湿法脱硫协同去除细颗粒物的研究进展

3.3 荷电细水雾增效脱除细颗粒物

3.3.1 荷电细水雾增效除尘的可行性分析 

脱硫浆液喷淋洗涤燃煤烟气时，燃煤飞灰在惯 性碰撞、拦截以及扩散作用下被喷淋雾滴吸附捕 集，其被捕集概率与雾滴直径、粉尘受力情况有 关。但经过静电除尘器脱除颗粒物后，进入脱硫塔 洗涤的微细粉尘惯性较小，难以被脱硫浆液有效捕 集。在水雾除尘的基础上，采用某种方式使液滴荷 电，液滴颗粒之间的静电力作用下有助于高效去除 细颗粒物[35] 。赵海波等[36] 理论分析表明，液滴荷电 有利于湿式洗涤对细颗粒物的捕集，对颗粒物的分 级除尘效率达到 70% 以上。国内外学者开展了大 量荷电液滴除尘的实验研究，如表4所示，结果表 明 荷 电 液 滴 可 以 更 高 效 地 去 除 细 颗 粒 物 。 Balachandran 等[37-38] 研究了密闭空间荷电水雾洗涤 燃烧香烟产生的细颗粒物。结果表明，水雾荷电后 清洗效果提高3倍[37] ，随后在相同的实验条件下使 烟气粉尘通过电晕放电区，使粉尘带相反电荷，洗 涤效果比液滴和细颗粒物都未荷电提高 4 倍[38] 。 Jaworek[39] 、D'addio[40-41] 和左子文[42] 等采用毛细管产 生滴落模式的液滴，通过电晕放电使液滴荷电，研 究密闭空间内的粉尘变化情况。实验结果表明液滴 荷电后粉尘捕集数量比液滴未荷电提高一个量 级[42] ，液滴电晕放电与感应荷电除尘效果相似，荷 电喷雾可以使用水量减少为原来的三分之一[39] ，同 时 发 展 的 模 型 能 够 很 好 预 测 荷 电 液 滴 除 尘 效 率[40-41] 。Natale[43-44] 和 Krupa[45] 等研究了气流与荷电 喷雾顺流情况下的颗粒去除实验，均指出水雾荷电 有助于提高细颗粒物的去除效率，其中液滴与粉尘 带相反电荷时，细颗粒物的脱除效率能进一步增 加。此外，带同种电荷的液滴由于库仑斥力作用在 空间弥散程度更广，削弱液滴之间的聚并，有效增 加了液滴与颗粒物的接触面积。 

因此，水雾荷电后在静电力的作用下能有效捕 集含尘气流中的粉尘，降低细颗粒物排放浓度。若 能在湿法脱硫过程中采用荷电喷雾技术，有望达到 燃煤烟气污染物联合脱除，燃煤电厂超低量排放的 要求。 

3.3.2 荷电喷雾增效脱硫 

荷电水雾可以增效捕集亚微米粉尘，在湿法脱 硫中兼有增效消除 SO2气体的功能。众多学者[41-45] 试验研究了荷电喷雾烟气脱硫技术，使之提高烟气脱硫效率。Natale等[46] 指出在滴落模式下荷电脱硫 浆液使SO2的吸收率提高了50%，分析原因指出液 滴的振动和变形以及过剩电荷导致表面张力降低使 得液相传质系数增加，降低传质阻力。陈汇龙等[47] 将高压静电技术引入湿法脱硫中改进了钙基湿法烟 气脱硫工艺，研究了石灰浆液荷电特性以及静电效 应对脱硫效果的影响。实验结果表明，液滴荷电对 石灰浆液脱硫作用有明显的增益效果，在相同流量 及钙硫比下，脱硫效率由未荷电的 24% 增加到荷 电后的35.33%。王贞涛等[48] 试验研究了荷电喷雾对 烟气脱硫的影响，试验系统图如图6所示，指出液 滴荷电后降低了液滴的表面张力，改善了液体的雾 化性能，加剧了化学反应。与未荷电相比，荷电喷 雾脱硫效率提高约6%。随后，王贞涛等[49] 对荷电 雾滴吸附SO2过程进行了简化，利用双膜理论建立 了荷电喷雾烟气脱硫过程数学模型，对脱硫效率进 行预测和分析，理论分析了液滴荷电对湿法脱硫的 增益作用。

3.3.3 脱硫塔内荷电喷雾难点分析

由表4可知，荷电水雾除尘开展的实验研究大 多是针对密闭空间[37-42] 或气液顺流[43-45] 且气相流量 很小的场合，结合王军锋等[50-51] 分析荷电喷雾特性 的影响因素，感应荷电过程中喷雾液滴喷射到电极 表面容易引起放电击穿使系统无法稳定运行，不利 于液滴荷电，因此实验研究荷电水雾通常用于去除 密闭空间或含尘烟气与喷淋液滴同向流动的情况 下。湿法脱硫过程中，脱硫浆液通常对烟气进行逆 流洗涤，高温烟气与脱硫浆液之间存在强烈的传质 传热反应，喷嘴喷出的细小液滴在烟气夹带作用下 充满塔体，同时脱硫浆液在高温烟气蒸发作用下增 加塔内湿度，雾滴凝结在电极环上影响喷淋浆液的 荷电效果，不利于高效脱硫的同时协同去除细颗粒 物。荷电效果的好坏直接影响湿法脱硫去除污染物 的效果，雾滴有效荷电是该系统设计的关键技术也 是难点。 

气液双流体雾化喷嘴可以通过调节气相压力改 变液滴粒径，可控性好，且适用于石灰石浆液这种 高黏度液体，在非常低的液体流量下也能获得好的 雾化效果，同时经喷嘴口喷出的液滴在高速气流的 作用下具有很大的速度，应用于湿法脱硫工艺中不 易堵塞喷口且易获得合适的液滴粒径，使得脱硫浆 液与烟气有更好的接触面积且不易被烟气夹带出脱 硫塔。王军锋等[52] 设计了一种新型静电雾化喷嘴应 用于湿法脱硫塔内，通过离子风与液滴离散相的强 化作用使之有效荷电。有望应用于脱硫塔高湿环境 下发挥荷电细水雾高效脱除细颗粒物的优势，从而 提升脱硫塔喷淋系统的除尘效率，同时提高脱硫 效率。 

荷电喷雾技术不仅能够提高喷雾质量及细颗粒 物的捕集效率，而且荷电浆液在电场作用下可以强化气液两相作用，促进脱硫浆液吸收 SO2，提高 SO2吸收率。同时荷电喷雾技术可以显著降低耗水 量，既有显著的环保效益，也有一定的经济效益。 该工艺为燃煤电厂细颗粒物排放控制提供借鉴，为 研发高效脱硫除尘装置提供一种新思路，有望进一 步提高脱硫塔脱硫除尘效率。

4 总结与展望 

随着人们对清洁大气环境的要求，燃煤电厂污 染物的排放控制越来越严格，湿法脱硫作为烟气处 理的末端工艺，其脱硫协同去除细颗粒物的技术正 在不断改进和完善中。就目前工业应用来看，湿法 脱硫以喷淋空塔为主，为了进一步实现超低量排放 的要求，塔内增设双托盘或旋汇耦合装置能强化气 液传质，进一步提高脱硫塔除尘效率。湿法脱硫协 同除尘的研究主要包括三方面：①脱硫塔内部结构 调整，通过增加塔内构件提高塔内烟气分布均匀度 或者增强塔内湍流程度以促进气液接触作用，增加 颗粒物与脱硫浆液碰撞接触概率，以及提高除雾器 除雾性能，更加有效地捕集脱硫塔出口细小液滴及 夹带颗粒；②结合湿法脱硫塔内高湿环境，通过向 塔内注入适量蒸汽实现蒸汽相变所需的过饱和环境 以促进细颗粒物的凝结长大，同时在外加声场或向 脱硫浆液中添加化学团聚剂的作用下能进一步强化 细颗粒物团聚长大，提高细颗粒物捕集效率。③结 合国内外对荷电喷雾吸附细颗粒物的研究，荷电水 雾不仅在惯性碰撞、拦截、扩散作用下捕集细颗粒 物，还由于荷电液滴与细颗粒物间的静电力而被吸 附捕集。分析了荷电喷雾技术应用于湿法脱硫环境 下提高脱硫除尘效率的可行性，并对脱硫浆液在高 湿环境下有效荷电这一难点进行分析。 

石灰石-石膏湿法脱硫技术由于脱硫剂来源 广、成本低、技术成熟、脱硫效率高等优点而被广 泛应用于燃煤烟气尾气处理过程，现阶段的湿法脱 硫技术基本可以满足二氧化硫排放要求，但空塔喷 淋脱硫存在烟气分布不均、脱硫浆液蒸发夹带等问 题，导致出口细颗粒物浓度得不到有效控制。多种 技术联合、多种污染物协同治理是未来湿法脱硫技 术的发展趋势。脱硫塔内设置合适的内部构件，出 口采用高效除雾器，同时喷嘴采用荷电雾化喷嘴多 种技术联合应用，能进一步提高脱硫效率的同时增 益捕集细颗粒物，降低出口粉尘浓度，达到超低量 排放的要求。

综上所述，湿法脱硫协同除尘技术在治理大气 污染延长人类寿命方面具有重要意义，是发展新型 高效脱除细颗粒物工艺和技术的重要方向，在我国 燃煤电厂较多采用湿法脱硫工艺的背景下，具有广 阔的发展前景。目前，针对实验室环境下湿法脱硫 除尘的研究已取得了一定的成果，但将其应用到工 业脱硫中仍有一段距离。在今后的研究中，一方面 要继续加强实验室环境下各参数变化及各方法对脱 除效果的影响，以寻求最佳操作工况及技术方法， 从而开发强化气液接触作用实现高效脱硫协同除尘 的技术途径，另一方面应在工业湿法脱硫过程中进 行实际应用，以实现高效、低能耗的脱硫协同除尘 技术的应用。