鍋爐除塵脫硫設計與應用

1、設計構想

原水膜除塵器的功能主要是除塵，由于液體沿內壁下流，而煙氣沿柱體中心上升，液氣接觸機率較小，因而氣液傳質過程不佳，煙氣中的SO2難以擴散到水中被脫除，所以不可能達到很高的脫硫率。我們的改造方案是將原有兩臺水膜除塵器其中一臺改為旋流板塔，而另一臺改為脫水塔，在*前面增加噴淋段，脫硫劑為氧化鋁生產后排放的廢堿液，利用噴淋段除去大顆粒的部分中顆粒的粉塵及部分SO2，在旋流板塔內安裝旋流板，以強化氣液傳質，完成脫硫除塵，使煙氣達標，煙氣經脫水塔脫水后排放。

2、工藝流程

　　 煙氣經噴淋段初步除塵、脫硫后，進入旋流板塔進一步完成脫硫除塵任務，在噴淋段內，氣液順流接觸，旋流板塔內氣液逆流接觸，從而在較低的壓降下將煙氣中大部分煙塵、SO2脫除。如圖1所示，下面分別介紹系統各流程。

3、煙氣系統

　　 改造后的除塵脫硫系統采用旋風除塵器+噴淋段+旋流板塔脫硫除塵相結合設計而成。它保留了原有的水膜除塵對除塵脫硫的作用，同時增加了旋流板塔對煙塵與二氧化硫較高的脫除效果。

　　 由鍋爐尾部煙道排出的煙氣首先進入旋風除塵器，除塵后（除塵效率80%左右）進入噴淋段，噴淋段內設有噴嘴，高壓脫硫劑經噴嘴霧化成細小微滴，均云籠罩在整個空間，煙氣與液滴順流運動，在速度差的作用下產生紊流，塵粒與水滴相互碰撞，其中部分灰塵被洗滌、潤濕、團聚后與液體一同沉降到底部排入回水溝，在噴淋段內煙氣經脫硫劑洗滌后脫去部分二氧化硫。

　　 初步凈化后的煙氣由噴淋段出來后，由下部切向進入旋流板塔，形成一旋轉氣流向上運行。這樣經噴淋段潤濕、凝聚而形成的灰水滴和灰粒由于離心作用甩向塔內壁，粘附于內表面的水膜上，隨水流下。由于煙氣切向流速在塔內的迅速衰減，煙氣以向上的速度均勻流向旋流板，一部分由旋流板下來的堿液在塔壁上形成水膜完成水膜除塵器所能完成的除塵功能，另一部分未能沿壁面下流的則分布于塔體內，形成二次噴淋，延長了煙氣與脫硫劑的接觸發生脫硫反應的時間，提高除塵與脫硫率。現對除塵、脫硫、除霧作具體分析。

4、除塵過程

　　 改造后的除塵脫硫系統有三級除塵：旋風除塵器、噴淋段和旋流板除塵。

　　 旋風除塵器是使含塵氣體作旋轉運動，借作用于塵粒上的離心力把塵粒從氣體中分離出來。含塵氣體由進口切向進入后，沿桶體內壁由上向下作圓周運動。這股向下旋轉的氣流大部分到達錐體頂部附近時折轉向上，在中心區域旋轉上升，*后由排氣管排出。旋風除塵器的特點是：結構簡單、造價便宜、壓力損失中等、動力消耗不大，可以用各種材料制造，可直接回收干粉塵。旋風除塵器在此處用于捕集5～15um以上的較大顆粒粉塵，除塵效率在80%左右。在整個系統中，旋風除塵器作為**級除塵設備，負擔大部分除塵負荷。

　　 噴淋段屬于低能耗的濕式除塵。霧化噴嘴在噴淋段內形成一個霧化區域，含塵的煙氣高速流經霧化區域時，在慣性碰撞和攔截作用下去除粉塵。含塵氣流在運動過程中遇到障礙物（水滴），氣流會改變方向，繞過水滴運動，但塵粒因慣性力作用，將保持原有運動方向，脫硫氣流與水碰撞。該效應稱之為慣性碰撞。攔截是塵粒在水滴上直接被阻截，塵粒被水濕潤進入水滴內部，或粘附在水滴表面，使塵粒與含塵氣流分離。

　　 旋流板塔除塵機理屬于濕式耗能除塵。含塵煙氣高速穿過旋流板上的水膜層，并且動能煙氣繼續將水打碎成細小的液滴，實現含塵氣體與水的充分接觸。在此依靠慣性碰撞、攔截作用、擴散效應、熱泳和靜電作用實現高效率的粉塵捕集與去除。

5、脫硫過程

　　 脫硫過程分為兩個階段，即噴淋段脫硫和旋流板脫硫。在噴淋段內，脫硫劑經噴嘴高速噴出后與煙氣充分接觸發生傳質反應，由于煙氣與噴淋霧化后的脫硫劑流速不同，加劇了兩質的表面接觸提高了脫硫效率，但由于噴淋段的內經相對較小煙氣通過時停留時間較短其脫硫效率是有限的（25%左右），其主要脫硫過程還是在旋流板塔內完成。

　　 主塔中安裝了旋流塔板，它是屬于噴射型塔板，具有多片傾斜葉片。氣流通過各塊塔板螺旋上升(沿葉片旋轉方向)，液體從盲板流到各葉片上形成薄液層，同時被氣流旋轉噴灑成液滴，受離心力到達塔壁形成沿壁旋轉的液環，通過降液裝置下流到下塊盲板上。由于液體是滴狀高速穿過氣流，故改進了流體動力學因素，提高了設備的通過能力和改善了相間的接觸狀況，同時又充分利用了氣液兩相間的熱力學因素，提高了設備的傳質效率。達到脫硫目的。

6、除霧過程

　　 由于經過噴淋段及旋流板后的一些水滴粒徑較小，完成除塵脫硫后的煙氣中不可避免地會攜帶一些機械水滴，直接進入引風機容易導致引風機機械震動，必須對除塵脫硫后的煙氣進行除濕。在設計中采用副塔除濕，煙氣由脫水塔頂部進入，途經安裝于脫水塔頂部的旋流除霧板如此系統能將煙氣中的機械帶水量降到*低，有效地防止引風機帶水現象的發生，提高了運行的可靠性。

7、水循環系統

　　 噴淋段、旋流板塔及脫水塔出水依次進入回水溝經提升泵進入沉降槽，沉降后的濃液經灰渣泵排入儲灰場，沉降槽上的清液與補充的部分儲灰場回水、補充廢堿液一同進入泵前池。利用廢堿液控制泵前池中的pH值。

8、一體化裝置廢堿液脫硫試驗

　　 本工程的目的是研究一體化裝置利用廢堿液進行脫硫的可靠性及可行性，以便使以廢治廢的思想得以實現，為我國氧化鋁工業生產中熱電廠的脫硫工作找早到一條經濟可行的途徑。

　　 旋流板塔是藍天環保發明的一種高效通用型傳質設備，已廣泛用作中小氮肥廠的半水煤氣脫硫（H2S）塔、飽和熱水塔，除塵、冷卻、冷凝塔等，也用于環保行業脫除煙氣和廢氣中的飛灰、NOx、SO2、H2S及鉛、汞蒸汽等，取得了很大的經濟效益和社會效益，脫硫除塵器的效果隨著液氣比L/G的增加而增大，但當液氣比增加到一定值時，其脫硫效果變得趨緩，而煙氣的阻力卻直線上升，因此講并不是液氣比L/G越大越好，大量實驗證明對旋流板塔來講*佳液氣比為1.5，噴淋段的*佳液氣比為0.3。

　　 我們對不同pH值情況下不同液氣比的脫硫效率進行了實測，其測試結果見圖2，從圖中可以看出，在液氣比L/G為1.5時，要使旋流板塔脫硫效率達到75%，以保證整個系統脫硫效率在80%以上，必須使脫硫劑的pH值控制在11以上。

9、噴淋—旋流板塔脫硫除塵一體化工業應用

　　 我們根據一體化試驗結論：噴淋段液氣比G/L取0.3旋流板塔液氣比G/L取1.5，脫硫劑為pH=11～12的廢堿液，對3臺鍋爐實行了改造并進行了工業應用實測。

　　 ①鍋爐技術參數如下：

　　 鍋爐蒸發量：75t/h；

　　 煙氣量(單臺):100000m3/h；

　　 煙氣排放溫度：150℃；

　　 燃料耗量：13t/h；

　　 燃料含硫率：3%；

　　 鍋爐出口煙塵濃度：15000mg/m3；

　　 煙塵排放濃度：≤250mg/m3；

　　 二氧化硫進口濃度：6240mg/m3；

　　 二氧化硫排放濃度：≤1200mg/m3。

　　 ②運行實測參數如下：

　　 初始粉塵濃度：24326mg/m3；

　　 排放粉塵濃度：347mg/m3；

　　 除塵效率：98.6%；

　　 初始二氧化硫濃度6240mg/m3；

　　 排放二氧化硫濃度：1152mg/m3；

　　 脫硫效率：81.5%。

　　 設計運行參數如表1。

　　 表1　設計運行參數

　　 　 項目　　　　　　　　　　　參數　　　　　　　　　備注

　　 旋風除塵器除塵負荷　　　　1200kg/h　　　　　　80%的除塵效率

　　 噴淋段運行水量　　　　　　30m3/h　　　　　　　液氣比0.3L/m3

　　 脫硫主塔運行水量　　　　　150m3/h　　　　 　　液氣比1.5L/m3

　　 *終除塵效率　　　　　　　98.3%　　　　　　　排放濃度＜250mg/m3

　　 *終脫硫效率　　　　　　　81%　　　　　　　　排放濃度＜1200mg/m3

　　 該項目的實施，大量減少電廠SO2和粉塵的排放，消耗了公司生產氧化鋁過程中產生的堿性廢水，具有極大的環境效益；同時減少上繳的排污費，也為電廠帶來顯著的經濟效益。為了增加可比性，現計算以廢堿液做脫硫劑的運行費用及經濟收益。每臺鍋爐年運行6000h，SO2產生數據如下。

　　 單臺鍋爐耗煤量：13t/h；

　　 煤中含硫率：3%；

　　 單臺鍋爐SO2產生量：0.624t/h；

　　 脫硫效率：81%；

　　 脫硫后SO2排放量：0.119t/h；

　　 三臺鍋爐全年SO2產生量：11232t/a；

　　 脫硫后三臺鍋爐全年SO2產生量：2142t/a。

　　 脫硫設施運行成本消耗主要為運行電費

10、結論

　　 鋁業公司熱電廠脫硫一體化改造裝置的運行表明，該裝置作為燃煤煙氣同時脫硫、除塵的設備是有效的。其實現了除塵、脫硫一體化，設備改造投資小，操作運行費用低，運行簡單、穩定，脫硫率達81%以上，除塵率98%以上，符合國家工程設計要求及相關標準。該項目的實施，為氧化鋁行業利用廢堿液脫硫提供了可靠的依據 。

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