全沸騰式燃煤鍋爐煙氣脫硫除塵技術(shù)的研究
鍋爐燃煤和冶煉礦物等生產(chǎn)過程中，產(chǎn)生大量含SO2煙氣，污染大氣環(huán)境，造成酸雨危害。酸雨已成為當(dāng)今人類面臨的重大環(huán)境問題之一。目前，我國每年排放的SO2已達(dá)2000多萬噸，酸雨面積已達(dá)國土面積的1/3以上。酸雨已成為制約我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要因素？刂芐O2，Nox等排放是防止酸雨的關(guān)鍵措施。
煙氣脫硫是目前最主要的脫硫方式，是控制酸雨和SO2污染的主要技術(shù)途徑。迄今為止，國內(nèi)外已開發(fā)出數(shù)百種煙氣脫硫技術(shù)，可被分為干法和濕法兩大類。濕法脫硫技術(shù)具有脫硫與除塵可同時兼顧，機(jī)動靈活，適用性強(qiáng)，投資省和運(yùn)行費(fèi)用低的特點(diǎn)，被環(huán)保部門和有關(guān)專家學(xué)者認(rèn)為是一項(xiàng)適合我國國情的實(shí)用技術(shù)。全沸騰式脫硫除塵器是針對燃煤鍋爐煙氣的特點(diǎn)，而開發(fā)研究出的一種新型濕法煙氣脫硫除塵技術(shù)。本文主要介紹全沸騰式脫硫除塵器的基本工作原理，裝置結(jié)構(gòu)型式及主要特點(diǎn)，主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)及適用范圍，實(shí)際應(yīng)用等。
一、工作原理及脫硫除塵機(jī)理
（一）工作原理
全沸騰式脫硫除塵器的基本工作原理較簡單，就是含SO2和煙塵的煙氣從脫硫除塵器下部進(jìn)入，合理布風(fēng)使煙氣流由下而上通過孔板上的水層，當(dāng)氣流速度控制在一定范圍時，可在孔板上形成沸騰層，在沸騰中氣泡不斷破裂、合并又重新生成。沸騰床的高度和強(qiáng)度，通過溢流裝置保持穩(wěn)定，過多的水通過溢流裝置和孔板滲漏至除塵器下部的灰渣槽中。當(dāng)含SO2和煙塵的煙氣在通過沸騰層時，通過氣水接觸，傳質(zhì)和各種機(jī)理的綜合作用下，煙氣得到凈化，達(dá)到脫硫除塵的目的。
1、除塵機(jī)理
當(dāng)含塵煙氣穿過脫硫除塵器孔板上的水層時，其除塵過程可分為三個階段：
一是水、煙氣接觸進(jìn)行部分熱交換階段。
二是形成沸騰階段。
三是在水沸騰后粉塵的捕集階段。
粉塵捕集機(jī)理主要有慣性，擴(kuò)散和凝并。在煙氣穿過孔板與其水層發(fā)生碰撞，使液面發(fā)生彎曲變形，一部分水氣在水層上部自然形成高密度的霧區(qū)，同時絕大多數(shù)粒徑較大的塵粒在慣性的作用下，在沖入水層時被捕獲。周而復(fù)始的煙氣不斷沖擊，液面不斷彎曲變形，達(dá)到一定程度后，沸騰完全形成了。沸騰的氣泡劇烈地?cái)噭印⒎瓭L、破裂、合并、再生，形成了極大的氣液接觸面積。當(dāng)煙塵與其接觸時，由于慣性、擴(kuò)散和凝并等作用而被捕集，達(dá)到凈化目的。
2、脫硫機(jī)理
全沸騰式脫硫除塵器的脫硫機(jī)理與是否使用脫硫劑有關(guān)。對于不同煤質(zhì)燃煤煙氣，根據(jù)煙氣含SO2濃度，利用全沸騰式脫硫除塵器進(jìn)行脫硫，可靈活選用脫硫劑。根據(jù)全沸騰式脫硫除塵器的特點(diǎn)，開發(fā)研究了一種新型tl—01脫硫劑。它主要由表面活性劑和過渡性金屬離子等組成。其脫硫機(jī)理是一種液相催化作用，能使煙氣中SO2催化氧化成SO3，用水吸收生產(chǎn)稀硫酸，從而達(dá)到脫硫的目的。據(jù)應(yīng)用試驗(yàn)結(jié)果，其脫硫效率達(dá)到85—98%以上，運(yùn)行成本低，簡便經(jīng)濟(jì)。
二、裝置機(jī)構(gòu)主要特點(diǎn)及技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)
（一）、裝置結(jié)構(gòu)主要特點(diǎn)
全沸騰式脫硫除塵器主要由進(jìn)氣管、下孔板、上孔板、筒體、脫水器、出氣管、排水口及除泡裝置等部分組成。它與以往的濕法脫硫除塵器相比，具有以下顯著特點(diǎn)：
1、采用雙層孔板，下層孔板孔徑比上層孔板的稍大。這樣當(dāng)含塵氣流通過下層孔板時，粗大粉塵和一部分細(xì)小粉塵便被捕集下來，上層孔板的負(fù)荷自然減輕，用不同孔徑的孔板產(chǎn)生不同直徑的氣泡，可以用來高效處理不同的粉塵，保證沸騰順利進(jìn)行和防止堵塞現(xiàn)象的產(chǎn)生。
2、將兩孔板間的豎直距離適當(dāng)配置，可以防止兩層孔板的水質(zhì)相互影響。
3、使用特殊的材料做孔板，這種板材強(qiáng)度高、耐高溫、抗氧化、抗介質(zhì)腐蝕，尤其是它的導(dǎo)磁率很小的特性，從而解決了孔板易堵塞易腐蝕的缺陷。
4、筒體可根據(jù)實(shí)際情況，靈活采用不同材質(zhì)制成？刹捎没◢弾r砌筑筒體，充分利用花崗巖質(zhì)均、耐磨和耐腐蝕的優(yōu)良特性，或采用高強(qiáng)度石英砂同樹脂結(jié)合為人造花崗巖，或采用不銹鋼為筒體等。
5、采用除泡裝置和旋流式脫水器，可以獲得在阻力損失不大情況下近100%的脫水效果，解決了過去風(fēng)機(jī)帶水或擋水板堵塞的問題。
6、孔板下布置一層噴嘴，一方面用于清除孔板下和塔壁上的積灰，防止堵塞，同時對高溫?zé)煔庖材苓M(jìn)行降溫增濕處理，延長孔板的使用壽命，提高效率。
（二）、主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)及適用范圍
1、主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)
脫硫效率視使用脫硫劑而定，一般為60—98%；除塵效率為96—99%；阻力損失800—1300pa；氣流速度0.8—3.8m/s；液氣比0.2—0.3l/Nm3；可利用廢堿液、tl—01等脫硫劑；脫硫運(yùn)行費(fèi)用0.04—0.14元/kg.SO2；投資小，占地面積小，運(yùn)行簡單可靠。
2、適用范圍
全沸騰式脫硫除塵器效率高，經(jīng)濟(jì)實(shí)用，安全可靠，很好地解決了脫硫除塵、廢水處理、綜合利用三者相統(tǒng)一問題。解決了設(shè)備本身如風(fēng)機(jī)帶水、銹蝕、堵塞、效率不高和工況不穩(wěn)定等這些問題。采用水渣漿分離裝置，灰渣可以干燥運(yùn)出，水可以循環(huán)使用，灰水分離效果很好。是一種高效較理想的脫硫除塵設(shè)備，可配套使用在1—130t/h鍋爐（鏈條爐、往復(fù)爐、沸騰爐、拋煤爐、粉煤爐）各種化工、冶金等行業(yè)的粉塵廢氣治理工程，應(yīng)用范圍廣泛，前景很好。
三、應(yīng)用實(shí)例
（一）、鏈條爐的煙氣處理
1、應(yīng)用條件簡介
1998年，全沸騰式脫硫除塵器在某公司5#鍋爐進(jìn)行應(yīng)用。5#鍋爐為20t/h鏈條爐，原采用麻石水膜除塵器，脫硫除塵效果不理想。為節(jié)省投資，公司要求將麻石水膜除塵器改造成全沸騰式脫硫除塵器。設(shè)備主體采用了原麻石水膜除塵器筒體，對進(jìn)風(fēng)口進(jìn)行了調(diào)整，內(nèi)部結(jié)構(gòu)采用雙層篩板，采用不銹鋼制成，達(dá)到表面光滑、強(qiáng)度高、耐溫、耐腐蝕作用。下層篩板孔徑比上層稍大。采用了不銹鋼材料制成嶦式擋水板，解決了風(fēng)機(jī)帶水問題。脫硫除塵器高13.5m，內(nèi)徑2m。改造后脫硫除塵工藝流程如圖2所示。鍋爐煙氣經(jīng)過噴淋預(yù)處理后，進(jìn)入全沸騰式脫硫除塵器，進(jìn)行脫硫除塵，凈化后的煙氣由引風(fēng)機(jī)抽至煙窗排放到大氣。脫硫除塵器內(nèi)流出的灰渣水進(jìn)入分離池，進(jìn)行灰水分離，灰渣濾干后回收利用，水循環(huán)使用。
2、脫硫除塵效果
全沸騰式脫硫除塵設(shè)施于98年3月運(yùn)行以來，鍋爐在正常負(fù)荷運(yùn)行時，引風(fēng)機(jī)電流穩(wěn)定，脫硫除塵器阻力小，水系統(tǒng)循環(huán)正常，補(bǔ)充水利用鍋爐出渣冷卻水，利用灰渣水澄清后循環(huán)使用脫硫除塵，不需另添加脫硫劑，操作方便，運(yùn)行正常。脫硫和除塵效果測試委托江西省環(huán)保監(jiān)測站負(fù)責(zé)完成。SO2濃度和煙塵濃度測定嚴(yán)格按有關(guān)測試方法要求進(jìn)行。監(jiān)測結(jié)果見表1。
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表1 SO2和煙塵測定結(jié)果表
從表1可知，煙氣經(jīng)全沸騰式脫硫除塵器處理后，SO2排放濃度為796mg/Nm3，排放量42.8kg/h，脫硫效率63.9%，煙塵排放濃度為125.2mg/Nm3，排放量4.66kg/h，除塵效率96.3%。so2排放濃度低于國家排放標(biāo)準(zhǔn)1200mg/Nm3；煙塵排放濃度低于GB13271—91中的二類標(biāo)準(zhǔn)250mg/Nm3，符合國家環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)到了預(yù)期的煙氣治理目標(biāo)。
3、社會經(jīng)濟(jì)效益分析
該公司地處市區(qū)，煙塵和SO2濃度排放控制很嚴(yán)。5#鍋爐脫硫除塵經(jīng)過改造后，煙塵排放濃度和SO2排放濃度低于國家排放標(biāo)準(zhǔn)，為改善大氣環(huán)境起到重要作用，周圍環(huán)境明顯好轉(zhuǎn)，為此居民反應(yīng)良好。由于使用循環(huán)用水，運(yùn)行費(fèi)用低，據(jù)估算運(yùn)行費(fèi)用遠(yuǎn)低于煙塵和SO2超標(biāo)排污費(fèi)用，脫硫運(yùn)行費(fèi)用僅為0.08元/kg.SO2，低于SO2排放費(fèi)用0.2元/kg.SO2，取得了較好的社會經(jīng)濟(jì)效益。
（二）、沸騰爐的煙氣處理
2000年8月,全沸騰式脫硫除塵器在某公司鍋爐進(jìn)行應(yīng)用。鍋爐為15t/h的沸騰爐，原采用旋風(fēng)器除塵，除塵效果較差，除塵效率只有69.8%，無脫硫功能。公司要求對其進(jìn)行改造，達(dá)到脫硫除塵的目的。將原旋風(fēng)器除塵撤除，改用全沸騰式脫硫除塵器進(jìn)行除塵脫硫。筒體直徑為1.8m,煙氣處理量為45000m3/h。使用tl-01脫硫劑進(jìn)行脫硫，水溶液循環(huán)使用，當(dāng)溶液ph值達(dá)到2左右時，添加適量石灰中和。
經(jīng)環(huán)保局環(huán)境監(jiān)測站檢測，除塵效率達(dá)到98.3%,脫硫效率達(dá)93.6%。煙氣排放含塵濃度為122.3mg/Nm3,SO2排放濃度為206.1mg/Nm3,遠(yuǎn)低于國家允許排放濃度標(biāo)準(zhǔn)。運(yùn)行可靠，用戶反映良好，脫硫運(yùn)行費(fèi)用0.01元/kg.SO2，取得了較好的環(huán)境效益和社會經(jīng)濟(jì)效益。
四、結(jié)語
全沸騰式脫硫除塵器是一種新型高效脫硫除塵設(shè)備，以其獨(dú)特的技術(shù)特點(diǎn)和卓越的技術(shù)經(jīng)濟(jì)技術(shù)性能而挺進(jìn)市場。目前該技術(shù)已在多家企業(yè)的不同鍋爐上使用，取得了較好的運(yùn)行效果，用戶反映良好。這是一項(xiàng)較理想的濕法脫硫除塵技術(shù)，相信將會受到廣大用戶的歡迎。
[參考文獻(xiàn)]
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