燃煤鍋爐煙氣脫硫除塵技術(shù)

程文斯

（西格里石墨技術(shù)（上海）有限公司，上海 201401）

二氧化硫和煙塵是造成酸雨和大氣污染的主要物質(zhì)，二氧化硫是一種無色透明氣體，有刺激性臭味，在大氣中，二氧化硫被氧化為硫酸霧或硫酸鹽氣溶膠，是環(huán)境酸化的先導(dǎo)物質(zhì)，當(dāng)二氧化硫超標(biāo)嚴(yán)重時(shí)，會(huì)對(duì)大氣結(jié)構(gòu)造成破壞，引起環(huán)境變化。不僅是這樣，人們?cè)谏詈蜕a(chǎn)過程中都會(huì)產(chǎn)生一些有害塵埃和二氧化硫氣體，一旦這些成分在空氣中的比例過大，不僅會(huì)危害人體健康，而且會(huì)給人們的生產(chǎn)、工業(yè)生產(chǎn)、建筑等帶來嚴(yán)重危害。鍋爐是國內(nèi)主要的工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備之一，它是一種能量轉(zhuǎn)換裝置，某些能源物質(zhì)進(jìn)入鍋爐后，通過特殊的方式轉(zhuǎn)化為一定的能量，以適應(yīng)工業(yè)發(fā)展的需要。進(jìn)入鍋爐的能量以燃料中的化學(xué)能、電能、高溫?zé)煔獾臒崮艿刃问捷斎?，?jīng)鍋爐轉(zhuǎn)化后，輸出一定熱能的蒸汽、高溫水或有機(jī)熱載體。雖然鍋爐在一定程度上可以提高工業(yè)發(fā)展的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，但在使用過程中也會(huì)釋放出一些有害物質(zhì)，對(duì)環(huán)境造成一定的破壞，嚴(yán)重時(shí)會(huì)對(duì)人類健康造成危害。

1 鍋爐煙氣脫硫常用技術(shù)

1.1 濕式雙旋脫硫除塵技術(shù)

利用水噴淋膜式水幕除塵，實(shí)現(xiàn)了濕法雙旋脫硫。

通風(fēng)機(jī)防腐裝置加熱煙氣，提高排氣溫度，減少風(fēng)機(jī)腐蝕。進(jìn)氣渦流板通過真空吸塵器的內(nèi)管將煙氣輸送到真空吸塵器的頂部。內(nèi)筒頂部裝有噴水除塵器，噴水方向與排煙方向一致。SO2在廢氣中以堿性吸收。在離心作用下，粉塵隨水拋向內(nèi)壁形成一層水膜，起到除塵作用。風(fēng)管從水幕吹至內(nèi)筒下端，經(jīng)旋風(fēng)板進(jìn)入外筒脫水，最后進(jìn)入引風(fēng)機(jī)防腐裝置，升溫后進(jìn)入[1]。該設(shè)備主要用于35t/h及以下小型鍋爐。本技術(shù)在生產(chǎn)過程中，由于煙氣帶水問題未得到解決，導(dǎo)致本技術(shù)底部和引風(fēng)機(jī)葉片易積灰，清理工作需要約3個(gè)月。該裝置除塵的效率提升達(dá)到95%，脫硫效率提升達(dá)到70%左右。

1.2 干式吸附過濾技術(shù)

干法煙氣脫硫脫硝工藝中常用顆粒、粉末或吸附劑來去除鍋爐廢氣中的硫、硝酸鹽和硫化物。采用脫硫、脫硝工藝，最終不產(chǎn)生廢硫、廢氣。火力發(fā)電廠鍋爐在脫硫、脫硝過程中，沒有發(fā)生設(shè)備腐蝕，造成大氣、環(huán)境二次污染。通常將干法煙氣脫硫脫硝工藝分為兩類。第一種方法是干電荷注入。以吸收劑為原料，可縮短反應(yīng)時(shí)間，實(shí)現(xiàn)脫硫脫硝。接下來是等離子體法。高能電子主要用于有效分解硫酸銨、硝酸銨等肥料，減少環(huán)境污染。干法煙氣脫硫脫硝技術(shù)雖然可行，但脫硝成本較高[2]。

吸附劑主要有CuO-SiO2、CuO-Al2O3等，CuO吸附法脫硝過程可分為兩步反應(yīng)：首先在吸附器中進(jìn)行，然后在溫度為300~450℃時(shí)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)。因?yàn)?CuO和CuSO4對(duì)NH3具有強(qiáng)烈的催化活性，吸附劑與SO2反應(yīng)生成CuSO4，然后與 SCR反應(yīng)脫硝。接著在再生器中進(jìn)行反應(yīng)：用H2或Cu2S將CuSO4的吸附劑還原為CuSO4，克勞斯設(shè)備回收 CuO制酸，還原后的銅或Cu2S通過煙氣或空氣氧氣在吸附劑處理機(jī)上轉(zhuǎn)化為 CuO，然后用于吸收還原過程中產(chǎn)生的CuO。該技術(shù)對(duì)SO2、氮氧化物的去除率分別達(dá)到90%和75%~80%。結(jié)果表明，溫度與反應(yīng)效果成正比，反應(yīng)時(shí)應(yīng)提高反應(yīng)環(huán)境溫度。最終與二氧化硫反應(yīng)生成硫酸銅，將其還原為氮?dú)夂桶睔?，避免了SO2和NO2排放對(duì)大氣的污染。

去除煙氣中的煙塵，采用固定吸附材料，可循環(huán)使用，可清洗再生。設(shè)備一般包括預(yù)除塵復(fù)合塔和吸收塔。本實(shí)用新型的脫硫和除塵效率高達(dá)80%~95%，脫硫效率高，煙氣溫度低，無二次污染，可重復(fù)使用。次級(jí)產(chǎn)品循環(huán)利用，但吸附塔入口處的煙氣含塵必須小于150m3，否則極易發(fā)生吸附劑中毒。吸附劑需要不斷更新，這是一項(xiàng)麻煩而龐大的投資。等離子體煙氣脫硫除塵裝置是近年來發(fā)展起來的一種新型技術(shù)設(shè)備，它通過電子束照射煙氣中的N2，使煙氣中的N2產(chǎn)生許多自由基反應(yīng)活性，例如，這些自由基與煙氣中的二氧化硫發(fā)生反應(yīng)生成硫酸，即用氨中和生成硫酸銨。本方法不含設(shè)備和測量污染現(xiàn)象，不產(chǎn)生污水和廢物，也可作為肥料的副產(chǎn)物使用，無二次污染，設(shè)備簡單，適應(yīng)范圍較廣。本發(fā)明采用電子加速器來產(chǎn)生高能電子。大體上，大型企業(yè)都需要大功率的電子槍，這對(duì)人體健康有害，因此也需要輻射防護(hù)，所以對(duì)操作與維護(hù)的要求很高。

1.3 干濕結(jié)合式鍋爐煙氣脫硫除塵技術(shù)

脫硫除塵裝置的主要設(shè)備為立式塔，塔的結(jié)構(gòu)是干濕結(jié)合的。旋風(fēng)段在塔的下面，吸收段在中間，脫水段在上面。首先，它進(jìn)入下一層的旋風(fēng)除塵器除去較大的顆粒，然后進(jìn)入吸收部分。煙氣通過篩板與吸收器完全接觸后，發(fā)生傳質(zhì)吸收，去除SO2和間隙粉塵。煙氣中的水經(jīng)過除塵、脫硫、脫水、除霧等處理后通過出口排入煙囪。該機(jī)的主要特點(diǎn)是液氣比小，塔內(nèi)持液量大，氣液接觸充分，除塵效率95%以上，脫硫效率70%以上，特別適用于6t/h以下的小型燃煤鍋爐，但總體成本較高。

2 燃煤鍋爐煙氣脫硫除塵技術(shù)

2.1 布袋除塵法

袋式除塵器屬于凈化設(shè)備，它使用多孔過濾介質(zhì)來分離收集到的空氣中的微粒。濾塵過程中產(chǎn)生的粉塵具有一定的散失作用。即使濾料孔直徑遠(yuǎn)大于微塵顆?？字睆剑材苡行コ?。即在顆粒粉塵的捕集效果上，袋式除塵器具有較好的性能，特別是0.1~1m高度的煙塵補(bǔ)灰效果更好，一般能達(dá)到99.99%的除塵效果。它的主要部件是濾袋，由過濾材料制成。當(dāng)過濾過程進(jìn)行時(shí)，一些較大的粉塵顆粒會(huì)堵塞過濾材料的表面，形成一層小顆粒（含氧灰團(tuán)開始流動(dòng)），并在濾袋表面產(chǎn)生小孔，阻止更多小顆粒進(jìn)入濾袋。

2.2 電除塵技術(shù)

當(dāng)前，國內(nèi)火電廠燃煤機(jī)組的煙氣排放溫度一般在125~130℃，褐煤燃燒時(shí)為140℃，機(jī)組實(shí)際煙氣排放溫度一般在20~50℃，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于煙氣露點(diǎn)溫度。高溫會(huì)導(dǎo)致鍋爐效率降低，電除塵效率降低，脫硫耗水增加。解決這一問題的有效方法是采用低溫省煤器和低溫電除塵技術(shù)[4]。其原理為：煙氣熱回收裝置分為兩級(jí)，第一級(jí)設(shè)在除塵器入口，煙氣溫度從123℃降至105℃；吸收塔入口設(shè)第二級(jí)，煙溫由110℃降至96℃左右。它是將主凝結(jié)水-煙氣通過熱交換器進(jìn)行熱交換，由主凝結(jié)水-煙氣從低加出口一路引流，經(jīng)壓力處理后通過二級(jí)、一級(jí)煙氣回收裝置返回低加入口。通過擠出回?zé)岢槠?，降低了汽機(jī)的熱耗和煙氣溫度，減少了進(jìn)入除塵器的煙氣量，減小了粉塵比，實(shí)現(xiàn)了余熱利用和除塵效率的雙重目的。

其優(yōu)點(diǎn)是能提高電收塵效率，降低煙氣溫度，降低煤耗，降低電力消耗，具有配置靈活，位置不受限制等特點(diǎn)。另外一個(gè)電除塵技術(shù)的發(fā)展方向是利用旋轉(zhuǎn)電極。它由前級(jí)常規(guī)電場和后級(jí)旋轉(zhuǎn)電場組成，其工作原理與普通除塵器相同。旋轉(zhuǎn)區(qū)的陽極部分設(shè)有旋轉(zhuǎn)板和旋轉(zhuǎn)刷，通過旋轉(zhuǎn)陽極連接，當(dāng)粉塵達(dá)到防電暈上厚度時(shí)，設(shè)置在非集塵區(qū)的旋轉(zhuǎn)除塵刷將全部粉塵去除，使防電暈不出現(xiàn)，不產(chǎn)生二次粉塵，從而提高電除塵效率，降低排放濃度。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是永久性陽極板清潔，避免電暈現(xiàn)象，有效地解決了粉塵比電阻難以收集的問題，減少了二次粉塵，降低了煤灰對(duì)電性能的敏感性，降低效率的電除塵器可小型化，占地面積小，特別適用于舊機(jī)組電除塵器的改造。存在兩個(gè)缺點(diǎn)：設(shè)備轉(zhuǎn)動(dòng)部分利用率低，安裝要求高。由于單臺(tái)電除塵器的粉塵排放標(biāo)準(zhǔn)過高，難以滿足要求。解決辦法是增加濕式除塵器。濕式電除塵器的工作原理與干式電除塵器基本相同，即煙氣中的粉塵顆粒吸收負(fù)離子和電荷，在電場力的作用下吸附在粉塵柱上。與干式靜電除塵器通過振動(dòng)將粉塵顆粒沖入灰斗不同，濕式靜電除塵器通過振動(dòng)將水噴入灰斗，然后隨水排出。噴入煙道的水霧，不僅能捕獲微煙，還能降低電阻，有利于將煙移至極板，濕式電除塵器效率高達(dá)70%，并能長期穩(wěn)定有效地去除石膏、雨水、汞、多種重金屬及多環(huán)芳烴等污染物顆粒。采用干式旋轉(zhuǎn)電極除塵器脫硫，濕式除塵器脫硫，煙氣系統(tǒng)采用熱回收裝置，可提高除塵效率。

2.3 電袋復(fù)合式除塵技術(shù)

混合袋式除塵器的射流清灰器，以壓縮空氣為清灰源，由脈沖閥、氣囊和噴管組成。每排過濾袋噴管均設(shè)有較大的噴孔，每個(gè)噴孔與過濾袋底對(duì)齊，并連接一端的氣動(dòng)噴管，壓縮空氣氣袋，氣囊安裝在閥門脈沖淹沒閥上。電磁閥的作用是將脈沖閥的膜片壓得很短，壓縮空氣袋通過閥的瞬時(shí)脈沖通過噴孔噴向?yàn)V袋內(nèi)的火焰，使得當(dāng)濾袋外壁擴(kuò)展到指定位置時(shí)，濾袋外膨脹迅速，過大的應(yīng)力使振動(dòng)效果增強(qiáng)，達(dá)到最大的反加速近似。但是濾袋表面附著的塵層不受張力的影響，并且由于慣性力的作用而使其脫落，從而實(shí)現(xiàn)了濾袋除塵。

將電除塵器和袋式除塵器有機(jī)地結(jié)合起來，以電除塵器的第一個(gè)電場為一級(jí)除塵單元，去除煙氣中80%~90%的粉塵顆粒，再以布袋為二級(jí)除塵單元，去除剩余顆粒。利用電除塵器捕集量大、運(yùn)行阻力小的優(yōu)點(diǎn)，降低了二級(jí)機(jī)組的負(fù)荷，減小了氣流阻力，延長了脈沖閥和濾袋的使用壽命，克服了袋式除塵器固有的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了“高效除塵”的目標(biāo)。其分級(jí)除塵效率高達(dá)99.9%以上，出塵量小于30mg/m3，并能長期穩(wěn)定高效地運(yùn)行[5]。

3 結(jié)束語

隨著我國工業(yè)化的快速發(fā)展，作為常用的原料燃燒設(shè)備，在生產(chǎn)運(yùn)行過程中會(huì)產(chǎn)生粉塵、硫化物等污染物，對(duì)車間生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重破壞。應(yīng)按照可持續(xù)發(fā)展的要求，控制鍋爐燃燒產(chǎn)物，采用先進(jìn)的除塵、脫硫技術(shù)，以減少對(duì)鍋爐地面的污染。只要引進(jìn)高科技輔助設(shè)備，就能確保產(chǎn)品質(zhì)量，創(chuàng)造理想的經(jīng)濟(jì)效益。