中小型燃煤鍋爐煙氣脫硫除塵一體化技術的研究與應用
摘要:燃煤所造成的酸雨污染和顆粒物污染已成為制約我國經濟和社會可持續發展的一個重要因素。除塵脫硫的一體化技術研究已成為我國鍋爐煙氣污染控制的一個熱點。主要從干法、半干法、濕法 3 個方面介紹了 SSX式、湍流塔板式、旋流板式、SHG式、吸附過濾和等離子體等國內應用得比較普遍的幾種鍋爐煙氣脫硫除塵一體化技術。對其優缺點做了比較,結合我國國情,提出了應重點發展濕法脫硫除塵一體化技術。
關鍵詞:燃煤鍋爐,煙氣,脫硫,除塵
中國是世界上燃煤污染物排放大國 ,SO2 和顆粒物已經成為主要污染物。2005 年 ,我國 SO2 排放量為 2 549. 3 萬 t(其中 ,工業排放量為 2 168. 4 萬 t ,生活排放量為 380. 9 萬t) ;煙塵排放量為1 182. 5萬 t (其中 ,工業排放量為 948. 9 萬t ,生活排放量為233. 6 萬 t) ;工業粉塵排放量為 911. 2 萬 t。出現酸雨的城市103個(占統計城市的92. 8 %) ,酸雨頻率大于80 %的城市25 個(占統計城市的 22. 5 %) ,比上年增加 3.7個百分點。降水pH年均值小于 4. 5 的城市 27 個(占統計城市的24. 3 %) , 比上年增加 2. 8 個百分點 ,酸雨控制區污染程度有所加重。燃煤所造成的酸雨污染和顆粒物污染已成為制約我國經濟和社會可持續發展的一個重要因素。因此 ,符合我國國情的低費用煙氣脫硫技術需要大力開發 ,而兼顧除塵脫硫的一體化技術研究將成為我國鍋爐煙氣污染控制的一個熱點。
1 鍋爐煙氣除塵脫硫一體化技術
煙氣除塵技術大致可分為旋風除塵技術、布袋除塵技術、靜電除塵技術3大類。旋風除塵技術又分為干式旋風除塵技術、濕式旋風除塵技術(水膜除塵器)。旋風除塵是靠旋風分離 ,由于煙塵比煙氣重得多 ,當煙氣高速旋轉時 ,煙塵會產生離心力 ,在離心力的作用下 ,煙塵和煙氣分離 ,從而達到除塵的效果。但有些粒徑小、重量輕的煙塵就無法通過離心力分離 , 因此旋風除塵器的除塵效率不會很高 , 一般在85%-90 %之間。布袋除塵器的除塵機理是攔截 ,布袋的孔徑越小 ,除塵效果越好。一般來說 ,布袋除塵器的除塵效率可達95%-98 % ,但受到布袋壽命的限制。目前國內的布袋平均壽命為1年 ,維護管理設備非常困難。而且風阻大 ,鍋爐風機需加大功率。靜電除塵器則有很高的除塵效率 ,一般可達99 %以上 ,是所有除塵器中效率最高的。但設備投資大 ,運行維護費用高 ,而且靜電除塵器沒有脫硫功能 ,需要在靜電除塵器上再另加1 套煙氣脫硫設備這是相當困難的。煙氣脫硫與煙氣除塵有很大區別 ,主要是因為 SO2 是氣體 ,與煙氣有著幾乎相同的密度 ,用旋風分離的機理根本無法將其分離。因此 ,水膜除塵器脫硫效率很低。要得到較高的脫硫效率有兩個先決條件:一是脫硫劑要與煙氣充分接觸 ,接觸越充分脫硫效率越高;二是選擇活性高的脫硫劑 ,且該脫硫劑與 SO2 的反應速度要快 ,生成物要穩定。
目前國內外關于鍋爐煙氣脫硫除塵的方法很多 ,其中脫硫除塵一體化裝置效果較好。這類裝置可分為濕式、干濕結合和干式3類。
1. 1 濕式鍋爐煙氣脫硫除塵一體化裝置
1. 1. 1 SSX濕式雙旋脫硫除塵裝置
該裝置采用噴淋、水膜、水簾進行除塵脫硫。煙氣首先經引風機防腐裝置加熱 ,提升排煙溫度 ,并減少煙氣對引風機的腐蝕;再令煙氣進入除塵器頂部 ,經進口旋流板作用 ,從上到下旋流經除塵器內筒。內筒頂部有除塵水噴淋頭 ,噴淋方向與煙氣方向相同。在噴淋過程中 ,煙氣中的 SO2 被堿液吸收 ,在離心作用下 ,塵與水一起被甩向內壁形成水膜 ,產生水膜除塵效果。氣流到達內筒下端 ,穿過水簾 ,氣流經旋流進板進入外筒脫水 ,然后進入引風機防腐裝置 ,提升溫度后進入引風機。
這種裝置主要用于小型的 35 t/ h 及更小型的鍋爐。在運行中 ,由于煙氣帶水問題未能解決 ,除塵器底部及引風機葉片容易積灰 ,需3個月左右清灰1次。該裝置除塵效率在95 %左右 ,脫硫效率在使用脫硫劑時可達70 %左右。
1. 1. 2 湍流塔板煙氣脫硫除塵裝置
湍流塔板煙氣脫硫除塵器是在原水膜除塵器基礎上改造而成的 ,即將原水膜除塵器上部拆除 ,在此基礎上加裝一煙氣凈化塔。凈化塔內裝3層湍流塔板 ,每層湍流塔板上裝一定量的填料。3層塔板上部為噴淋裝置 ,最上部為 1 層除濕板 ,其結構示意如圖1。
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湍流塔板煙氣脫硫除塵裝置運行時 ,煙氣先進文丘里再進入水膜除塵器 ,在下部由水膜除塵脫硫 ,然后向上通過塔板孔 ,再穿過塔板上的填料(塑料小球) 向上 ,經除濕板脫水后由出口出去;將脫硫劑由噴淋裝置自上淋下 ,經填料層后 ,通過塔板孔漏入除塵器底部排出。該裝置的脫硫作用主要發生在塔板孔及填料層處。因脫硫劑自上而下噴淋在填料塑料球表面 ,再從球表面匯集到塔板孔流下;而煙氣從孔中向上穿出 ,再沖擊塑料小球造成小球在塔板上產生沸騰現象 ,使凈化液在塔板湍流床層與煙氣發生劇烈的混合反應 ,進而對煙氣進行高效的脫硫和除塵。
此裝置除塵脫硫效率比較高 ,除塵效率在 98 %以上 ,脫硫效率在 75 %上。其缺點是增加湍流塔板和除濕板后 ,煙氣流通阻力比普通水膜除塵器至少增加 100 % ,進而使引風機壓頭不足 ,因此必須對其進行配套改造 ,既增加了改造投資額 ,又增加了改造投運后的電耗。
1. 1. 3 旋流板塔煙氣脫硫除塵裝置
把原水膜除塵器溢流槽部分拆掉后 ,筒體上重新砌筑升高 ,內裝1層導流塔板、3 層旋流塔板 ,塔頂裝噴淋裝置 ,副塔內裝1層脫水裝置。其脫硫除塵工藝流程見圖2。
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旋流板塔煙氣脫硫除塵裝置采用濕法煙氣脫硫技術 ,其主塔內旋流塔板板形如汽輪機的隔板。運行時 ,煙氣由塔底向上切向進塔。塔頂噴淋除塵水 ,除塵水經旋流塔板中的葉片表面均勻向下流動 ,煙氣在塔內旋流塔板葉片的導向作用下與除塵水(或堿液)接觸 ,使液滴與煙氣充分接觸后能得到有效的分離 ,其氣液負荷為常用板塔的 150 %以上。因塔板葉片上液層薄 ,開孔率大 ,使吸收塔內阻力很少 ,比常規塔少50 % ,且彈性寬 ,抗堵性強。煙氣經主塔后從塔頂進入副塔 ,通過脫水裝置經引風機、煙囪排向大氣。主塔中配有沖洗塔板的裝置。
該裝置除塵效率達98 % ,脫硫效率也可達 70 % ,但脫硫效果受噴淋水pH值的影響很大 ,pH值高 ,脫硫效果好。另外 ,該除塵器設計的液氣比要比一般的高 50 %左右。液氣比高 ,對提高除塵脫硫效率有利 ,但其負面影響是鍋爐排煙溫度低 ,煙氣帶水 ,引起引風機積灰、振動及令鋼煙道、引風機、煙囪產生腐蝕 ,并減少了煙囪的浮升力 ,不利煙塵擴散。
1. 2 干濕結合式鍋爐煙氣脫硫除塵一體化裝置
1. 2. 1 SHG型脫硫除塵裝置
SHG型脫硫除塵裝置的主體設備為一立式塔 ,塔內兼用了干、濕結合的結構形式 ,其下部為旋風除塵段 ,中部為吸收段 ,裝有篩板 ,上部是脫水段。
煙氣首先進入下部的旋風除塵段 ,除去較大顆粒后進入吸收段 ,經過布滿吸收液的篩板時 ,煙氣與吸收液充分接觸 ,發生傳質吸收 ,脫除 SO2 并除去微細粉塵。經過除塵脫硫的煙氣 ,在脫水段內脫水除霧 ,防止煙氣帶水 ,然后經出口排至煙囪。該裝置的主要特點是液氣比小(0. 3 0. 5 L/ m3) ,塔內持液量大 ,氣液接觸充分 ,除塵效率可達 95 %以上 ,脫硫效率可達 70 % ,特別適用于 6 t/ h 以下小型燃煤鍋爐 ,但是整個裝置成本較高。
1. 2. 2 干式鍋爐煙氣脫硫除塵一體化裝置
1. 2. 2. 1 吸附過濾技術
利用可循環再生的固定吸附材料 ,除去煙氣中的 SO2 和煙塵 ,水洗再生。該裝置一般由預除塵器和吸附塔組成。這種裝置具有很高的脫硫除塵效率 ,除塵效率大于 95 % ,脫硫效率大于 80 % ,煙氣溫度低 ,無二次污染 ,可回收副產品。但吸附塔入口煙氣含塵要求小于 150 mg/ m3,否則易堵塞和引起吸附劑中毒。吸附劑需經常進行再生 ,比較麻煩 ,且一次投資大。
1. 2. 2. 2 等離子體鍋爐煙氣脫硫除塵一體化裝置
這種裝置是近幾年發展的新技術裝置 ,煙氣中 N2、O2 及水蒸氣等在經過電子束照射后 ,吸收大部分能量 ,生成大量的反應活性極強的自由基 ,如:OH、O、HO2 等 ,這些自由基與煙氣中 SO2 反應生成硫酸 ,然后與氨中和生成硫酸銨。
此方法無設備污染及結垢現象 ,不產生廢水廢渣 ,副產品還可以作為肥料使用 ,無二次污染物產生 ,脫硫率大于90 % ,而且設備簡單 ,適應性比較廣泛。但是此方法脫硫靠電子加速器產生高能電子 ,對于一般的大型企業來說 ,需大功率的電子槍 ,對人體有害 ,故還需要防輻射屏蔽 ,所以運行和維護要求高。其脫硫除塵工藝流程見圖3。
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2 各種脫硫除塵一體化裝置的經濟指標對比
我國目前已開發了多種鍋爐煙氣脫硫除塵一體化裝置 ,為了將現有的較為成熟的脫硫除塵一體化裝置更好地應用于工程實踐 ,現將這些鍋爐煙氣脫硫除塵裝置的經濟指標對比列于表1。
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3 結論
(1)脫硫除塵一體化技術適合我國量大面廣的中小型工業鍋爐尾氣凈化 ,具有良好的社會效益。
(2)脫硫除塵一體化裝置總體說來投資省 ,效益高 ,具有優良的性價比。其中濕法裝置具有投資省 ,運行可靠 ,操作簡便的優點。結合我國具體情況 ,濕法脫硫除塵一體化裝置應是重點發展的工藝裝置。
(3)運行管理方便 ,降低了企業運行管理成本 ,十分受企業歡迎。
(4)通過繼續完善現有技術 ,可逐步向大中型鍋爐煙氣處理方向深入 ,以求取得更大的社會效益和經濟效益。
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