王 操，盧文鋒，張 彥

(湖北省電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限公司，湖北 武漢 430000)

汞是一種神經(jīng)毒素，對(duì)人體的危害巨大。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，環(huán)境問題日益凸顯，燃煤電廠作為汞排放的大戶，亟需加大對(duì)電廠汞排放的控制力度。然而遺憾的是，我國(guó)脫汞技術(shù)的工業(yè)化應(yīng)用基本處于試驗(yàn)階段，對(duì)脫汞系統(tǒng)與裝置需進(jìn)行更深入的研究[1]。

利用汞吸附劑將煙氣中氣態(tài)Hg轉(zhuǎn)化為顆粒態(tài)Hg，然后通過除塵器協(xié)同脫除，是燃煤電廠脫汞技術(shù)的一個(gè)主流方向[2-3]。而Hg吸附劑是其中的關(guān)鍵，目前Hg吸附劑主要有活性炭和改性飛灰?；钚蕴勘缺砻娣e大，是可靠的Hg吸附劑，但是其運(yùn)行成本高昂，難以大規(guī)模應(yīng)用；未改性的飛灰中含有大量的磁性物質(zhì)，具有一定的吸附性能，對(duì)Hg的吸附效率約為活性炭的三分之一，而改性后飛灰對(duì)Hg吸附效率大大增強(qiáng)，吸附效率可達(dá)90%以上。對(duì)飛灰進(jìn)行化學(xué)改性，旨在改善表面致密結(jié)構(gòu)以提高活性位點(diǎn)數(shù)量，能取得更好的脫汞效果[4-5]。飛灰改性大多采用鹵化物溶液浸泡，如何將濕的改性飛灰干燥后均勻輸送到煙氣里對(duì)脫汞的效果實(shí)現(xiàn)非常重要。本文以廣東某電廠脫汞項(xiàng)目為依托，研究了改性飛灰的處理流程和吸附劑混合風(fēng)箱的設(shè)計(jì)。

1 機(jī)組概況

本項(xiàng)目擬在廣東某超臨界機(jī)組上實(shí)施，鍋爐為超超臨界變壓運(yùn)行螺旋管圈直流爐、一次再熱、前后墻對(duì)沖燃燒方式、三分倉回轉(zhuǎn)式空預(yù)器，平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、全懸吊結(jié)構(gòu)Π型鍋爐，鍋爐參數(shù)見表1，煤質(zhì)分質(zhì)見表2。電廠飛灰成分分析資料見表3。

表1 鍋爐設(shè)計(jì)參數(shù)

表2 煤質(zhì)分析數(shù)據(jù)

每臺(tái)鍋爐設(shè)2臺(tái)三室四電場(chǎng)靜電除塵器，除塵效率99.6%，從表3中可知，飛灰中三氧化二鐵含量在鍋爐燃燒設(shè)計(jì)煤種時(shí)占比9.59%，校核煤種占比23.46%，飛灰有較強(qiáng)的吸附能力。

2 改性飛灰的處理流程

本工程中，鍋爐配有2臺(tái)獨(dú)立的電除塵器，每臺(tái)除塵器設(shè)置1套飛灰改性及添加系統(tǒng)，每套系統(tǒng)添加改性飛灰1 t/h。飛灰緩沖料倉兩套改性系統(tǒng)共用，有效容積約30 m3，可保證系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行24 h。系統(tǒng)工藝流程如圖1所示。

圖1 改性飛灰處理流程圖

改性劑(30%CuCl2溶液)通過加藥泵進(jìn)入到靜置儲(chǔ)罐，同時(shí)飛灰通過變頻旋轉(zhuǎn)給料閥也進(jìn)入靜置儲(chǔ)罐中，它們?cè)陟o置儲(chǔ)罐中混合放置時(shí)間應(yīng)超過1 h，可以使銅在飛灰表面的負(fù)載量達(dá)到6%以上。濕的改性飛灰然后通過螺旋輸送給料機(jī)送至干燥器。干燥介質(zhì)采用一次風(fēng)空氣預(yù)熱器出口的一次熱風(fēng)，溫度為330 ℃、壓力約10 964 Pa、取風(fēng)量25 000 m3/h(標(biāo)準(zhǔn))，在干燥器內(nèi)熱風(fēng)與改性飛灰直接接觸換熱，將含水率約70%的改性飛灰干燥成含水量5%的粉末狀態(tài)，然后隨熱風(fēng)輸送至混合風(fēng)箱?；旌巷L(fēng)箱設(shè)在鍋爐空預(yù)器出口彎頭處，與原鍋爐煙道相連，噴入的改性飛灰吸附煙氣中的Hg后被電除塵器收集下來。

3 吸附劑混合風(fēng)箱的設(shè)計(jì)

為保證改性飛灰的輸送流速不小于20 m/s，混合風(fēng)道截面為約0.5 m2，而鍋爐本體煙道長(zhǎng)度達(dá)到13 m，混合風(fēng)箱較為狹長(zhǎng)。為使風(fēng)粉混合物能較均勻地流入鍋爐本體煙道，初步擬定兩種方案。

(1)采用階梯式風(fēng)箱：風(fēng)粉混合物通過與壁面撞擊改變流向，設(shè)計(jì)中將風(fēng)箱設(shè)為7段，每段寬度方向減少100 mm，如圖2所示。

圖2 階梯式混合風(fēng)箱

(2)采用導(dǎo)流板式混合風(fēng)箱：在混合風(fēng)箱中均勻地加裝導(dǎo)流板，將煙道連接面分成八等分，初如導(dǎo)流板彎曲半徑為125 mm，第二、三級(jí)導(dǎo)流板彎曲半徑為250 mm，第四、五段導(dǎo)游板彎曲半徑為500 mm，第六、七段導(dǎo)流板彎曲半徑為750 mm，如圖3所示。

圖3 導(dǎo)流板式混合風(fēng)箱

在ANSYS軟件中對(duì)這兩種混合風(fēng)箱進(jìn)行數(shù)值模擬，并作出以下假設(shè)：

(1)改性飛灰粒度分布50～150 μm，正態(tài)方布，堆積密度1.8 t/m3，含水率5%；

(2)輸送改性飛灰風(fēng)量12.4 m3/s，風(fēng)溫為147 ℃，風(fēng)壓6 000 Pa，連接鍋爐本體處風(fēng)壓為-2 000 Pa；

模型計(jì)算得出的流場(chǎng)如圖4、圖5所示。

圖4 階梯式混合風(fēng)箱流場(chǎng)

圖5 導(dǎo)流板式混合風(fēng)箱流場(chǎng)

通過圖4和圖5的結(jié)果可知，方案一采用階梯式混合風(fēng)箱，風(fēng)箱上設(shè)置的擋板無法改變改性飛灰的運(yùn)行方向，改性飛灰絕大部分進(jìn)入了煙道的一側(cè)，分布不均勻；方案二在風(fēng)箱中加裝導(dǎo)流板，擾流比較強(qiáng)烈，雖然大部分飛灰進(jìn)入前端，但隨著煙氣繼續(xù)向后流動(dòng)，進(jìn)入到煙道壁面時(shí)平均速度較低，流場(chǎng)覆蓋率達(dá)到約45%，改性飛灰能較均勻地入射到鍋爐本體煙道。

4 結(jié) 論

本文設(shè)計(jì)了改性飛灰的處理流程，解決了改性飛灰的干燥與輸送問題，實(shí)踐表明：改性飛灰的處理流程能連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，自動(dòng)化控制程度較高，能適應(yīng)于規(guī)?；瘧?yīng)用。本文設(shè)計(jì)的兩種吸附劑混合箱結(jié)構(gòu)形式，階梯狀混合箱、分段等長(zhǎng)導(dǎo)流板混合箱，在ANSYS中對(duì)這兩種混合箱的流場(chǎng)進(jìn)行模擬，結(jié)果表明：導(dǎo)流板式混合箱混合效果較好，可以滿足工程使用要求。