4H高效微旋流除塵除霧技術(shù)介紹

（北京至清時(shí)光環(huán)保工程技術(shù)有限公司總經(jīng)理 ?李玢）

提要 與300MW以上大型火力發(fā)電鍋爐相比,，數(shù)量巨大的中小鍋爐、燒結(jié)機(jī)、焦?fàn)t煤氣、玻璃爐窯、陶瓷爐窯等廢氣源,，存在氣源成分復(fù)雜、負(fù)荷變化大、煙塵顆粒物含量高的特點(diǎn),，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(shù),，以流體力學(xué)為原理構(gòu)造相互疊加的微旋流環(huán)境,，達(dá)到超細(xì)煙塵顆粒物高速碰撞、集結(jié),、脫除的高效除塵裝置,，已在國(guó)內(nèi)一些中小型燃煤鍋爐電廠運(yùn)投使用，不但除塵效果良好,，運(yùn)投成本也十分經(jīng)濟(jì),。

一、研發(fā)背景

（一）政策導(dǎo)向

2014年09月12日 ,國(guó)家發(fā)展改革委,、環(huán)境保護(hù)部,、國(guó)家能源局關(guān)于印發(fā)《煤電節(jié)能減排升級(jí)與改造行動(dòng)計(jì)劃（2014—2020年）》的通知，就燃煤發(fā)電行業(yè)的節(jié)能減排提出了新的要求和升級(jí)改造“時(shí)間表”,。一系列的戰(zhàn)略舉措表明,，基于更加嚴(yán)格排放標(biāo)準(zhǔn)的超潔凈排放將成為燃煤發(fā)電行業(yè)的“新常態(tài)”。

“嚴(yán)控大氣污染物排放”是該《行動(dòng)計(jì)劃》的核心內(nèi)容,。值得關(guān)注的是,，本次《行動(dòng)計(jì)劃》是“十二五”期間對(duì)燃煤發(fā)電機(jī)組大氣污染物排放要求的第三次提升：要求在京津冀、長(zhǎng)三角,、珠三角等“三區(qū)十群”19個(gè)?。▍^(qū)、市）47個(gè)地級(jí)及以上城市執(zhí)行大氣污染特別排放限值,；此次《行動(dòng)計(jì)劃》則明確要求東部地區(qū)基本達(dá)到燃?xì)廨啓C(jī)組排放限值,。

為推動(dòng)央企節(jié)能減排任務(wù)的實(shí)現(xiàn)，國(guó)家能源局發(fā)布了《關(guān)于印發(fā)2015年中央發(fā)電企業(yè)煤電節(jié)能減排升級(jí)改造目標(biāo)任務(wù)的通知》,，對(duì)八大中央發(fā)電企業(yè)提出了明確的節(jié)能減排升級(jí)改造任務(wù),。為落實(shí)國(guó)家能源局關(guān)于大氣污染防治和煤電節(jié)能減排升級(jí)改造的目標(biāo)要求，各省均加強(qiáng)污染物排放監(jiān)測(cè)監(jiān)管力度,。山東省排出了燃煤機(jī)組時(shí)間表：2018年年底前,，10萬(wàn)千瓦及以上的燃煤機(jī)組全部完成超潔凈排放改造任務(wù)。

“十三”五期間，面對(duì)國(guó)家全面提升燃煤鍋爐污染物排放標(biāo)準(zhǔn),，超細(xì)顆粒煙塵排放的治理面臨時(shí)間緊,、任務(wù)重、技術(shù)壁壘高的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題,。一般的中小企業(yè)不具備研究開(kāi)發(fā)新技術(shù)的人員優(yōu)勢(shì),、經(jīng)濟(jì)實(shí)力，能夠從中脫穎而出的也是為數(shù)不多的,、具有技術(shù)和經(jīng)濟(jì)實(shí)力的少數(shù)企業(yè),。

（二）適用技術(shù)匱乏

現(xiàn)有的技術(shù)路線：對(duì)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(shí)現(xiàn),；對(duì)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(shù)路線,。但存在投資高,、運(yùn)行費(fèi)用高、改造工期長(zhǎng),、改造難度大的局限,。
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（三）至清時(shí)光優(yōu)勢(shì)

立足電力環(huán)保高端市場(chǎng)，至清時(shí)光擁有完全自主研發(fā),、自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的濕法脫硫技術(shù),；2008年開(kāi)發(fā)的雙回路豎噴濕法脫硫工藝系統(tǒng)取得國(guó)家專(zhuān)利（專(zhuān)利號(hào)：200820109213.8），并得到廣泛應(yīng)用,；具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的“高效微旋流除塵除霧裝置”（4H高效微旋流除塵除霧技術(shù)）,，以下簡(jiǎn)稱(chēng)“4H技術(shù)”或“4H裝置”，已獲國(guó)家實(shí)用新型專(zhuān)利（專(zhuān)利號(hào)：201520594074.2）,。

二,、技術(shù)介紹

（一）研究開(kāi)發(fā)問(wèn)題的提出

傳統(tǒng)的燃煤鍋爐顆粒物煙塵控制設(shè)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(dá)到“50355”要求，而且面臨改造周期長(zhǎng),、改造投資高,、運(yùn)行費(fèi)用多的客觀瓶頸,。

開(kāi)發(fā)一種結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單、投資相對(duì)較低,、運(yùn)營(yíng)費(fèi)用經(jīng)濟(jì),、改造周期短、穩(wěn)定達(dá)到國(guó)家超潔凈煙塵排放標(biāo)準(zhǔn)的高效除塵除霧裝置,，在國(guó)家大力提倡節(jié)能減排,、超潔凈排放的今天，具有廣泛的實(shí)用價(jià)值和明顯的現(xiàn)實(shí)意義,。

（二）超細(xì)煙塵顆粒的流體力學(xué)特征

燃煤鍋爐排放的超細(xì)煙塵顆粒處于多相流環(huán)境,，具有以下特點(diǎn)：

1、顆粒是分散相,，粒徑大小不一,，運(yùn)動(dòng)規(guī)律各異；

2,、由于固體顆粒與液體介質(zhì)的運(yùn)動(dòng)慣性不同,，顆粒與液體介質(zhì)存在著運(yùn)動(dòng)速度的差異，即相對(duì)速度,；

3,、顆粒之間及顆粒與器壁之間的相互碰撞和摩擦對(duì)運(yùn)動(dòng)有較大影響；

4,、湍流條件下,，氣流的脈動(dòng)對(duì)顆粒的運(yùn)動(dòng)規(guī)律以及顆粒的存在對(duì)氣流的脈動(dòng)速度均有相互影響；

5,、由于流場(chǎng)中壓力和速度梯度的存在,、顆粒形狀不規(guī)則、顆粒之間及顆粒與器壁之間的相互作用等原因,，會(huì)產(chǎn)生顆粒的旋轉(zhuǎn),，從而產(chǎn)生升力效應(yīng)。

（三）燃煤鍋爐煙塵的濕潤(rùn)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(zhì),，稱(chēng)為煙塵的濕潤(rùn)性,。根據(jù)被水濕潤(rùn)的程度，煙塵分為疏水性煙塵和親水性煙塵兩大類(lèi),。疏水性煙塵與液體接觸時(shí),，接觸面趨于縮小而不能附著，煙塵不易濕潤(rùn),。隨著煙塵粒徑的減小,、壓力降低、溫度升高，煙塵的濕潤(rùn)性降低,。

鍋爐煙塵中大多數(shù)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(rùn)濕,，成為煙塵超潔凈排放的障礙,。

（四）研究開(kāi)發(fā)遵循的原則

減少燃煤鍋爐顆粒物煙塵排放的最大難點(diǎn)，是如何實(shí)現(xiàn)對(duì)煙塵中超細(xì)煙塵顆粒（5um及以下）的控制,。研究開(kāi)發(fā)的目的,，是在對(duì)煙塵中超細(xì)顆粒煙塵的物理特性、不同工況流體運(yùn)動(dòng)中的狀態(tài)進(jìn)行充分研究分析基礎(chǔ)上,，建立流體力學(xué)模型,，探索適合控制超細(xì)煙塵顆粒（5um）的最佳裝置結(jié)構(gòu)。

研究開(kāi)發(fā)遵循以下原則：1,、旋流結(jié)構(gòu)下的湍流環(huán)境,，有利于對(duì)超細(xì)煙塵顆粒的控制；2,、旋流結(jié)構(gòu)下,，運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生壓力差形成的流體加速度，對(duì)超細(xì)煙塵顆粒的控制起決定性作用,。

（五）研究開(kāi)發(fā)的環(huán)境基礎(chǔ)

產(chǎn)品研發(fā)流體力學(xué)分析,，建立在基于ANSYS的FULENT前處理環(huán)境基礎(chǔ)上。在研發(fā)產(chǎn)品圖紙基礎(chǔ)上,，提取開(kāi)發(fā)產(chǎn)品的幾何特征,，建立開(kāi)發(fā)產(chǎn)品的幾何模型。由于開(kāi)發(fā)產(chǎn)品大多不具有對(duì)稱(chēng)性,，往往需要建立整體模型,。ANSYS讀入PRO/E的模型文件，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)劃分及邊界條件施加,。鑒于模型的復(fù)雜性,，選擇ANSYS帶中間節(jié)點(diǎn)的四面點(diǎn)單元SOLID92，以進(jìn)行復(fù)雜邊界的擬合,、提高計(jì)算精度,。FULENT讀入ANSYS前處理文件，對(duì)邊界條件進(jìn)行修改,、對(duì)模型進(jìn)行縮放,，最后進(jìn)行模型的初始化完成求解。

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（六）4H裝置的流場(chǎng)模擬

四個(gè)工況流場(chǎng)模擬圖,，分別檢驗(yàn)4H裝置在其他條件不變的情況下，對(duì)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(dá)80%以上,，按照重量百分比折算，遠(yuǎn)低于5mg/Nm3排放標(biāo)準(zhǔn),。

（七）4H裝置的技術(shù)特點(diǎn)

4H裝置具有高除塵效率,、高除霧效率、高節(jié)水效率,、高節(jié)能效率四大特點(diǎn),。入口煙塵不超過(guò)30mg/Nm3時(shí)，配備單套4H裝置,，排放煙塵可穩(wěn)定控制在5mg/Nm3以下,；凈煙氣霧滴含量可穩(wěn)定控制在35mg/Nm3 ?以下；4H裝置運(yùn)行不耗電,，阻力與除霧器相當(dāng),，運(yùn)行費(fèi)用是常規(guī)技術(shù)的10%—20%。
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（八）4H裝置的結(jié)構(gòu)特征

1,、高效微旋流除塵除霧裝置,，結(jié)構(gòu)包括不同螺距的微旋流葉片、內(nèi)構(gòu)部件,、裝置外殼,。結(jié)構(gòu)特征：外殼包裹著微螺旋葉片、內(nèi)構(gòu)件,；外殼,、微螺旋葉片總行程高度由設(shè)計(jì)條件確定。

2,、遵循的流體力學(xué)理論特征：1,、旋流結(jié)構(gòu)下的湍流環(huán)境，有利于對(duì)超細(xì)煙塵顆粒的控制,；2,、旋流結(jié)構(gòu)下，運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生壓力差形成的流體加速度,，對(duì)超細(xì)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(tǒng)吸收塔內(nèi)。適應(yīng)的濕法煙氣脫硫系統(tǒng)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(nèi)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(tǒng),。

（九）沖洗水系統(tǒng)

高濃度煙塵工況的沖洗水系統(tǒng)

當(dāng)入口煙塵超過(guò)50mg/Nm3時(shí),，4H裝置設(shè)一套沖洗水循環(huán)系統(tǒng)，系統(tǒng)設(shè)備主要有:沖洗水箱,、沖洗水泵,、過(guò)濾水泵、膜式過(guò)濾器,、沖洗水管道及噴嘴,、沖洗水收集裝置等。

煙氣中的超細(xì)煙塵顆粒在通過(guò)除塵裝置后被去除,，需要定期進(jìn)行沖洗以保證其持續(xù)高效的除塵除霧效果,。上水室中的工藝水通過(guò)沖洗水泵加壓后送至沖洗噴嘴，對(duì)除塵裝置進(jìn)行沖洗,，沖洗水通過(guò)收集裝置匯合,，經(jīng)回水管道流入沖洗水箱回水室，再通過(guò)過(guò)濾水泵和膜式過(guò)濾器處理,，除去沖洗水中的固體顆粒,，再進(jìn)入沖洗水箱上水室得以重復(fù)利用。

根據(jù)不同項(xiàng)目的塔徑,，按照4H裝置的需要來(lái)設(shè)計(jì)沖洗系統(tǒng)的沖洗管路布置,，保證能夠?qū)?H微旋流除塵除霧裝置進(jìn)行全面沖洗，沖洗水母管的布置可以使每個(gè)噴嘴基本運(yùn)行在平均水壓,。

三,、工程應(yīng)用

（一）保定工程業(yè)績(jī)

至清時(shí)光承擔(dān)了保定市東方家園、雙彩,、金昌三個(gè)小區(qū)鍋爐煙氣深化治理工程的承包建設(shè)工作,，已竣工投運(yùn)。第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)提供的監(jiān)測(cè)報(bào)告顯示,，氮氧化物,、二氧化硫、煙塵排放均優(yōu)于合同規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn),。

東方家園,、雙彩,、金昌小區(qū)鍋爐規(guī)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(shè)置在塔頂?shù)母咝⑿鞒龎m除霧裝置。

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2016年3月31日,，北京市,、河北省、保定市環(huán)保局領(lǐng)導(dǎo)對(duì)我司總承包的燃煤鍋爐煙氣深化治理工程進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收,。專(zhuān)家,、領(lǐng)導(dǎo)認(rèn)為：工程技術(shù)先進(jìn)、布局合理,、工期緊湊,；第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)提供的監(jiān)測(cè)報(bào)告顯示，氮氧化物,、二氧化硫,、煙塵排放均優(yōu)于合同規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)；“4H微旋流除塵除霧”裝置在控制超細(xì)顆粒煙塵超潔凈排放方面效果顯著,，極具推廣價(jià)值,。

（二）高密工程業(yè)績(jī)

1、項(xiàng)目概述

高密萬(wàn)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(yùn)行。 2臺(tái)130t/h鍋爐煙氣進(jìn)入一臺(tái)脫硫塔進(jìn)行處理,，其煙氣處理能力為2×130t/h鍋爐BMCR工況時(shí)的100%煙氣量,，入塔煙氣量為340120Nm3/h (標(biāo)況、濕態(tài),、實(shí)際O2 ),，入口煙氣SO2含量按4000mg/Nm3 ?設(shè)計(jì)，每臺(tái)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(huán)保設(shè)施要求統(tǒng)一執(zhí)行GB132232011《火電廠大氣污染排放標(biāo)準(zhǔn)》中火力發(fā)電鍋爐大氣污染物排放的濃度限值要求，即脫硫后能夠達(dá)到SO2≤100mg/Nm3（標(biāo)態(tài), 干基,，6%O2）排放標(biāo)準(zhǔn),，預(yù)留遠(yuǎn)期SO2≤50mg/Nm3排放標(biāo)準(zhǔn)空間。

2,、超低排放改造要求

2016年根據(jù)環(huán)保超低排放要求,，高密萬(wàn)仁熱電有限公司城北電廠進(jìn)行脫硫除塵改造,，二期脫硫除塵改造要求為脫硫后能夠達(dá)到SO2≤35mg/Nm3，煙塵≤5mg/Nm3排放標(biāo)準(zhǔn),。

3,、改造方案

經(jīng)過(guò)招標(biāo)，改造方案采用北京至清時(shí)光的專(zhuān)利技術(shù)脫硫除塵一體化“4H高效微旋流除塵除霧裝置”,，實(shí)現(xiàn)超低排放要求,。

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

吸收塔改造內(nèi)容：在現(xiàn)有最下噴淋層下部增加一個(gè)4H煙氣均布裝置,；拆除原吸收塔兩級(jí)除霧器中位于底下的一級(jí)，同時(shí)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(shí)際需要改造,。吸收塔改造完成后對(duì)吸收塔內(nèi)部防腐進(jìn)行檢查并修復(fù)

除霧器沖洗水系統(tǒng)：深度除塵技術(shù)采用北京至清時(shí)光的專(zhuān)利技術(shù)“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(mén)以實(shí)現(xiàn)4H除塵除霧器的沖洗,。

煙道系統(tǒng)：由于吸收塔改造其煙氣阻力增加750pa，且原有引風(fēng)機(jī)已經(jīng)改造過(guò)再進(jìn)行改造也無(wú)法滿足運(yùn)行需要,，所以需要重新購(gòu)買(mǎi)新引風(fēng)機(jī)以滿足運(yùn)行需要（引風(fēng)機(jī)購(gòu)買(mǎi)及安裝由業(yè)主負(fù)責(zé)）,；我司完成引風(fēng)機(jī)出口后的煙道連接。

4,、運(yùn)行檢測(cè)

改造后2016年8月2日投入運(yùn)行,，至今運(yùn)行穩(wěn)定，達(dá)到設(shè)計(jì)要求,，業(yè)主方請(qǐng)專(zhuān)業(yè)的環(huán)保檢測(cè)公司檢測(cè),，脫硫入口含塵在7072 mg/Nm3入口含硫2280 mg/Nm3的情況下，脫硫出口含塵為3.94.3 mg/Nm3出口含硫?yàn)?1 mg/Nm3,。

四,、技術(shù)認(rèn)證

（一）專(zhuān)利證書(shū)

2016年1月20日，至清時(shí)光自主研發(fā)的“高效微旋流除塵除霧裝置”獲家實(shí)用新型專(zhuān)利證書(shū),。
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?（二）材質(zhì)檢驗(yàn)報(bào)告

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（三）保定項(xiàng)目煙塵達(dá)標(biāo)檢測(cè)

改造前,，保定市東方家園、雙彩,、金昌三個(gè)小區(qū)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(dá)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(cè)機(jī)構(gòu)提供的監(jiān)測(cè)報(bào)告顯示：出口煙塵濃度保持在15mg/Nm3 左右,。

(四）保定項(xiàng)目煙塵超潔凈排放檢測(cè)

為獲得準(zhǔn)確的4H裝置除塵效率數(shù)據(jù),、避免水膜麻石塔除塵效率低對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)的影響，委托保定環(huán)保監(jiān)測(cè)站,，利用改造后的保定雙彩小區(qū)鍋爐煙氣脫硫裝置,，模擬鍋爐運(yùn)行狀態(tài)、石灰石石膏濕法脫硫工藝條件下采樣檢測(cè),，采用手動(dòng)連續(xù)添加煙塵方式,，利用4H裝置對(duì)含塵廢氣進(jìn)行處理。測(cè)試結(jié)果：入口煙塵濃度在20mg/Nm3 左右時(shí),，出口煙塵濃度在5mg/Nm3以下。
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?（五）濰坊市環(huán)保局煙塵超潔凈排放檢測(cè)報(bào)告2016年8月中旬,，濰坊市環(huán)保局對(duì)“高密萬(wàn)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(jìn)行煙塵排放達(dá)標(biāo)檢測(cè),。結(jié)果顯示：在不同工況下，出口煙塵濃度穩(wěn)定達(dá)到5mg/Nm3以下,。

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