湿法除尘脱硫的技术路线及技术关键

环　境　保　护　科　学

Vol.24　No.1　1998

・大气污染防治・

湿法除尘脱硫的技术路线及技术关键

TheTechnologyWayandTechniqueKeyonDesulfurization

andCollectionDustofFlueGas

刘汉忠　门亚东　杨　杰　鲁全仲　张鹏展　(沈阳环境科学研究所　沈阳110005)

提要　介绍了适用于我国中小型工业锅炉(含采暖炉)的湿法除尘脱硫的技术路线的特点和关键技术,并给出应用实例。

关键词　除尘　脱硫　技术路线　技术关键

ABSTRACT　Thispaperrelatesthetechnologywayandtechniquekeyofwetdesulfurizationandcollectiondustoffluegas,whichsuittomiddle-smalltypeboiler(containedcentralheatingboiler)inourcountry,andgivessomeapplingexample.

KEYWORDS　CollectionDust　Desulfurization　TechnologyWay　TechniqueKey　

系统(R-C/Bahco系统).

1　湿法除尘脱硫技术路线的确定

在西方国家和日本,烟气脱硫主要用于电站锅炉.据美国电力研究所(EPRI)统计,各种脱硫技术达200种左右,但投入实际运行的仅十多种,大部分仍处在中式或开发阶段.这些技术归纳起来可分为三大类:即燃料脱硫、燃烧过程脱硫和排烟脱硫(FGD),其中应用最广泛的为FGD技术.FGD又可分为湿法、半干法和干法三类.由于湿法具有脱硫效率高、脱硫剂利用率高等优点,因而在FGD中当今仍占主导地位.

在湿法脱硫中,绝大部分采用先高效除尘后进行脱硫的“二段”系统,脱硫剂以石灰石和石灰为主.为降低投资和运行费用,美国空军动力研究室于1976年实验成功了联合除尘脱硫

　　收稿日期　1997-09-04

该系统第一级采用旋风除尘器除掉大颗粒粉尘,第二级为两个串联的文丘里洗涤器,同时脱硫和除去微细粉尘,脱硫剂为石灰或石灰石.装置的总阻力为4000Pa左右,粉尘及SO2排放量可满足美国排放标准,该系统运行费用为120美元/TSO2,在运行费用中,电力费用占33.22%,脱硫剂占28.37%,两项合计占61.59%.

该系统第一级没有采用高效电除尘,因而较传统的两段系统可节省投资;第二段为联合除尘脱硫,可利用微细粉尘中的碱性物质,节省部分脱硫剂,虽然电力消耗较大,但由于美国的电较便宜,故这种系统已出色地应用于工业领域.

我国现有工业锅炉(含采暖炉)43万余台,年耗煤3亿多吨,分布在各行各业.其中4T/h

—1—以下的小型锅炉占80%左右.

锅炉容量小,加上多数锅炉房场地十分有限,是很难采用传统的二段系统的.

从前面对R-C/Bahco系统的分析可知,在运行费用中,占比例最大的两项是电力费用和脱硫剂费用,而要想降低系统的一次性投资,则必须尽量缩短系统的工艺流程,降低主体设备和配套设备造价.

经过十多年的工作,我们探索出了一条投资省、运行费用低的较为适用于中小工业锅炉的湿法除尘脱硫技术路线,概括为三点:(1)联合除尘脱硫:系统中以一台主体设备同时除尘和脱硫,从而降低系统的投资和占地面积,同时可利用飞灰中的碱性物质做脱硫剂,减少外加脱硫剂用量.

(2)主体设备采用“低阻高效”型,R-C/Bahco的主体设备可视为中阻高效型的设备,阻力达到4000Pa.我国工业锅炉配套的引风机最大全压为3200Pa,去掉锅炉尾部受热面(省煤器、空气预热器等)及管道阻力损失,留给除尘脱硫设备的允许阻力损失不足2000Pa.我们设计的装置总阻力均在1500Pa以下.这样,即保证了动力消耗较小,又保证了不必更新引风机.

(3)采用廉价的脱硫剂,根据不同地区的资源条件和煤的硫含量,选用来源广、价格低的脱硫剂,包括石灰、石灰石、飞灰及炉渣中的碱性物质及其他一切可利用的碱性废物.

对于钢制壳体,内壁必须衬防腐、耐磨、耐热材料,防腐耐磨耐热层与壳体应有很好的结合力;涂层本身应有很好的防渗性能,从而避免酸性水或气体渗漏腐蚀壳体.为了增加涂层与壳体的结合力,可在壳体内壁挂网或栽钩;为防止渗漏腐蚀,在壳体与涂层之间可刷防腐的隔离层.

对于配套设备及工艺管路(包括吸收液的制备设备、循环管路、阀门、泵等),由于不和高温烟气接触,应重点考虑防腐防磨损问题.2.2　提高对微细粉尘的扑集率

烟气中的粉尘只有碰撞到扑尘体上才能被扑获.粉尘碰撞到扑尘体的机理有很多,其中主要有惯性、截留、扩散、重力、静电等.湿法除尘过程,主要是利用惯性碰撞效应.

惯性碰撞效应的大小取决于惯性碰撞参数(Stk),可用下式表示:

2

󰀁P・dP・VStk=9󰀂・dc式中:󰀁P——尘的密度(g・cm-3)

(1)

dP——尘的粒度(cm)

V——尘与扑尘体的相对速度(cm・s)

󰀂——烟气的粘性系数(pds)

dc——扑尘体的尺寸(cm)

Stk越大,除尘效率越高,dc50越小,即对微

2

细粉尘扑集率越高.从上式可知:Stk与󰀁P、dP、V

-1

成正比,与󰀂、dc成反比.提高Stk,有许多办法,

2　技术关键及解决途径

2.1　设备的腐蚀磨损

由于采用了联合除尘脱硫,腐蚀磨损同时

存在,所以主体设备及配套设备必须具有好的防腐耐磨性能.此外,对于主体设备,还应考虑到临时断水或误操作等原因使高温烟气没经冷却直接作用的影响.有些锅炉,烟气温度可达300℃,因此,主体设备应能够耐200℃～300℃高温的热冲击.

—2—在设计过程中,我们重点设法提高dP、降低dc.因为V增大,设备阻力显著增大,所以不增大V,而保持设备阻力不增大,从而实现了“低阻高效”.dp的大小是由尘的发生源决定的,可采取在烟气与扑尘体接触前设法使微细粉尘凝并从而使dp增大,实践证明这种办法是非常有效的.

2.3　脱硫工艺

脱硫工艺是除尘脱硫系统的重要组成部

分.近年来在除尘脱硫设备的研究方面做了不少工作,但在脱硫工艺方面做的工作较少.一些所谓的湿法除尘脱硫装置,没有脱硫工艺所需的配套设备,根本无法达到稳定的脱硫效果.对一定的除尘脱硫设备,影响脱硫效率的因素包括脱硫剂种类、液/气、吸收液温Ca/S、度、pH值等等.脱硫剂种类不同,如要达到同样的脱硫效果,所需的液/气、Ca/S、吸收液温度、pH值也不同.只有能够有效地控制上述各项工艺参数,才能达到预想的脱硫效果并保证运行的稳定性.

例如以石灰乳作脱硫剂,吸收液pH值过高,则在设备及管路内会出现结垢现象,从而影响设备正常运行,Ca/S变化过大,则脱硫效率不稳定.2.4　烟气带水

在除尘脱硫系统中,为了防止粉尘对引风机叶轮的磨损,引风机一般是放在除尘脱硫装置的尾部.如果烟气带水,一方面会使引风机叶轮及尾部烟道、烟囱受到酸性水的腐蚀,另一方面叶轮会挂灰,从而使其失去动平衡,影响其运行,这个问题是广大用户十分关心的问题.

防止烟气带水可从三个方面考虑:第一,主体设备结构合理,防止大量水带出;对于冲击式装置,严格控制液位.第二,采用适用的脱水装置;第三,排烟温度不能太低,防止结露现象出现,特别是北方,冬季气温较低,更要注意结露现象.

2.5　灰水分离

所谓灰水分离,是指除下来的粉尘及固体硫酸盐等与吸收液的分离过程.目前大多数采用平流式沉降池,少数采用灰水分离器.沉降池占地面积较大,灰水分离器造价较高.解决这一问题的途径有两条:第一,在满足除尘脱硫效率要求的前题下,尽量降低液/气,减少循环液量,从而降低沉降池的占地面积;第二,开发造价低,适用的新型灰水分离装置.

图1　卧式网膜塔原则工艺流程图

3　应用实例简介

3.1　网膜塔除尘脱硫系统

3.1.1　主体设备——网膜塔　　网膜塔内部可划为四段:雾化段、冲击段、筛网段和脱水段.

雾化段主要作用是使烟气降低温度并使微细粉尘凝并成较大颗粒,从而提高dp、降低󰀂、增大Stk.冲击段的主要作用是除尘,同时也有凝并作用.网膜段由若干片筛网组成,网上布水形成均匀水膜,烟气穿过液膜并激起水花,水滴和水雾,造成气液充分接触的条件.该段主要作用是脱硫和除掉微细粉尘.脱水段的主要作用是脱水.

壳体用普碳钢板制成,内壁及塔内部件均衬防腐、耐磨、耐热材料.

壳体除用钢板外,也可采用麻石等砌筑.3.1.2.工艺流程简介　　工艺流程如图1所示.该流程适用于水力冲渣锅炉、沸腾炉、循环流化床炉、煤粉炉等的除尘脱硫过程.

根据煤的硫含量、灰份成份(CaO、MgO等含量大小)等具体情况,另外补加脱硫剂或不加脱硫剂.

3.1.3　主要技术指标　　󰀁除尘效率:用于层燃炉和新型抛煤机炉,除尘效率95%～98.5%,排尘浓度小于100mg/Nm,用于沸腾炉、循环

—3—3

流化床炉、煤粉炉等除尘效率>99%,排尘浓度小于250mg/Nm.󰀂脱硫效率:利用冲渣水,燃煤硫含量小于1.0%,脱硫效率50%～60%;用于沸腾炉,煤含硫2.0%,灰分35%,灰份中CaO+MgO占8%,脱硫效率60%左右. 设备组力:800～1000Pa.!液/气:1～2L/m3.3.1.4　应用实例　　该除尘脱硫系统已应用于首钢吉林柴油机厂、青岛第六橡胶厂等各种燃煤方式锅炉,取得了较好的效果.应用时间最长的(如首钢吉林柴油机厂)已达10年多.

由于该系统有除尘效率高、动力消耗小、可利用粉尘、炉渣中的碱性物质做脱硫剂等优点,所以被列为国家级重点科技成果推广计划项目(I5-1-3-6).

3.2　双击式除尘脱硫装置

3.2.1　主体设备　　主体设备为一立式塔,壳体为钢板焊接成型,内衬防腐、耐磨、耐热材料.由烟气分布室、下部水箱、气液混合、气液分离(脱水)等部份构成;水箱下部装有除渣机和水位控制装置.在烟气入口处装有若干个喷咀.

烟气在入口处通过喷雾使微细粉尘产生凝并,通过气体分布室较均匀地分布在塔的横断面上并以一定的速度冲击液面,大颗粒的粉尘冲入吸收液中,被击起的吸收液(水花、水滴等)随烟气通过一文氏通道,在此气液进一步充分接触,脱除SO2和微细粉尘.文氏通道上部设有冲击板,它兼有脱水和除尘脱硫作用.塔的最上部设有脱水装置,进一步脱水.落入吸收液

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中的粉尘和不溶性硫酸盐由下部除渣机定时刮出.水箱液位有水位控制装置自动控制.

3.2.2　工艺流程简介　　工艺流程如图2所示.除主体设备外,配套设备包括除灰机、再生缶、循环泵等.不需外设循环水池,机械自动除灰.该流程适用于层燃炉和新型的抛煤机炉除尘脱硫过程.

图2　双击式除尘脱硫工艺流程图

3.2.3　主要技术指标　　除尘效率:92%～96%,排尘浓度小于200mg/Nm3

脱硫效率:70%左右设备阻力:900～1200Pa

3.2.4　应用情况　　该装置由于具备投资省、运行费用低、占地面积小、便于维护管理等优点、很受用户欢迎;辽宁省、沈阳市都将该装置列为科技成果计划推广项目.已转让给天津、广东及省内等多个厂家.经监测证明:以石灰做脱硫剂排尘浓度为150mg/Nm左右,脱硫效率接近70%.

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