近年来中国部分城市雾霾天气骤增,严重时城市能见度不足百米,这与各种污染源排入大气的PM2.5（即空气动力学直径≤2.5μm的颗粒物）密切相关。其中,燃煤颗粒物排放是造成大气雾霾的重要诱因之一。虽然煤燃烧过程中生成的亚微米颗粒质量仅占飞灰总量的0.2%~2.2%[1],但其颗粒数量巨大,排放到大气后将严重影响当地气候与环境,危害人体健康。那么相同条件下的丝网除沫器回达到怎样的效率呢，下面来仔细看一下。
当前中国已经实施了世界上最严格的火电机组空气污染物排放标准,规定燃煤火电机组空气污染物超低排放限值为NOx≤50mg/m3（标准状态,下文与体积相关的数值均已换算至标准状态）,SO2≤35mg/m3,粉尘≤5mg/m3或≤10mg/m3）[2]。虽然很多污染物脱除技术均能使排放物达到排放标准,但各污染物脱除技术的协同脱除能力较弱,脱除成本相对较高,因此研究多污染物协同高效脱除技术具有重要意义。
实现细颗粒物超低排放,主要研究方向仍在于高效促进亚微米颗粒凝聚长大。只有对亚微米颗粒实现凝聚,才能在后续除尘设备中将其有效脱除。目前细颗粒物凝聚技术主要包括化学团聚、声波团聚、磁团聚、相变凝聚、湍流聚并等[3,4,5,6,7,8]。研究不同细颗粒凝聚技术旨在掌握细颗粒物凝聚机理以及开发能够应用于工业生产且达到PM2.5排放限值的装置。
但上述颗粒物凝聚技术由于存在成本过高、噪声污染、效果不佳等问题,尚未见大型工业应用报道。文献[7]所进行的相变凝聚试验,主要采用蒸汽喷入烟气方式,喷射蒸汽温度远高于烟气中微细颗粒温度,由于热泳力的作用方向与温度梯度方向相反,细颗粒不会在热泳力作用下向热蒸汽表面移动,热泳力的作用反而会使微细颗粒离开热蒸汽表面。
只有造成比微细颗粒温度更低的雾滴,才有利于亚微米颗粒在热泳力作用下向雾滴表面移动。本文提出的湿式相变凝聚技术正是基于此原理,在烟道中加装冷却换热管束,使烟气温度降低,实现水蒸气过饱和相变凝结而产生大量冷雾。冷雾及冷却管束表面温度低于微细颗粒温度,有利于亚微米细颗粒在热泳力作用下团聚并向冷雾和冷却管束表面移动,因而可在回收烟气水分的同时协同脱除其他多种污染物。
下文详细介绍湿式相变凝聚技术的关键设计思路,以及颗粒物凝聚和多污染物脱除原理。此外,通过局部烟气与全烟气现场测试数据,分析所研发设计的WPTA对不同粒径颗粒物以及多种痕量元素的脱除效果。
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。