鍋爐除塵脫硫設(shè)計(jì)與應(yīng)用

1、設(shè)計(jì)構(gòu)想

原水膜除塵器的功能主要是除塵，由于液體沿內(nèi)壁下流，而煙氣沿柱體中心上升，液氣接觸機(jī)率較小，因而氣液傳質(zhì)過(guò)程不佳，煙氣中的SO2難以擴(kuò)散到水中被脫除，所以不可能達(dá)到很高的脫硫率。我們的改造方案是將原有兩臺(tái)水膜除塵器其中一臺(tái)改為旋流板塔，而另一臺(tái)改為脫水塔，在*前面增加噴淋段，脫硫劑為氧化鋁生產(chǎn)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(nèi)安裝旋流板，以強(qiáng)化氣液傳質(zhì)，完成脫硫除塵，使煙氣達(dá)標(biāo)，煙氣經(jīng)脫水塔脫水后排放。

2、工藝流程

　　 煙氣經(jīng)噴淋段初步除塵、脫硫后，進(jìn)入旋流板塔進(jìn)一步完成脫硫除塵任務(wù)，在噴淋段內(nèi)，氣液順流接觸，旋流板塔內(nèi)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(tǒng)各流程。

3、煙氣系統(tǒng)

　　 改造后的除塵脫硫系統(tǒng)采用旋風(fēng)除塵器+噴淋段+旋流板塔脫硫除塵相結(jié)合設(shè)計(jì)而成。它保留了原有的水膜除塵對(duì)除塵脫硫的作用，同時(shí)增加了旋流板塔對(duì)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(jìn)入旋風(fēng)除塵器，除塵后（除塵效率80%左右）進(jìn)入噴淋段，噴淋段內(nèi)設(shè)有噴嘴，高壓脫硫劑經(jīng)噴嘴霧化成細(xì)小微滴，均云籠罩在整個(gè)空間，煙氣與液滴順流運(yùn)動(dòng)，在速度差的作用下產(chǎn)生紊流，塵粒與水滴相互碰撞，其中部分灰塵被洗滌、潤(rùn)濕、團(tuán)聚后與液體一同沉降到底部排入回水溝，在噴淋段內(nèi)煙氣經(jīng)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(lái)后，由下部切向進(jìn)入旋流板塔，形成一旋轉(zhuǎn)氣流向上運(yùn)行。這樣經(jīng)噴淋段潤(rùn)濕、凝聚而形成的灰水滴和灰粒由于離心作用甩向塔內(nèi)壁，粘附于內(nèi)表面的水膜上，隨水流下。由于煙氣切向流速在塔內(nèi)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(lái)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(nèi)，形成二次噴淋，延長(zhǎng)了煙氣與脫硫劑的接觸發(fā)生脫硫反應(yīng)的時(shí)間，提高除塵與脫硫率。現(xiàn)對(duì)除塵、脫硫、除霧作具體分析。

4、除塵過(guò)程

　　 改造后的除塵脫硫系統(tǒng)有三級(jí)除塵：旋風(fēng)除塵器、噴淋段和旋流板除塵。

　　 旋風(fēng)除塵器是使含塵氣體作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，借作用于塵粒上的離心力把塵粒從氣體中分離出來(lái)。含塵氣體由進(jìn)口切向進(jìn)入后，沿桶體內(nèi)壁由上向下作圓周運(yùn)動(dòng)。這股向下旋轉(zhuǎn)的氣流大部分到達(dá)錐體頂部附近時(shí)折轉(zhuǎn)向上，在中心區(qū)域旋轉(zhuǎn)上升，*后由排氣管排出。旋風(fēng)除塵器的特點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)便宜、壓力損失中等、動(dòng)力消耗不大，可以用各種材料制造，可直接回收干粉塵。旋風(fēng)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(gè)系統(tǒng)中，旋風(fēng)除塵器作為**級(jí)除塵設(shè)備，負(fù)擔(dān)大部分除塵負(fù)荷。

　　 噴淋段屬于低能耗的濕式除塵。霧化噴嘴在噴淋段內(nèi)形成一個(gè)霧化區(qū)域，含塵的煙氣高速流經(jīng)霧化區(qū)域時(shí)，在慣性碰撞和攔截作用下去除粉塵。含塵氣流在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中遇到障礙物（水滴），氣流會(huì)改變方向，繞過(guò)水滴運(yùn)動(dòng)，但塵粒因慣性力作用，將保持原有運(yùn)動(dòng)方向，脫硫氣流與水碰撞。該效應(yīng)稱(chēng)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(rùn)進(jìn)入水滴內(nèi)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(jī)理屬于濕式耗能除塵。含塵煙氣高速穿過(guò)旋流板上的水膜層，并且動(dòng)能煙氣繼續(xù)將水打碎成細(xì)小的液滴，實(shí)現(xiàn)含塵氣體與水的充分接觸。在此依靠慣性碰撞、攔截作用、擴(kuò)散效應(yīng)、熱泳和靜電作用實(shí)現(xiàn)高效率的粉塵捕集與去除。

5、脫硫過(guò)程

　　 脫硫過(guò)程分為兩個(gè)階段，即噴淋段脫硫和旋流板脫硫。在噴淋段內(nèi)，脫硫劑經(jīng)噴嘴高速?lài)姵龊笈c煙氣充分接觸發(fā)生傳質(zhì)反應(yīng)，由于煙氣與噴淋霧化后的脫硫劑流速不同，加劇了兩質(zhì)的表面接觸提高了脫硫效率，但由于噴淋段的內(nèi)經(jīng)相對(duì)較小煙氣通過(guò)時(shí)停留時(shí)間較短其脫硫效率是有限的（25%左右），其主要脫硫過(guò)程還是在旋流板塔內(nèi)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(guò)各塊塔板螺旋上升(沿葉片旋轉(zhuǎn)方向)，液體從盲板流到各葉片上形成薄液層，同時(shí)被氣流旋轉(zhuǎn)噴灑成液滴，受離心力到達(dá)塔壁形成沿壁旋轉(zhuǎn)的液環(huán)，通過(guò)降液裝置下流到下塊盲板上。由于液體是滴狀高速穿過(guò)氣流，故改進(jìn)了流體動(dòng)力學(xué)因素，提高了設(shè)備的通過(guò)能力和改善了相間的接觸狀況，同時(shí)又充分利用了氣液兩相間的熱力學(xué)因素，提高了設(shè)備的傳質(zhì)效率。達(dá)到脫硫目的。

6、除霧過(guò)程

　　 由于經(jīng)過(guò)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(huì)攜帶一些機(jī)械水滴，直接進(jìn)入引風(fēng)機(jī)容易導(dǎo)致引風(fēng)機(jī)機(jī)械震動(dòng)，必須對(duì)除塵脫硫后的煙氣進(jìn)行除濕。在設(shè)計(jì)中采用副塔除濕，煙氣由脫水塔頂部進(jìn)入，途經(jīng)安裝于脫水塔頂部的旋流除霧板如此系統(tǒng)能將煙氣中的機(jī)械帶水量降到*低，有效地防止引風(fēng)機(jī)帶水現(xiàn)象的發(fā)生，提高了運(yùn)行的可靠性。

7、水循環(huán)系統(tǒng)

　　 噴淋段、旋流板塔及脫水塔出水依次進(jìn)入回水溝經(jīng)提升泵進(jìn)入沉降槽，沉降后的濃液經(jīng)灰渣泵排入儲(chǔ)灰場(chǎng)，沉降槽上的清液與補(bǔ)充的部分儲(chǔ)灰場(chǎng)回水、補(bǔ)充廢堿液一同進(jìn)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(yàn)

　　 本工程的目的是研究一體化裝置利用廢堿液進(jìn)行脫硫的可靠性及可行性，以便使以廢治廢的思想得以實(shí)現(xiàn)，為我國(guó)氧化鋁工業(yè)生產(chǎn)中熱電廠的脫硫工作找早到一條經(jīng)濟(jì)可行的途徑。

　　 旋流板塔是藍(lán)天環(huán)保發(fā)明的一種高效通用型傳質(zhì)設(shè)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(huán)保行業(yè)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(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)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(dāng)液氣比增加到一定值時(shí)，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(shí)驗(yàn)證明對(duì)旋流板塔來(lái)講*佳液氣比為1.5，噴淋段的*佳液氣比為0.3。

　　 我們對(duì)不同pH值情況下不同液氣比的脫硫效率進(jìn)行了實(shí)測(cè)，其測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖2，從圖中可以看出，在液氣比L/G為1.5時(shí)，要使旋流板塔脫硫效率達(dá)到75%，以保證整個(gè)系統(tǒng)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(yè)應(yīng)用

　　 我們根據(jù)一體化試驗(yàn)結(jié)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(duì)3臺(tái)鍋爐實(shí)行了改造并進(jìn)行了工業(yè)應(yīng)用實(shí)測(cè)。

　　 ①鍋爐技術(shù)參數(shù)如下：

　　 鍋爐蒸發(fā)量：75t/h；

　　 煙氣量(單臺(tái)):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(jìn)口濃度：6240mg/m3；

　　 二氧化硫排放濃度：≤1200mg/m3。

　　 ②運(yùn)行實(shí)測(cè)參數(shù)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(shè)計(jì)運(yùn)行參數(shù)如表1。

　　 表1　設(shè)計(jì)運(yùn)行參數(shù)

　　 　 項(xiàng)目　　　　　　　　　　　參數(shù)　　　　　　　　　備注

　　 旋風(fēng)除塵器除塵負(fù)荷　　　　1200kg/h　　　　　　80%的除塵效率

　　 噴淋段運(yùn)行水量　　　　　　30m3/h　　　　　　　液氣比0.3L/m3

　　 脫硫主塔運(yùn)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(xiàng)目的實(shí)施，大量減少電廠SO2和粉塵的排放，消耗了公司生產(chǎn)氧化鋁過(guò)程中產(chǎn)生的堿性廢水，具有極大的環(huán)境效益；同時(shí)減少上繳的排污費(fèi)，也為電廠帶來(lái)顯著的經(jīng)濟(jì)效益。為了增加可比性，現(xiàn)計(jì)算以廢堿液做脫硫劑的運(yùn)行費(fèi)用及經(jīng)濟(jì)收益。每臺(tái)鍋爐年運(yùn)行6000h，SO2產(chǎn)生數(shù)據(jù)如下。

　　 單臺(tái)鍋爐耗煤量：13t/h；

　　 煤中含硫率：3%；

　　 單臺(tái)鍋爐SO2產(chǎn)生量：0.624t/h；

　　 脫硫效率：81%；

　　 脫硫后SO2排放量：0.119t/h；

　　 三臺(tái)鍋爐全年SO2產(chǎn)生量：11232t/a；

　　 脫硫后三臺(tái)鍋爐全年SO2產(chǎn)生量：2142t/a。

　　 脫硫設(shè)施運(yùn)行成本消耗主要為運(yùn)行電費(fèi)

10、結(jié)論

　　 鋁業(yè)公司熱電廠脫硫一體化改造裝置的運(yùn)行表明，該裝置作為燃煤煙氣同時(shí)脫硫、除塵的設(shè)備是有效的。其實(shí)現(xiàn)了除塵、脫硫一體化，設(shè)備改造投資小，操作運(yùn)行費(fèi)用低，運(yùn)行簡(jiǎn)單、穩(wěn)定，脫硫率達(dá)81%以上，除塵率98%以上，符合國(guó)家工程設(shè)計(jì)要求及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。該項(xiàng)目的實(shí)施，為氧化鋁行業(yè)利用廢堿液脫硫提供了可靠的依據(jù) 。

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