----4H高效微旋流除塵除霧技術介紹

　　（北京至清時光環保工程技術有限公司總經理  李玢）

　　中國傳媒聯盟 據 中國企業新聞網 訊：【提要】 與300MW以上大型火力發電鍋爐相比，數量巨大的中小鍋爐、燒結機、焦爐煤氣、玻璃爐窯、陶瓷爐窯等廢氣源，存在氣源成分復雜、負荷變化大、煙塵顆粒物含量高的特點，成為煙塵顆粒物深度治理的瓶頸。4H高效微旋流除塵除霧技術，以流體力學為原理構造相互疊加的微旋流環境，達到超細煙塵顆粒物高速碰撞、集結、脫除的高效除塵裝置，已在國內一些中小型燃煤鍋爐電廠運投使用，不但除塵效果良好，運投成本也十分經濟。

　　一、研發背景

　　（一）政策導向

　　2014年09月12日 ,國家發展改革委、環境保護部、國家能源局關于印發《煤電節能減排升級與改造行動計劃（2014—2020年）》的通知，就燃煤發電行業的節能減排提出了新的要求和升級改造“時間表”。一系列的戰略舉措表明，基于更加嚴格排放標準的超潔凈排放將成為燃煤發電行業的“新常態”。

　　“嚴控大氣污染物排放”是該《行動計劃》的核心內容。值得關注的是，本次《行動計劃》是“十二五”期間對燃煤發電機組大氣污染物排放要求的第三次提升：要求在京津冀、長三角、珠三角等“三區十群”19個省（區、市）47個地級及以上城市執行大氣污染特別排放限值；此次《行動計劃》則明確要求東部地區基本達到燃氣輪機組排放限值。

　　為推動央企節能減排任務的實現，國家能源局發布了《關于印發2015年中央發電企業煤電節能減排升級改造目標任務的通知》，對八大中央發電企業提出了明確的節能減排升級改造任務。為落實國家能源局關于大氣污染防治和煤電節能減排升級改造的目標要求，各省均加強污染物排放監測監管力度。山東省排出了燃煤機組時間表：2018年年底前，10萬千瓦及以上的燃煤機組全部完成超潔凈排放改造任務。

　　“十三”五期間，面對國家全面提升燃煤鍋爐污染物排放標準，超細顆粒煙塵排放的治理面臨時間緊、任務重、技術壁壘高的現實問題。一般的中小企業不具備研究開發新技術的人員優勢、經濟實力，能夠從中脫穎而出的也是為數不多的、具有技術和經濟實力的少數企業。

　　（二）適用技術匱乏

　　現有的技術路線：對SO2＜50mg/Nm3、塵＜20mg/Nm3排放要求，可采取靜電除塵器、脫硫塔、除霧器改造的方式實現；對SO2＜35mg/Nm3、塵＜5mg/Nm3排放要求，普遍采用增加濕式電除塵器的技術路線。但存在投資高、運行費用高、改造工期長、改造難度大的局限。
 

 

　　（三）至清時光優勢

　　立足電力環保高端市場，至清時光擁有完全自主研發、自主知識產權的濕法脫硫技術；2008年開發的雙回路豎噴濕法脫硫工藝系統取得國家專利（專利號：200820109213.8），并得到廣泛應用；具有自主知識產權的“高效微旋流除塵除霧裝置”（4H高效微旋流除塵除霧技術），以下簡稱“4H技術”或“4H裝置”，已獲國家實用新型專利（專利號：201520594074.2）。

　　二、技術介紹

　　（一）研究開發問題的提出

　　傳統的燃煤鍋爐顆粒物煙塵控制設備，普遍采用電除塵器、布袋除塵器、電袋一體除塵器，在較好的工況下，顆粒物煙塵排放可控制在30mg/Nm3左右。最近新興的濕式電除塵器，可使煙塵排放低于30mg/Nm3，但不能完全達到“50355”要求，而且面臨改造周期長、改造投資高、運行費用多的客觀瓶頸。

　　開發一種結構相對簡單、投資相對較低、運營費用經濟、改造周期短、穩定達到國家超潔凈煙塵排放標準的高效除塵除霧裝置，在國家大力提倡節能減排、超潔凈排放的今天，具有廣泛的實用價值和明顯的現實意義。

　　（二）超細煙塵顆粒的流體力學特征

　　燃煤鍋爐排放的超細煙塵顆粒處于多相流環境，具有以下特點：

　　1、顆粒是分散相，粒徑大小不一，運動規律各異；

　　2、由于固體顆粒與液體介質的運動慣性不同，顆粒與液體介質存在著運動速度的差異，即相對速度；

　　3、顆粒之間及顆粒與器壁之間的相互碰撞和摩擦對運動有較大影響；

　　4、湍流條件下，氣流的脈動對顆粒的運動規律以及顆粒的存在對氣流的脈動速度均有相互影響；

　　5、由于流場中壓力和速度梯度的存在、顆粒形狀不規則、顆粒之間及顆粒與器壁之間的相互作用等原因，會產生顆粒的旋轉，從而產生升力效應。

　　（三）燃煤鍋爐煙塵的濕潤性特征

　　煙塵顆粒與液體接觸后能否相互附著的難易程度性質，稱為煙塵的濕潤性。根據被水濕潤的程度，煙塵分為疏水性煙塵和親水性煙塵兩大類。疏水性煙塵與液體接觸時，接觸面趨于縮小而不能附著，煙塵不易濕潤。隨著煙塵粒徑的減小、壓力降低、溫度升高，煙塵的濕潤性降低。

　　鍋爐煙塵中大多數屬于親水性煙塵，但少量的黑色碳顆粒、微量金屬片狀顆粒親水性差,表面不易被液體潤濕，成為煙塵超潔凈排放的障礙。

　　（四）研究開發遵循的原則

　　減少燃煤鍋爐顆粒物煙塵排放的最大難點，是如何實現對煙塵中超細煙塵顆粒（5um及以下）的控制。研究開發的目的，是在對煙塵中超細顆粒煙塵的物理特性、不同工況流體運動中的狀態進行充分研究分析基礎上，建立流體力學模型，探索適合控制超細煙塵顆粒（5um）的最佳裝置結構。

　　研究開發遵循以下原則：1、旋流結構下的湍流環境，有利于對超細煙塵顆粒的控制；2、旋流結構下，運動產生壓力差形成的流體加速度，對超細煙塵顆粒的控制起決定性作用。

　　（五）研究開發的環境基礎

　　產品研發流體力學分析，建立在基于ANSYS的FULENT前處理環境基礎上。在研發產品圖紙基礎上，提取開發產品的幾何特征，建立開發產品的幾何模型。由于開發產品大多不具有對稱性，往往需要建立整體模型。ANSYS讀入PRO/E的模型文件，進行網絡劃分及邊界條件施加。鑒于模型的復雜性，選擇ANSYS帶中間節點的四面點單元SOLID92，以進行復雜邊界的擬合、提高計算精度。FULENT讀入ANSYS前處理文件，對邊界條件進行修改、對模型進行縮放，最后進行模型的初始化完成求解。
 

 

　　（六）4H裝置的流場模擬

　　四個工況流場模擬圖，分別檢驗4H裝置在其他條件不變的情況下，對粒徑為15um、10um、8um、5um以下煙塵顆粒的脫除情況。如圖所示，4H裝置可以完全脫除粒徑為15um、10um、8um的煙塵顆粒，粒徑5um以下工況的煙塵脫除率達80%以上，按照重量百分比折算，遠低于5mg/Nm3排放標準。

　　（七）4H裝置的技術特點

　　4H裝置具有高除塵效率、高除霧效率、高節水效率、高節能效率四大特點。入口煙塵不超過30mg/Nm3時，配備單套4H裝置，排放煙塵可穩定控制在5mg/Nm3以下；凈煙氣霧滴含量可穩定控制在35mg/Nm3  以下；4H裝置運行不耗電，阻力與除霧器相當，運行費用是常規技術的10%—20%。
 

 

　　（八）4H裝置的結構特征

　　1、高效微旋流除塵除霧裝置，結構包括不同螺距的微旋流葉片、內構部件、裝置外殼。結構特征：外殼包裹著微螺旋葉片、內構件；外殼、微螺旋葉片總行程高度由設計條件確定。

　　2、遵循的流體力學理論特征：1、旋流結構下的湍流環境，有利于對超細煙塵顆粒的控制；2、旋流結構下，運動產生壓力差形成的流體加速度，對超細煙塵顆粒的控制起決定性作用。

　　3、安裝于燃煤鍋爐濕法煙氣脫硫系統吸收塔內。適應的濕法煙氣脫硫系統工藝包括石灰石石膏法工藝、鎂法工藝、氨法工藝、電石渣等廢堿液工藝。

　　4、在吸收塔內位置特征：位于噴淋層上方。若干單元裝置蜂窩布置成高效微旋流除塵除霧系統。

　　（九）沖洗水系統

　　高濃度煙塵工況的沖洗水系統

　　當入口煙塵超過50mg/Nm3時，4H裝置設一套沖洗水循環系統，系統設備主要有:沖洗水箱、沖洗水泵、過濾水泵、膜式過濾器、沖洗水管道及噴嘴、沖洗水收集裝置等。

　　煙氣中的超細煙塵顆粒在通過除塵裝置后被去除，需要定期進行沖洗以保證其持續高效的除塵除霧效果。上水室中的工藝水通過沖洗水泵加壓后送至沖洗噴嘴，對除塵裝置進行沖洗，沖洗水通過收集裝置匯合，經回水管道流入沖洗水箱回水室，再通過過濾水泵和膜式過濾器處理，除去沖洗水中的固體顆粒，再進入沖洗水箱上水室得以重復利用。

　　根據不同項目的塔徑，按照4H裝置的需要來設計沖洗系統的沖洗管路布置，保證能夠對4H微旋流除塵除霧裝置進行全面沖洗，沖洗水母管的布置可以使每個噴嘴基本運行在平均水壓。

　　三、工程應用

　　（一）保定工程業績

　　至清時光承擔了保定市東方家園、雙彩、金昌三個小區鍋爐煙氣深化治理工程的承包建設工作，已竣工投運。第三方檢測機構提供的監測報告顯示，氮氧化物、二氧化硫、煙塵排放均優于合同規定的排放標準。

　　東方家園、雙彩、金昌小區鍋爐規模分別為3×20t/h、2×20t/h、2×20t/h的供熱鍋爐。深化治理工藝：煙氣脫硫采用雙堿法脫硫工藝；煙氣脫硝采用SNCR脫硝工藝；末端除塵采用設置在塔頂的高效微旋流除塵除霧裝置。
 

 

　　2016年3月31日，北京市、河北省、保定市環保局領導對我司總承包的燃煤鍋爐煙氣深化治理工程進行了現場驗收。專家、領導認為：工程技術先進、布局合理、工期緊湊；第三方檢測機構提供的監測報告顯示，氮氧化物、二氧化硫、煙塵排放均優于合同規定的標準；“4H微旋流除塵除霧”裝置在控制超細顆粒煙塵超潔凈排放方面效果顯著，極具推廣價值。

　　（二）高密工程業績

　　1、項目概述

　　高密萬仁熱電有限公司北廠B塔鍋爐煙氣脫硫工程，一期采用石灰石-石膏濕法脫硫工藝，并于2014年12月投入運行。 2臺130t/h鍋爐煙氣進入一臺脫硫塔進行處理，其煙氣處理能力為2×130t/h鍋爐BMCR工況時的100%煙氣量，入塔煙氣量為340120Nm3/h (標況、濕態、實際O2 )，入口煙氣SO2含量按4000mg/Nm3  設計，每臺鍋爐配制電除塵器，除塵器出口處煙塵排放濃度不大于50mg/Nm3。環保設施要求統一執行GB13223-2011《火電廠大氣污染排放標準》中火力發電鍋爐大氣污染物排放的濃度限值要求，即脫硫后能夠達到SO2≤100mg/Nm3（標態, 干基，6%O2）排放標準，預留遠期SO2≤50mg/Nm3排放標準空間。

　　2、超低排放改造要求

　　2016年根據環保超低排放要求，高密萬仁熱電有限公司城北電廠進行脫硫除塵改造，二期脫硫除塵改造要求為脫硫后能夠達到SO2≤35mg/Nm3，煙塵≤5mg/Nm3排放標準。

　　3、改造方案

　　經過招標，改造方案采用北京至清時光的專利技術脫硫除塵一體化“4H高效微旋流除塵除霧裝置”，實現超低排放要求。

　　改造主要任務是提高原有脫硫系統的脫硫效率和除塵效率，使吸收塔出口煙氣達到SO2濃度（6%O2，干態）≤35 mg/Nm3，煙塵濃度（6%O2，干態）≤5 mg/Nm3。改造主要涉及吸收塔本體、除霧器沖洗水系統和煙氣系統，脫硫系統的其余設備保持不變。

　　吸收塔改造內容：在現有最下噴淋層下部增加一個4H煙氣均布裝置；拆除原吸收塔兩級除霧器中位于底下的一級，同時在原位置安裝一套高效微旋流除塵除霧裝置，原吸收塔上沖洗水接口需要按實際需要改造。吸收塔改造完成后對吸收塔內部防腐進行檢查并修復

　　除霧器沖洗水系統：深度除塵技術采用北京至清時光的專利技術“4H高效微旋流除塵除霧器”，此裝置需要沖洗水，可利用原有除霧器沖洗水泵及其管道閥門以實現4H除塵除霧器的沖洗。

　　煙道系統：由于吸收塔改造其煙氣阻力增加750pa，且原有引風機已經改造過再進行改造也無法滿足運行需要，所以需要重新購買新引風機以滿足運行需要（引風機購買及安裝由業主負責）；我司完成引風機出口后的煙道連接。

　　4、運行檢測

　　改造后2016年8月2日投入運行，至今運行穩定，達到設計要求，業主方請專業的環保檢測公司檢測，脫硫入口含塵在70-72 mg/Nm3入口含硫2280 mg/Nm3的情況下，脫硫出口含塵為3.9-4.3 mg/Nm3出口含硫為21 mg/Nm3。

　　四、技術認證

　　（一）專利證書

　　2016年1月20日，至清時光自主研發的“高效微旋流除塵除霧裝置”獲家實用新型專利證書。
 

 

　　（二）材質檢驗報告
 

 

　　（三）保定項目煙塵達標檢測

　　改造前，保定市東方家園、雙彩、金昌三個小區燃煤鍋爐均采用水膜麻石塔除塵，吸收塔入口煙塵濃度高達300mg/Nm3 以上。改造中在吸收塔頂部安裝一套“4H微旋流除塵除霧裝置”。第三方檢測機構提供的監測報告顯示：出口煙塵濃度保持在15mg/Nm3 左右。

　　（四）保定項目煙塵超潔凈排放檢測

　　為獲得準確的4H裝置除塵效率數據、避免水膜麻石塔除塵效率低對檢測數據的影響，委托保定環保監測站，利用改造后的保定雙彩小區鍋爐煙氣脫硫裝置，模擬鍋爐運行狀態、石灰石-石膏濕法脫硫工藝條件下采樣檢測，采用手動連續添加煙塵方式，利用4H裝置對含塵廢氣進行處理。測試結果：入口煙塵濃度在20mg/Nm3 左右時，出口煙塵濃度在5mg/Nm3以下。
 

 

　　（五）濰坊市環保局煙塵超潔凈排放檢測報告2016年8月中旬，濰坊市環保局對“高密萬仁熱電有限公司北廠B塔鍋爐煙氣脫硫除塵超低排放改造工程”進行煙塵排放達標檢測。結果顯示：在不同工況下，出口煙塵濃度穩定達到5mg/Nm3以下。