫煤及煙溫較高的火電廠，采用屋脊型更適合。從安裝角度，強調(diào)了支撐梁制造和安裝精度的重要性。另外分析了除霧器葉片的結(jié)垢原理，強調(diào)了沖洗水系統(tǒng)的重要性。最后，從運行維護的角度，必須完善對除霧器檢測和沖洗制度，并嚴格執(zhí)行，這樣才能有效地確保除霧器運行的安全、穩(wěn)定、長周期。

[1] 金定強.脫硫除霧器設(shè)計[J].電力環(huán)境保護,2003，19(1)：19-21.