锅炉烟气脱硫除尘技术研究

摘要:为保证烟气排放达标,实际应用中经常将锅炉原除尘系统改造成脱硫除尘系统。本文研究了国内外关于锅炉烟气脱硫除尘的方法,比较常用的烟气治理技术。最后,深入探讨了钠钙双碱法以及对这种方法的改造措施。

关键词:烟气;钠钙双碱法;锅炉烟气脱硫

1前言

近几年我国SO2年排放量连年超过2000万吨,列世界第一位。中小型工业燃煤锅炉是我国SO2排放的主要来源之一,其排硫量已占总量的1/3。我国工业锅炉数量有50万台之多,且分布广,污染治理较难。虽然我国新建工业锅炉大都配备烟尘治理装置,但一般都是简单的旋风除尘装置,没有脱硫功能。目前,我国锅炉比较常用的烟气治理技术主要有旋风除尘、袋式除尘、湿式除尘等。

2锅炉烟气脱硫常用技术

目前国内外关于锅炉烟气脱硫除尘的方法很多,其中脱硫除尘一体化装置效果较好。这类装置可分为湿式、干湿结合和干式3类。

2.1湿式双旋脱硫除尘技术

该装置采用喷淋、水膜、水帘进行除尘脱硫。烟气首先经引风机防腐装置加热,提升排烟温度,并减少烟气对引风机的腐蚀;再令烟气进入除尘器顶部,经进口旋流板作用,从上到下旋流经除尘器内筒。内筒顶部有除尘水喷淋头,喷淋方向与烟气方向相同。在喷淋过程中,烟气中的SQ2被碱液吸收,在离心作用下,尘与水一起被甩向内壁形成水膜,产生水膜除尘效果。气流到达内筒下端,穿过水帘,气流经旋流进板进入外筒脱水,然后进入引风机防腐装置,提升温度后进入引风机。这种装置主要用于小型的35t/h及更小型的锅炉。在运行中,由于烟气带水问题未能解决,除尘器底部及引风机叶片容易积灰,需3个月左右清灰1次。该装置除尘效率在95%左右,脱硫效率在使用脱硫剂时可达70%左右。

2.2干式吸附过滤技术

利用可循环再生的固定吸附材料,除去烟气中的SO2和烟尘,水洗再生。该装置一般由预除尘器和吸附塔组成。这种装置具有很高的脱硫除尘效率,除尘效率大于95%,脱硫效率大于80%,烟气温度低,无二次污染,可回收副产品。但吸附塔入口烟气含尘要求小于150mg/m3,否则易堵塞和引起吸附剂中毒。吸附剂需经常进行再生,比较麻烦,且一次投资大。等离子体锅炉烟气脱硫除尘,这种装置是近几年发展的新技术装置,烟气中N2、O2及水蒸气等在经过电子束照射后,吸收大部分能量,生成大量的反应活性极强的自由基,如;OH、O、HO2等,这些自由基与烟气中SO2反应生成硫酸,然后与氨中和生成硫酸铵。此方法无设备污染及结垢现象,不产生废水废渣,副产品还可以作为肥料使用,无二次污染物产生,脱硫率大于90%,而且设备简单,适应性比较广泛。但是此方法脱硫靠电子加速器产生高能电子,对于一般的大型企业来说,需大功率的电子枪,对人体有害,故还需要防辐射屏蔽,所以运行和维护要求高。

2.3干湿结合式锅炉烟气脱硫除尘技术

脱硫除尘装置的主体设备为一立式塔,塔内兼用了干、湿结合的结构形式,其下部为旋风除尘段,中部为吸收段,装有筛板,上部是脱水段。烟气首先进入下部的旋风除尘段,除去较大颗粒后进入吸收段,经过布满吸收液的筛板时,烟气与吸收液充分接触,发生传质吸收,脱除SO2并除去微细粉尘。经过除尘脱硫的烟气,在脱水段内脱水除雾,防止烟气带水,然后经出口排至烟囱。该装置的主要特点是液气比小(0.3-0.5L/m3),塔内持液量大,气液接触充分,除尘效率可达95%以上,脱硫效率可达70%,特别适用于6 t/h以下小型燃煤锅炉,但是整个装置成本较高。

3锅炉比较常用的烟气治理技术

3.1常用的烟气治理技术

目前,我国锅炉比较常用的烟气治理技术主要有旋风除尘、袋式除尘、湿式除尘:

3.1.1旋风除尘。旋风除尘器是利用旋转的含尘气体所产生的离心力,将粉尘从气流中分离出来的一种干式气-固分离装置。该类分离设备结构简单、制造容易、造价和运行费用较低,对于捕集分离5~10μm以上的较粗颗粒粉尘,净化效率很高,但对于5~10μm以下的较细颗粒粉尘净化效率较低,所以旋风除尘器通常用于较粗颗粒粉尘的净化,或多用于多级净化时的初步处理。

3.1.2袋式除尘。袋式除尘器是一种利用有机纤维或无机纤维过滤布将含尘气体中的固体粉尘因过滤(捕集)而分离出来的一种高效除尘设备。该类设备结构简单、除尘效率高、适应性强,但滤料需定期更换,从而增加了设备的运行维护费用,劳动条件也差。

3.1.3湿式除尘。以某种液体(通常为水)为媒介物,借助于惯性碰撞、扩散等机理,将粉尘从含尘气流中予以捕集的设备称为湿式除尘器。该类设备在消耗同等能量的情况下,除尘效率要比干式的高;湿式除尘器适用与处理高温、高湿的烟气以及黏性大的粉尘,适用于非纤维性的、能受冷且与水不发生化学反应的含尘气体,还可净化很多有害气体。它的结构简单,一次性投资低,占地面积少,方法简单、有效。主要有喷淋塔、填充式洗涤塔、泡沫除尘器、旋风水膜除尘器、文丘里除尘器等。

3.2钠钙双碱法

3.2.1钠钙双碱法介绍

钠钙双碱法是湿法中一种非常重要的工艺,尤其对中、小锅炉烟气脱硫来说,具有脱硫除尘效率高,投资少,占地面积小,运行费用低等优点,非常适合我国的国情。钠钙双碱法—多极喷雾强旋流脱硫除尘工艺结合喷淋塔、喷雾旋风除尘器、旋转喷雾法脱硫的技术特性,兼容湿法和干法的优点,增加了脱硫剂和烟气的接触面积,使反应更加迅速更加充分,以达到最小的能耗和最大的脱硫除尘效率。

钠钙双碱法—多极喷雾强旋流脱硫除尘工艺的主体部分是洗涤吸收塔。首先迫使烟气以一定的速度切向进入塔体,并使其螺旋下降,而脱硫剂液则以雾化状态同向喷入,并形成多道强劲的环形水雾区域,当锅炉烟气强旋流通过时,就能和水雾充分混合接触,并发生一系列的物理化学反应,大部分硫化物和烟尘在离心力和重力的双重作用下从筒壁四周流下,经出灰口到沉淀池,灰渣沉淀后清理外运,灰水则循环使用,烟气则进入内筒进一步净化后,经风机进入烟囱排入空中。

该法使用Na2CO3或NaOH液吸收废气中的SO2,生成HSO3-、SO32-与SO42-,再用CaO再生,化学反应方程式如下;

3.2.2在钠钙双碱法基础改造

决定将钠钙双碱法改为烧碱法(采用Na0H溶液脱硫,兼作除尘液和冲渣液),不考虑脱硫产物的回收,对原设计进行修改。

3.2.2.1文丘里除尘器

原有文丘里除尘器喉部尺寸较大,烟气流速较低,将喉部尺寸改造为350mmx800mm以提高烟气流速。为降低阻力,在文丘里除尘器喉部后端的底部敷设抛光大理石。取消文丘里除尘器喉部前端的水箱,改为在文丘里除尘器喉部中间安装1个喷嘴,喷淋水管规格为DN50mm。从喷嘴喷出的脱硫除尘液在高速烟气作用下形成细小水滴充分与烟气接触,起到初步除尘、脱硫作用。

3.2.2.2水膜除尘器

保留水膜除尘器的塔体,在塔体内部(烟气进口上方)布置3层直径为1950mm的不锈钢旋流板,并在塔体顶部布置一层直径为1950mm的不锈钢除雾板,旋流板叶片的旋转方向与烟气进人塔体的方向一致。烟气经文丘里除尘器后以高速进人塔体,通过旋流板时将脱硫除尘液吹成很小的雾滴,尘粒与雾滴充分接触并吸收水分后质量不断增大。在旋流板的导向作用下,烟气旋转运动加剧,使尘粒与烟气分离。尘粒在重力的作用落人塔底,实现除尘。取消水膜除尘器顶部的溢水槽,在每层旋流板和除雾板上方各安装1根DN50mm的喷淋管。喷洒在旋流板上的脱硫除尘液在旋流板叶片的导向和烟气自身的旋转运动共同作用下,被吹散、雾化,大幅增加了脱硫除尘液与烟气的接触面积,使烟气中的S02与Na0H充分反应,保证烟气中的S02被脱硫除尘液充分吸收。与除尘液主管相连接的支管改为内衬胶的钢管,阀门使用弹性座封闸阀,以减少管道结垢现象。

3.2.2.3脱硫除尘液配制及反馈自控系统

在除尘、冲渣液系统中增设容积为5耐的储碱液罐2台及其相应的管道和阀门,碱液直接加到系统的回水总管。增加在线pH值计及反馈自控装置一套,通过安装在渣浆泵吸水井旁的在线pH值计检测脱硫除尘液的pH值并反馈到自控装置,自动调节脱硫除尘液pH值。

参考文献

[1]胡满银,赵毅,刘忠.除尘技术.北京;化学工业出版社,2006.

[2]刘齐天.三废处理工程技术手册(废气卷).北京;化学工业出版社,1999.