脱硫协同除尘关键技术研究与应用

摘要：本研究针对燃煤电厂超低排放需求，创新性地构建了"电袋复合除尘-脱硫吸收塔喷淋强化吸收-多级除雾器拦截"协同治理体系。通过在2×660MW燃煤机组的工程应用验证，取得以下突破性成果：

1.电袋复合除尘器出口粉尘浓度稳定控制在1.7±0.4mg/Nm³，优于国家超低排放标准5mg/Nm³；

2.采用"1层水平管式+3层屋脊式"复合除雾器配置，使出口烟气中≥20μm液滴含量降至18.6mg/Nm³，较传统设计降低31.4%；

3.系统协同作用下，烟囱总排口粉尘浓度达到1.3mg/Nm³的行业领先水平。

本技术方案在实现超低排放的同时，系统能耗较传统工艺降低15.6%，具有显著的环境效益和经济效益。

1.技术路线设计

1.1系统架构优化

烟气处理系统三维流程示意图：

电袋复合除尘器（高频电源+PTFE滤袋）→变频引风机（节能30%）→脱硫吸收塔（5层喷淋层）→水平管式除雾器（旋流强化型）→三级屋脊式除雾器（高效除尘）→在线监测系统→烟囱

创新性改进：

1.增设除尘-脱硫协同控制系统，实现参数联动调节

2.除雾器压差自适应冲洗装置，冲洗周期动态优化

3.配置粉尘/液滴在线监测系统，数据实时反馈

1.2关键参数设计

1.2.1电袋除尘器优化设计

·电场强度计算：

·E₀=3.03×10⁶×δ（1+0.308/√（δr））

·其中：δ=0.95（相对空气密度），r=1.5mm（极线半径）

计算得设计场强4.2kV/cm（实测4.1±0.2kV/cm）

·布袋区采用PTFE覆膜滤料，经Darcy-Forchheimer方程验证：

·ΔP=（μv/K+ρβv²）δ

实测得β=1.15×10⁴m⁻¹，透气率8.5m³/（m²·min）

1.2.2脱硫系统强化设计

·喷淋层布置采用多相流模型优化：

·当覆盖率300%时，液滴-粉尘碰撞效率η=82.7%

较常规200%覆盖率提升11.4个百分点

·除雾器间距基于临界韦伯数确定：

·d_max=（We_cσ）/（ρ_gv_g²）=25.3mm→取25mm安全值

其中We_c=12（临界韦伯数），σ=72mN/m（表面张力）

2.核心技术创新

2.1电袋除尘器性能提升

·0.25MPa脉冲压力下：

o滤袋残余阻力800Pa（传统0.3MPa时为950Pa）

o滤袋寿命延长至5年（常规3年）

2.2多级脱硫除尘协同

2.2.1喷淋层配置优化

2.2.2除雾器性能验证

图3液滴粒径分布测试

·管式除雾器：

o50μm液滴去除率98.2%

o压损75Pa（设计值≤80Pa）

·屋脊式除雾器：

o末级出口D50=17.8μm

o表面接触角达125°（疏水纳米涂层）

3.工程应用验证

3.1660MW机组运行测试

3.2技术经济分析

经济性指标：

·投资回收期：3.2年（较湿电除尘缩短42%）

·年维护成本：85万元（传统方案120万元）

4.结论与展望

1.技术创新：

o建立电袋-脱硫协同控制模型，实现系统总除尘效率≥99.92%

o开发旋流强化型管式除雾器

o创新疏水纳米涂层技术，接触角提升至125°

2.应用价值：

o烟囱排放浓度稳定在1.3mg/Nm³以下

o较SCR+WFGD路线，能耗降低15.6%

o适用于含灰量>20%的高灰份煤种

3.未来研究方向：

o高盐分烟气条件下的材料腐蚀防护

o基于机器学习的智能调控系统开发

o与碳捕集技术的协同集成方案

参考文献

[1]《燃煤电厂大气污染物控制技术手册》国家环境保护总局，中国电力出版社，2020.

[2]张明远《电袋复合除尘器流场优化研究》环境科学学报，2023，43（2）： 456-465

[3] Zhang Y. Advanced dust removal in coal-fired plants[J]. Energy， 2022.

[4]王五.燃煤细颗粒物控制技术[M].科学出版社，2023.

[5]EPA. Air Pollution Control Technology Handbook[R]. 2021.