摘要：该技术简单且设备一次性投资小、技术成熟度和可靠性高、性能满足“全负荷”工况稳定运行、运行维护费用低乃至于免维护为目标，创新性开发了“旋流型可调节湿式除尘除雾一体化集成装置”。
关键词：600MW机组；湿烟气；除尘除雾；超低排放
1 课题立项背景与技术现状分析
1.1 课题立项背景：华电集团要求所属火电机组2018年前完成烟气“超低排放”改造，NOX、SO2、烟尘排放上限标准：50mg/Nm3、35mg/Nm3、5mg/Nm3。
1.2 捕集烟尘（含烟尘、石膏、亚硫酸钙、胶质物等）技术措施现状分析：
1.2.1 技术措施及烟尘排放标准对比
1.2.2 技术措施及效果（欧美标准低不参加对比）
1.2.3 技术措施可实现烟尘＜5mg/Nm3特征（两级屋脊型除雾器+湿式电除尘器）：
1.2.3.1 设备一次性投资特别大；
1.2.3.2 运行维护费用高。
1.2.4 技术措施不稳定实现烟尘＜5mg/Nm3特征（三级屋脊型除雾器、管束式除雾器）：
1.2.4.1 设备一次性投资小；
1.2.4.2 运行维护费用低。
2 技术措施目标要求与实现目标的意义
2.1 烟尘超低排放技术措施目标要求
2.1.1 技术简单且设备一次性投资小；
2.1.2 技术成熟度和可靠性高；
2.1.3 性能适应运行全负荷工况且运行全过程稳定；
2.1.4 运行维护费用低以至免维护。
2.2.实现目标的意义
2.2.1 设备一次性投资小；
2.2.2 技术不能过于复杂而导致投资大和可靠性差；
2.2.3 性能适应运行全负荷工况且运行全过程稳定；
2.2.4 运行维护费用低甚至达到免维护。
3 研究步骤与具体实施方法
3.1 研究步骤
3.1.1 调研
3.1.1.1 调研目标：三级屋脊型除雾器、管束式除雾器、屋脊型除雾器+湿式电除尘器。
3.1.1.2 调研结果：三级屋脊型除雾器、管束式除雾器实现烟尘超低排放不稳定、不可靠；
两级屋脊型除雾器+湿式电除尘器具备实现烟尘超低排放的要求，但是设备一次性投资大，运行维护费用高。
3.1.1.3 调研结论：三种烟尘超低排放技术措施均不满足确立的技术措施目标要求。
3.1.2 确定新的技术路线并进行可行性研究
3.1.2.1 折流板除雾器技术、传统旋流板除雾器技术均应用几十年，技术成熟度较高，技术内容不复杂，但都有受限条件，即性能适应运行工况幅度窄。
折流板除雾器由于技术原理的制约，只能捕集>20μm的雾滴，性能最佳湿烟气流速区间2.8～3.3m/s，湿烟气流速低或高都不利于捕集雾滴性能正常工作；
传统旋流板除雾器由于采用平行式叶片设计，气道夹角平行，动压与静压比接近，即Pt＝Pst+Pd，Pd＝0.5ρv2，传统旋流板除雾器平行式叶片动压系数为0.5。孔动能因子F0>12时，能够捕集>10μm的雾滴；低负荷运行工况条件下，穿孔动能因子F0＜12时，不利于捕集雾滴性能正常工作。
3.1.2.2 研究论证应用“非直接耦合”技术将折流板除雾器技术、传统旋流板除雾器技术进行集成，同时将传统旋流板除雾器采用的平行式叶片设计修改为后曲面叶片，使动压小于静压，减少湿烟气在进入旋流叶片时流动损失小，从而增大离心力，捕集烟尘和雾滴效率更高。
3.1.2.3 为了克服新型旋流板除雾器在低负荷运行工况条件下穿孔动能因子F0＜12时影响其捕集烟尘和雾滴性能正常工作，在新型旋流板除雾器湿烟气入口或出口部分区域设计关断门，用来调节进入新型旋流板除雾器湿烟气流速，确保穿孔动能因子F0>12。
3.1.3 运行工况数据归纳与整理
#3机组运行负荷与烟气流量数据表
3.1.4 旋流型除尘除雾器理论计算
3.1.4.1 单板板压计算公式：
Q - 流量，m³/s
A0- 开孔面积，㎡
γ-重度，kg/ m³
F0-气流穿孔强度因子，kg
即：
u-气流流速（穿孔的），m/s
3.1.4.2 确定单板板压除尘除雾最佳效率区间
#3机组运行负荷与单板压差计算表
计算结论：当旋流型湿式除尘除雾器运行压差在230～350Pa之间时，即气流穿孔强度因子在12＜F0＜17（单位为kg0.5/m0.5s）区间为除尘除雾最佳效率区间，设计新型旋流叶片开孔面积控制压差上限，利用关断门调节控制压差下限，使除雾器从静态设备改变为动态设备，这是除雾技术的革命性突破。
3.1.5 设备结构初步设计
图1、整体结构正视图：
图2、并列组合旋流板除雾器及烟气流速调节关断门俯视图
图3、湿烟气流速调节关断门 图4、湿烟气流速调节关断门开闭与压差关系
3.1.6 计算流体力学（CFD）建模与模拟
3.1.6.1 湿烟气压力场模拟
3.1.6.2 湿烟气流速场模拟
3.1.6.3 湿烟气温度场模拟
3.1.6.4 烟气及液滴流线模拟
3.1.6.5 模拟结论
采用一级管式流场分配器+一级屋脊型除雾器+两级并列组合旋流板除尘除雾器+湿烟气流速调节关断门进行“非直接耦合”设计，可以捕集大于5μm以上的雾滴，除尘除雾效率非常高。
4 技术创新点与工业实用性转化
4.1 技术创新点（6点）
4.1.1 整套设备采用“非直接耦合”集成技术：
一级管式流场分配器+一级屋脊型除雾器+两级并列组合旋流板除尘除雾器+旋流板除雾器烟气流速调节关断门“非直接耦合”集成为一体，优势互补性强的技术路线，达到集成体性能往一个方向传导，即内容耦合和能量耦合。
4.1.2 旋流板除尘除雾器按区域采用个性化布置：
两级并列组合旋流板除尘除雾器在哈三电厂#3脱硫吸收塔由627个单元组合，采用“蜂窝”结构合成一体，依据对其流场的湿烟气压力、速度和温度分布使用计算流体力学（CFD）工具建模与模拟计算，按照三要素，在不同部位布置穿孔面积A0不同后弯式叶片旋流器，平衡各区域部位对烟尘的捕集效率（见发明专利申请书）。
4.1.3 采用烟气流速调节关断门技术应用使除雾器改变为动态设备：
新型旋流板除雾器烟气流速调节关断门技术，是针对新型旋流板除尘除雾器的除尘除雾效率与其穿孔动能因子F0（单位为kg0.5/m0.5s）有关，F0＜8时，捕集＜10μm以下的雾滴能力迅速下降，通过低负荷或深度调峰超低负荷工况时关闭调节关断门，提高了其他区域的湿烟气流速，确保了穿孔动能因子F0稳定在12＜F0＜17（单位为kg0.5/m0.5s）工作区间，确保捕集效率稳定。（见浙江大学化工原理教研组“旋流板设备设计参考资料”）。
4.1.4 各类除尘除雾器活荷载全部采用传统技术，结构保持稳定：
两级并列组合旋流板除雾器的安装结构借鉴了屋脊式除雾器安装方法，将冲洗管道布置在旋流板除雾器单元筒体下端，使冲洗管道与旋流板除雾器单元筒体隔离，结构稳定，提高了设备运行的可靠性（见实用新型专利授权书）。
4.1.5 各类除尘除雾装置冲洗系统冲洗喷嘴采用区域个性化设计与布置：
由于不同管路喷嘴数量不同，通过改变各路冲洗管道冲洗喷嘴的出口截面积，使各路喷嘴压力稳定，避免短的管道由于喷嘴少而形成冲洗水雾化，冲洗能量变小，冲洗效果不佳，除雾器发生大面积堵塞。冲洗喷嘴设计23个规格布置在不同冲洗管路上。（见实用新型专利授权书）
4.1.6 旋流板叶片型式的创新与突破：
旋流板采用后弯式叶片型设计，不同规格的旋流板空气动力场试验和建模模拟。悬浮力与离心力是平板式旋流板的几何倍数。
4.2 工业实用性转化
依据理论计算、建模模拟和丰富的产品设计经验，设计制造了“旋流型可调节湿式除尘除雾一体化集成装置”，应用在哈三电厂3号600MW机组烟气“超低排放”改造工程中。
5 技术应用效果评估
5.1 运行后的性能测试
西安热工院苏州分院于机组运行8个月后检测结果（低负荷时烟气流速调节关断门全部关闭）：
5.2.技术与经济效益
5.2.1.#3机组烟气超低排放改造工程于2016年7月28日完成并启机，2017年3月22停机，连续运行235天。
5.2.2.自2016年9月4日至2017年3月22累计发电17.3亿千瓦时，上网电量15.91亿千瓦时。
5.2.3.烟气“超低排放”奖励电价0.01元/kwh，所获得电价奖励1591万元（含税）。
5.2.4.按三类烟气平均分配530万元（含税）。
6 技术与应用推广
该项目已在哈三电厂3号脱硫吸收塔上完成示范工程，在不同运行工况不同季节条件下烟尘排放稳定，实现超低排放，并且实现免维护。该项目同时在佳木斯热电厂2号机组和牡丹江第二发电厂9号机组稳定运行，尤其在牡丹江第二发电厂运行过程中，9号机组电袋除尘器出现局部破袋问题，入口烟尘严重超标，致使脱硫吸收塔内石灰石石膏浆液氧化困难而难以排出，被迫降低液位，稀释脱硫剂，在此工况条件下，出口烟尘排放仍然稳定在3.7～4.15mg/Nm3，实现超低排放”，成效显著，因此该技术与工业实用性转化设备具有广泛的推广应用价值。
参考文献：
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[2]刘海龙，蔡向东.管束式除尘装置与湿式静电除尘装置在电厂的应用分析[J].华北电力技术，2017（09）：65-70.
[3]李珺，李小宇，程旺斌，高维广.高效除尘技术在石灰石——石膏湿法烟气脱硫系统中的应用[J].中小企业管理与科技（上旬刊），2017（08）：150-151.
论文作者:李树臣
论文发表刊物:《电力设备》2018年第16期
论文发表时间:2018/10/1
标签：烟气论文; 技术论文; 流速论文; 烟尘论文; 雾滴论文; 工况论文; 超低论文; 《电力设备》2018年第16期论文;