燃煤电厂SCR预除尘技术适用性分析

2.2SCR预除尘技术及其适用性分析

SCR预除尘技术根据其除尘的主要物理机制的不同，主要分为以下几类，即：(1)烟道/灰斗的空气动力学优化;(2)惯性分离;(3)过滤;(4)离心分离。传统低温段除尘技术(静电/布袋/湿式电除尘器等)设备复杂、高温高尘环境下可靠性差，虽曾有相关尝试和实际应用，但效果不理想，因此该文不对其进行深入讨论。

2.2.1烟道/灰斗的空气动力学优化

烟道/灰斗的空气动力学优化，原理是通过流场的改变或优化，充分利用飞灰自身的惯性实现预除尘，具有改造量小、投资省、压损低等优点。相关技术如美国巴威公司针对爆米花飞灰提出在省煤器灰斗上方加装专利技术的蝠翼形挡板，解决原有设计中较多烟气的流动路径远离灰斗的问题，优化烟气流向，使飞灰尽可能流经灰斗中并被分离下来(参考图1)。与此相似，还可以在SCR上游竖直烟道的底部增设灰斗，并且在灰斗上方设置挡灰板实现预除尘。在SCR上游竖直烟道进行除尘存在被捕集飞灰与烟气逆流的问题，相比之下在省煤器下方烟道拐弯处除尘能更好地利用重力作用。

2.2.2过滤

过滤是最为简单直接的除尘机制之一，通过几何限制使得超过过滤装置特征通过尺寸的颗粒被拦截下来。过滤装置具体形式如格栅板、多孔介质板等。由于烟气流速较高，被过滤装置阻拦下来的飞灰不易下落，可能造成过滤压降迅速升高，因此该系统通常必须配置清灰装置。

在来流飞灰粒径确定的情况下，此类技术的除尘效果直接取决于过滤装置的特征通过尺寸，而与粉尘的密度、烟气的流动特征关系不大，具有易于设计、除尘效率比较确定等优点。但SCR之前的高温高尘环境以及频繁甚至连续的清灰，意味着不可能采用过密、过细的过滤体，因此该技术仍主要适用于爆米花飞灰的脱除。

2.2.3惯性分离

惯性分离在除尘、除雾等方面应用广泛，实际上基于烟道/灰斗的空气动力学优化的预除尘技术，本身就是着眼于充分利用颗粒的惯性，但其流场尺度较大，若要进一步提高惯性分离效率，则必须在更小的流场尺度上进行分离。现有技术如在水平烟道扩径处设置角形挡板和平板形挡板，但实验表明其效果并不理想，可能与其除尘单元的尺度过大以及飞灰二次携带有关。

相关学者提出在SCR上游的竖直烟道内设置分离器，分离单元优选U型结构，其优点是设备结构简单，但如前文所述，此处进行除尘的弊端是捕集的飞灰难以收集、排出，二次携带严重。针对前述典型问题，部分人员提出了基于惯性拦截单元阵列的SCR预除尘技术，通过设于水平烟道流通截面上的凹槽式的简单结构件，实现对飞灰的捕捉，与此同时还通过除尘结构件倾斜一定角度以及引流少部分烟气等手段，促进收尘、排尘，减少二次携带。

2.2.4离心分离

离心分离是广泛应用的除尘技术，在脱除较粗飞灰方面具有技术较成熟、可靠性较高等优点。典型的技术方案主要有两种:一是采用传统柱锥形旋风分离器进行预除尘，但传统柱锥形分离器在处理大烟气量时，设备尺寸会变得非常庞大，且效率会随之显著下降;二是采用多管式旋风分离器(亦称为旋风管)，相关应用如采用耐磨、耐高温的陶瓷多管式旋风分离器进行化工行业锅炉SCR预除尘。多管式旋风分离器相比柱锥形旋风分离器具有效率高、占地紧凑、设备布置灵活性好等优点，但设计难度更大，相关的关键技术包括漩涡稳定、高效叶片设计、防串气等。

2.2.5技术对比及适用性分析

无论是空气动力学、惯性分离还是离心分离，其本质都是基于飞灰相对于流体(烟气)的惯性差异实现分离，而颗粒的惯性可以由无量纲的斯托克斯数(ST)描述，相应地上述各技术的分离能力，可以定性地由该分离设备特征结构和运行参数下的颗粒数评价。数的表达式为：

其中pv、dp分别为飞灰的密度和粒径;为烟气的动力粘度;和分别为预除尘装置中烟气的特征流速和预除尘装置基本分离单元的特征尺寸。在燃煤电厂中，约为2200kg/m3，可取15m/s。对于空气动力学原理的预除尘，可取烟道宽度，此处以5m作为估计值;对于惯性分离，可取分离单元横截面的迎风面宽度，典型值取0.2m;

对于离心分离，可取旋风分离器(或旋风管)的特征半径，以旋风管为例典型值取0.2m。预除尘技术的分离能力可以定性地以数等于1时对应的颗粒粒径(=1)评估。

在以上参数下，空气动力学、惯性和离心分离的分离能力大致分别为300μm、60μm、60μm。需要说明的是，旋风管中粉尘的停留时间一般明显长于惯性预除尘装置，因此离心分离的效率上限一般优于惯性分离。该文所述各种SCR预除尘技术的适用性对比如表1所示。

3结论与展望

在SCR之前实现烟气预除尘具有提高SCR脱硝效率、缓解空预器堵塞、降低除尘器工作负荷或设备容量等作用，对于燃煤电厂节能减排意义显著。基于空气动力学优化、过滤机制、惯性分离或离心分离的SCR预除尘技术具有不同的适用性，在技术选型和设计时需综合考虑飞灰脱除能力、电厂实际飞灰特性、预除尘目标、空间场地、费用周期等多种因素。我国SCR预除尘技术的研究和应用尚处于发展初期，技术研发的迫切性和潜在的经济社会价值都是十分显著的。

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