湿式相变凝聚器协同多污染物脱除研究

2.2.2、WPTA对重金属、痕量元素及SO3的脱除能力

为了考察在WPTA运行与关闭状态下单位时间内该装置从烟气中脱除各痕量元素的总质量,分别从凝结水回收管路中取水样进行测试,根据不同工况下废水箱中单位时间凝结水量计算得到单位时间各元素脱除总量。图6为WPTA开启、关闭时单位时间各痕量元素的脱除总量。

图6：WPTA开关状态下各痕量元素的脱除总量

由图6可见,与WPTA关闭时相比,WPTA运行时所有检测元素的脱除总量均较高,尤其是Hg、Ba、Mn、Sr、Ti元素脱除总量显著增加。这主要是因为WPTA运行时,烟气冷却过程中水蒸气易凝结为微小雾滴,其具有较高的比表面积,因而可有效增加微细粉尘的撞击概率,造成更多微细颗粒被雾滴或管壁捕集,从而协同脱除灰颗粒表面粘附的重金属或痕量元素。

根据元素的沸点物性以及它们在煤灰颗粒中相应化合物组分的挥发难易,文献[11]通过热力学计算将16种痕量元素的挥发特性分为完全挥发、中高温挥发和难挥发3种。Hg与Ti元素属于完全挥发性元素,在煤粉颗粒燃烧过程中,会以蒸气的形式挥发,在烟气沿程温度降低过程中形成气溶胶颗粒,冷凝粘附于硅铝盐颗粒表面,在WPTA区域被水雾或柔性管壁脱除而进入凝结水中。

将参数m定义为评价WPTA开启对所检测元素的脱除能力,其表达式为

WPTA对各元素脱除能力增加的倍数如图7所示。由图7可知,WPTA开启状态可明显提高各重金属及痕量元素的脱除能力,WPTA对各元素脱除能力从大到小依次为Ba、Hg、Sr、Ga、As、Ti、Li、Mn;其中,对燃煤电厂重点关注的Hg与As元素脱除能力分别比不开WPTA增加4.18倍和2.82倍。该结果也充分说明WPTA协同WESP配置,可充分保证未来燃煤电厂对有毒有害痕量元素排放限值的要求。

图7：湿式相变凝聚器对检测元素的脱除能力（与WPTA未开启时比较）

此外,当WPTA运行时,烟气凝结水回收水箱中水位高度的增加速率为0.84~0.98m/h,烟气每下降1℃,可实现烟气凝结水回收10t/h以上。这充分表明WPTA具有优良的多污染物脱除以及烟气凝结水回收能力,所收集的凝结水可经化学处理后根据水质进行二次利用。

对比烟气凝水分析结果还发现,投运WPTA后,SO42-占总阴离子摩尔比例由90.22%上升为94.13%,且凝结收水量增加约7倍。经折算,投运WPTA后相同时间内SO42-脱除总质量是未投运WPTA时的4.35倍,说明这种相变凝结技术可有效脱除烟气中的SO3。

3、WPTA运行稳定性

无论从近一年的中试实验还是从600MW机组全烟气示范工程来看,WPTA运行时都未发生因管束表面粘污而降低性能现象。

这主要是由于水蒸气发生相变凝结会在管束表面形成一定厚度的液膜,它能够提高壁面颗粒捕集能力,且该层液膜达到一定厚度则会沿重力方向脱落,液膜脱落位置又会形成新的水膜,水膜是酸性液体,起到酸洗功能;又因管束材料为改性氟塑料,其本身具有良好的抗腐和抗沾污性能。

2013年,在西安市2台35t/h、1台65t/h工业炉脱硫塔后加装了WPTA,运行3年来也未发现因管束表面粘污而降低性能现象。

4、结语

在实验研究基础上,笔者首次开发设计了湿式相变凝聚器。根据中型实验与660MW示范工程运行结果,所研发并设计的湿式相变凝聚器性能优良,运行稳定,主要功能为：

（1）具有高效微细粉尘团聚与脱除能力;

（2）与湿式电除尘器配合使用,有助于脱除微细颗粒物,尤其是对脱除PM2.5、PM1.0有良好作用;

（3）明显提高烟气中Hg、As、Ba、Ga、Li、Mn、Sr、Ti元素的脱除倍率;

（4）可实现烟气凝结水的高效回收,对于1台600MW机组,烟气温度每降1℃,可回收凝结水近10t。由此可见,本文开发、设计的湿式相变凝聚器可实现燃煤电厂PM2.5、SO3及重金属等多污染物高效联合脱除。在当前空气污染的严峻形势下,该设备的开发成功对降低污染物排放和减轻雾霾有重要意义。

《中国电力》作者：谭厚章, 熊英莹, 王毅斌, 曹瑞杰, 杨祖旺, 郑海国

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