湿式相变凝聚器协同多污染物脱除研究

2、WPTA多污染物脱除效果分析

2.1、两级WPTA中试实验

WPTA中试实验在内蒙古某电厂开展,该电厂脱硫采用湿法石灰石-石膏脱硫工艺。实验中从脱硫塔出口引出约50000m3/h烟气进入两级WPTA实验系统,其每一级纵向管排较多,阻力约为240Pa（管间流速为3.6m/s）,经引风机抽取后返回主烟道（见图1b））。分别在一级WPTA进口、出口（即二级WPTA进口）以及二级WPTA出口在线收集烟气中灰颗粒样品,分别命名为样品1,样品2和样品3。

采用Mastersizer2000型粒度分析仪对收集样品颗粒粒度进行分析,测试前采用水作为样品分散剂,测试过程中采用手动控制的湿法进样器,灰样悬浮液循环经过样品池,同时借用超声波加强样品分散。中试实验不同采样位置灰颗粒的粒度分析结果如图4所示,图中带有图形标记的曲线为不同粒径范围内颗粒所占体积分数,双点划线为小于某粒径条件下累积颗粒体积分数。

图4中试实验WPTA进出口颗粒粒径的变化

由图4可见,烟气经过一级WPTA后,粒径在2μm左右的颗粒物体积分数峰值降低,粒径大于10μm的区域出现新峰值,且后者体积分数大于前者。这是由于烟气经一级WPTA冷却后,烟气中水蒸气成核、凝结迫使细颗粒发生团聚。

而经过二级WPTA后,粒径大于10μm的峰值降低,粒径在2μm左右的峰值升高。颗粒团聚和脱除在WPTA中始终存在,在烟气通过一级WPTA时,其中细颗粒浓度较高,颗粒物碰撞频率高,细颗粒物团聚占据主导;当烟气通过二级WPTA时,细颗粒浓度降低,而大颗粒浓度升高后,其碰撞脱除取代细颗粒团聚占据主导。WPTA对烟气中的颗粒物具有显著的团聚和脱除效果。

表1为3种颗粒累积体积分数对应的颗粒粒径,D0.1、D0.5和D0.9分别代表累积体积分数为10%,50%和90%所对应的颗粒粒径。由表1可知,经过一级WPTA后（即一级WPTA出口）,3种颗粒累积百分比对应的颗粒粒径显著增加,尤其是D0.5和D0.9分别由进口3.5μm和21.3μm增加至18.8μm和101.5μm。由此表明,WPTA可有效提高微细颗粒物的团聚。

经过二级WPTA后,3种颗粒累积体积分数对应的颗粒粒径显著降低,主要源于柔性管排对颗粒物的脱除。总之,WPTA对烟气中颗粒物具有良好的团聚和脱除效果。

表1不同颗粒累积体积百分比对应的颗粒粒径

2.2、WPTA660MW机组工程实验

2.2.1、WPTA协同湿式静电除尘器的除尘效果

将所开发的WPTA安装于某660MW湿式静电除尘器进口之前,主要用于提高微细颗粒物的高效团聚与脱除,以保证湿式静电除尘器（WESP）出口颗粒物浓度排放长期稳定低于5mg/m3。该WPTA装置进口烟气流速2~3m/s,纵向管排较少,系统阻力约30Pa。试验中颗粒物质量浓度测试采用芬兰Dekati公司生产的低压撞击器,每级颗粒撞击器均采用圆形铝箔片收集颗粒,然后烘干样品并计算取样前后每级膜片颗粒物的质量增加值。

最后根据取样参数（时间、流量等）,计算得到不同机组负荷（600MW与500MW）下WPTA开启与关闭状态时WESP出口颗粒物质量浓度分布。WPTA冷却源采用4台与之配套的闭式循环冷却塔,每台冷却塔配2台7.5kW风机。

机组在600MW与500MW负荷运行时,WPTA开启与关闭状态下WESP出口颗粒尺度质量浓度分布如图5所示,WPTA对颗粒物分级脱除效率的影响如表2所示。

图5：不同发电负荷下WPTA运行状态对WESP出口颗粒物粒径分布的影响

表2：600MW及500MW负荷下WPTA对颗粒物分级脱除效率的影响

由图5可见,与WPTA关闭状态工况对比,机组负荷600MW、WPTA开启后,颗粒粒径为0.03、0.05、0.6、0.47、8.28、22μm时对应的烟气出口颗粒质量浓度呈不同程度降低（见图中黑色与红色曲线）,特别是粒径为0.05μm和0.1μm对应的烟气颗粒质量浓度分别降低达57.5%和70.2%;机组负荷500MW、WPTA开启后,颗粒粒径分别在0.03、1.9μm和3.1μm时的质量浓度呈显著降低,降幅分别达80%、35.5%和53.6%。

由表2可知,600MW工况WPTA运行状态下,WESP出口烟气中总悬浮颗粒物（TSP）、PM2.5、PM1.0脱除效率分别为92.32%、87.69%、83.61%,分别比WPTA未运行时提高约4个百分点、5个百分点、15个百分点。500MW时,TSP、PM2.5、PM1.0脱除效率分别比WPTA未运行时增加约3.2个百分点、3.3个百分点、2.5个百分点。

以上结果可说明,WPTA对脱除微细颗粒物,尤其对脱除PM2.5、PM1.0有显著效果,其联合WESP可以较大幅度提高对烟气中微细粉尘的脱除效率。

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