燃煤锅炉烟气脱硫除尘技术

2021-01-09程文斯

化工设计通讯 2021年7期

程文斯

（西格里石墨技术（上海）有限公司，上海 201401）

二氧化硫和烟尘是造成酸雨和大气污染的主要物质，二氧化硫是一种无色透明气体，有刺激性臭味，在大气中，二氧化硫被氧化为硫酸雾或硫酸盐气溶胶，是环境酸化的先导物质，当二氧化硫超标严重时，会对大气结构造成破坏，引起环境变化。不仅是这样，人们在生活和生产过程中都会产生一些有害尘埃和二氧化硫气体，一旦这些成分在空气中的比例过大，不仅会危害人体健康，而且会给人们的生产、工业生产、建筑等带来严重危害。锅炉是国内主要的工业生产设备之一，它是一种能量转换装置，某些能源物质进入锅炉后，通过特殊的方式转化为一定的能量，以适应工业发展的需要。进入锅炉的能量以燃料中的化学能、电能、高温烟气的热能等形式输入，经锅炉转化后，输出一定热能的蒸汽、高温水或有机热载体。虽然锅炉在一定程度上可以提高工业发展的经济效益和社会效益，但在使用过程中也会释放出一些有害物质，对环境造成一定的破坏，严重时会对人类健康造成危害。

1 锅炉烟气脱硫常用技术

1.1 湿式双旋脱硫除尘技术

利用水喷淋膜式水幕除尘，实现了湿法双旋脱硫。

通风机防腐装置加热烟气，提高排气温度，减少风机腐蚀。进气涡流板通过真空吸尘器的内管将烟气输送到真空吸尘器的顶部。内筒顶部装有喷水除尘器，喷水方向与排烟方向一致。SO2在废气中以碱性吸收。在离心作用下，粉尘随水抛向内壁形成一层水膜，起到除尘作用。风管从水幕吹至内筒下端，经旋风板进入外筒脱水，最后进入引风机防腐装置，升温后进入[1]。该设备主要用于35t/h及以下小型锅炉。本技术在生产过程中，由于烟气带水问题未得到解决，导致本技术底部和引风机叶片易积灰，清理工作需要约3个月。该装置除尘的效率提升达到95%，脱硫效率提升达到70%左右。

1.2 干式吸附过滤技术

干法烟气脱硫脱硝工艺中常用颗粒、粉末或吸附剂来去除锅炉废气中的硫、硝酸盐和硫化物。采用脱硫、脱硝工艺，最终不产生废硫、废气。火力发电厂锅炉在脱硫、脱硝过程中，没有发生设备腐蚀，造成大气、环境二次污染。通常将干法烟气脱硫脱硝工艺分为两类。第一种方法是干电荷注入。以吸收剂为原料，可缩短反应时间，实现脱硫脱硝。接下来是等离子体法。高能电子主要用于有效分解硫酸铵、硝酸铵等肥料，减少环境污染。干法烟气脱硫脱硝技术虽然可行，但脱硝成本较高[2]。

吸附剂主要有CuO-SiO2、CuO-Al2O3等，CuO吸附法脱硝过程可分为两步反应：首先在吸附器中进行，然后在温度为300~450℃时进行化学反应。因为 CuO和CuSO4对NH3具有强烈的催化活性，吸附剂与SO2反应生成CuSO4，然后与 SCR反应脱硝。接着在再生器中进行反应：用H2或Cu2S将CuSO4的吸附剂还原为CuSO4，克劳斯设备回收 CuO制酸，还原后的铜或Cu2S通过烟气或空气氧气在吸附剂处理机上转化为 CuO，然后用于吸收还原过程中产生的CuO。该技术对SO2、氮氧化物的去除率分别达到90%和75%~80%。结果表明，温度与反应效果成正比，反应时应提高反应环境温度。最终与二氧化硫反应生成硫酸铜，将其还原为氮气和氨气，避免了SO2和NO2排放对大气的污染。

去除烟气中的烟尘，采用固定吸附材料，可循环使用，可清洗再生。设备一般包括预除尘复合塔和吸收塔。本实用新型的脱硫和除尘效率高达80%~95%，脱硫效率高，烟气温度低，无二次污染，可重复使用。次级产品循环利用，但吸附塔入口处的烟气含尘必须小于150m3，否则极易发生吸附剂中毒。吸附剂需要不断更新，这是一项麻烦而庞大的投资。等离子体烟气脱硫除尘装置是近年来发展起来的一种新型技术设备，它通过电子束照射烟气中的N2，使烟气中的N2产生许多自由基反应活性，例如，这些自由基与烟气中的二氧化硫发生反应生成硫酸，即用氨中和生成硫酸铵。本方法不含设备和测量污染现象，不产生污水和废物，也可作为肥料的副产物使用，无二次污染，设备简单，适应范围较广。本发明采用电子加速器来产生高能电子。大体上，大型企业都需要大功率的电子枪，这对人体健康有害，因此也需要辐射防护，所以对操作与维护的要求很高。

1.3 干湿结合式锅炉烟气脱硫除尘技术

脱硫除尘装置的主要设备为立式塔，塔的结构是干湿结合的。旋风段在塔的下面，吸收段在中间，脱水段在上面。首先，它进入下一层的旋风除尘器除去较大的颗粒，然后进入吸收部分。烟气通过筛板与吸收器完全接触后，发生传质吸收，去除SO2和间隙粉尘。烟气中的水经过除尘、脱硫、脱水、除雾等处理后通过出口排入烟囱。该机的主要特点是液气比小，塔内持液量大，气液接触充分，除尘效率95%以上，脱硫效率70%以上，特别适用于6t/h以下的小型燃煤锅炉，但总体成本较高。

2 燃煤锅炉烟气脱硫除尘技术

2.1 布袋除尘法

袋式除尘器属于净化设备，它使用多孔过滤介质来分离收集到的空气中的微粒。滤尘过程中产生的粉尘具有一定的散失作用。即使滤料孔直径远大于微尘颗粒孔直径，也能有效去除。即在颗粒粉尘的捕集效果上，袋式除尘器具有较好的性能，特别是0.1~1m高度的烟尘补灰效果更好，一般能达到99.99%的除尘效果。它的主要部件是滤袋，由过滤材料制成。当过滤过程进行时，一些较大的粉尘颗粒会堵塞过滤材料的表面，形成一层小颗粒（含氧灰团开始流动），并在滤袋表面产生小孔，阻止更多小颗粒进入滤袋。

2.2 电除尘技术

当前，国内火电厂燃煤机组的烟气排放温度一般在125~130℃，褐煤燃烧时为140℃，机组实际烟气排放温度一般在20~50℃，远远高于烟气露点温度。高温会导致锅炉效率降低，电除尘效率降低，脱硫耗水增加。解决这一问题的有效方法是采用低温省煤器和低温电除尘技术[4]。其原理为：烟气热回收装置分为两级，第一级设在除尘器入口，烟气温度从123℃降至105℃；吸收塔入口设第二级，烟温由110℃降至96℃左右。它是将主凝结水-烟气通过热交换器进行热交换，由主凝结水-烟气从低加出口一路引流，经压力处理后通过二级、一级烟气回收装置返回低加入口。通过挤出回热抽汽，降低了汽机的热耗和烟气温度，减少了进入除尘器的烟气量，减小了粉尘比，实现了余热利用和除尘效率的双重目的。

其优点是能提高电收尘效率，降低烟气温度，降低煤耗，降低电力消耗，具有配置灵活，位置不受限制等特点。另外一个电除尘技术的发展方向是利用旋转电极。它由前级常规电场和后级旋转电场组成，其工作原理与普通除尘器相同。旋转区的阳极部分设有旋转板和旋转刷，通过旋转阳极连接，当粉尘达到防电晕上厚度时，设置在非集尘区的旋转除尘刷将全部粉尘去除，使防电晕不出现，不产生二次粉尘，从而提高电除尘效率，降低排放浓度。本实用新型的优点是永久性阳极板清洁，避免电晕现象，有效地解决了粉尘比电阻难以收集的问题，减少了二次粉尘，降低了煤灰对电性能的敏感性，降低效率的电除尘器可小型化，占地面积小，特别适用于旧机组电除尘器的改造。存在两个缺点：设备转动部分利用率低，安装要求高。由于单台电除尘器的粉尘排放标准过高，难以满足要求。解决办法是增加湿式除尘器。湿式电除尘器的工作原理与干式电除尘器基本相同，即烟气中的粉尘颗粒吸收负离子和电荷，在电场力的作用下吸附在粉尘柱上。与干式静电除尘器通过振动将粉尘颗粒冲入灰斗不同，湿式静电除尘器通过振动将水喷入灰斗，然后随水排出。喷入烟道的水雾，不仅能捕获微烟，还能降低电阻，有利于将烟移至极板，湿式电除尘器效率高达70%，并能长期稳定有效地去除石膏、雨水、汞、多种重金属及多环芳烃等污染物颗粒。采用干式旋转电极除尘器脱硫，湿式除尘器脱硫，烟气系统采用热回收装置，可提高除尘效率。

2.3 电袋复合式除尘技术

混合袋式除尘器的射流清灰器，以压缩空气为清灰源，由脉冲阀、气囊和喷管组成。每排过滤袋喷管均设有较大的喷孔，每个喷孔与过滤袋底对齐，并连接一端的气动喷管，压缩空气气袋，气囊安装在阀门脉冲淹没阀上。电磁阀的作用是将脉冲阀的膜片压得很短，压缩空气袋通过阀的瞬时脉冲通过喷孔喷向滤袋内的火焰，使得当滤袋外壁扩展到指定位置时，滤袋外膨胀迅速，过大的应力使振动效果增强，达到最大的反加速近似。但是滤袋表面附着的尘层不受张力的影响，并且由于惯性力的作用而使其脱落，从而实现了滤袋除尘。

将电除尘器和袋式除尘器有机地结合起来，以电除尘器的第一个电场为一级除尘单元，去除烟气中80%~90%的粉尘颗粒，再以布袋为二级除尘单元，去除剩余颗粒。利用电除尘器捕集量大、运行阻力小的优点，降低了二级机组的负荷，减小了气流阻力，延长了脉冲阀和滤袋的使用寿命，克服了袋式除尘器固有的缺点，实现了“高效除尘”的目标。其分级除尘效率高达99.9%以上，出尘量小于30mg/m3，并能长期稳定高效地运行[5]。