双循环烟气脱硫除尘装置的工业应用_工程实践

摘要

摘要：介绍了双循环烟气脱硫除尘装置的工作机理，对5台14MW热水供热锅炉进行了烟气脱硫除尘改造。采用双循环烟气脱硫除尘装置，可实现除尘水及脱硫碱液的独立循环，灰渣中不合脱硫

摘要：介绍了双循环烟气脱硫除尘装置的工作机理，对5台14MW热水供热锅炉进行了烟气脱硫除尘改造。采用双循环烟气脱硫除尘装置，可实现除尘水及脱硫碱液的独立循环，灰渣中不合脱硫剂，不影响灰渣的再利用。可在原有锅炉房基础上实现烟气脱硫除尘改造，特别适用于面积紧凑的城区既有锅炉房。

关键词：双循环；烟气脱硫除尘装置；工业应用；烟尘；二氧化硫

2005年，全国排放的废气中主要污染物——二氧化硫的排放量为2549.3×10⁴t，其中工业排放量为2168.4×10⁴t；烟尘排放量为1182.5×10⁴t，其中工业排放量为948.9×10⁴t。随着我国环保减排力度的增加，二氧化硫排放量在2007年下半年出现拐点，排放量出现下降。我国是世界上工业锅炉数量和耗煤量较多的国家^[1]。工业锅炉的特点是热功率小，排放点分散^[2]，在我国北方地区多用于供热，因此供暖期内，SO₂成为大气中主要污染物，烟气脱硫是目前减少SO₂排放的主要手段。研究有效、高效、可靠的适用于工业锅炉的烟气脱硫除尘技术，对改善城市大气环境是至关重要的。为适应城区集中供热锅炉烟气脱硫改造，提出了双循环烟气脱硫除尘装置，是“工业锅炉烟气净化一体化装置”的重要组成部分，该装置获得天津市科学技术进步奖及两项专利^[3、4]，在配备有5台14MW的供热锅炉房进行了烟气脱硫改造的工业应用。

1 双循环烟气脱硫除尘机理

双循环烟气脱硫除尘装置工艺流程见图1。烟气进入静压箱后向下进入文丘里管与由喷头喷出的除尘水在喉口处剧烈混合，烟气中的烟尘被加湿粒化，流出文丘里管后烟尘及水雾冲向沉降池水面被捕集，除尘后的烟气转向向上流动进入除尘脱硫分隔管，进入脱硫塔。向上运动的烟气通过筛板时与由喷头喷出的碱液在筛板上形成流化床，烟气中的二氧化硫被碱液吸收，净化后的烟气经除雾器除掉水雾后排出，脱硫后的碱液通过排液口流回碱液循环箱，碱液循环泵将碱液通过碱液循环管送入脱硫塔内循环使用。沉降池内的除尘水沉降后，清液流入除尘水循环箱由除尘水循环泵送入脱硫塔内，进行除尘循环。沉降池内的灰渣由刮渣器刮出。

双循环烟气脱硫除尘装置具有以下特点：①除尘水、碱液分别独立循环，提高了碱液的利用率，脱硫除尘过程稳定，脱硫除尘效率高。在除尘水循环中，在沉降池中没有碱渣的沉积掺混，灰渣可再利用。在碱液循环中，由于烟尘在脱硫前已被除掉95%以上，因此碱液循环过程中生成物纯度高，为进一步回收利用提供了有利条件。②在碱液循环过程中允许存在过量的碱，系统缓冲容量大，脱硫效率提高，且不随SO₂负荷的变化而波动，由于碱液pH值稳定，避免了硫酸钙过饱和而引起的结垢及堵塞。③由于卤化物集中在除尘水循环中，因此使得脱硫塔材料的选择更为经济，从而降低造价。④脱硫循环中，采用筛板结构，使得烟气阻力低，脱硫效率提高，而脱硫塔上部的除雾器彻底除掉烟气中细小水滴，保证烟气不带水。

2 工业应用

进行烟气脱硫改造的供热锅炉房内有5台14MW的热水锅炉，为油田生活区提供生活和供暖热水。由于其建造时间较早，没有考虑烟气脱硫，每台锅炉只配有多管除尘器，锅炉房设备平面布置非常紧凑。引风机功率为90kW，满负荷运行时风门相对开度为70%左右，锅炉房辅机设备工况良好。随着环保要求和排放标准的提高，现有除尘设备不能满足限制烟尘、二氧化硫排放浓度的要求，因此必须进行烟气脱硫除尘改造。

根据现场条件，引风机与锅炉烟气出口位置之间空间有限，为满足当地环保标准——二氧化硫排放质量浓度＜900mg/m³、烟尘排放质量浓度＜200mg/m³，采用双循环烟气脱硫除尘系统设备布置情况见图2。

脱硫除尘装置安装在原除尘器的位置，底部基础兼做沉降池，在池底安装刮渣机，5台双循环烟气脱硫除尘装置基础连通，共用一台刮渣机，沉降的灰渣经刮渣机的框链集中运输到灰场。双循环脱硫除尘装置总阻力比原除尘器仅增加500Pa，因此可保留原引风机。增加一个除尘水循环池和一个碱液循环池，除尘水循环池与沉降池连通，除尘水循环泵将除尘水通过喷头送入文丘里管与烟气混合，在喉口处烟尘与液滴充分混合，烟尘被加湿粒化高速流出文丘里管后冲击液面，被液面捕集，灰渣沉降于池底被刮渣机清除，清液流回除尘水循环池循环使用。碱液循环泵将碱液送入脱硫塔，在筛板上与除尘后的烟气混合形成流化床，烟气中的二氧化硫被吸收，脱硫后的烟气经除雾器脱水后排出，脱硫后的碱液经排液口流回碱液循环池调整pH值后循环使用。设备外部碱液循环管道和除尘水循环管道均采用UPVC工程塑料管。

3 应用结果分析

改造后的双循环烟气脱硫除尘系统经过2009年至2010年供暖期的运行，进行了脱硫效率和除尘效率的测试，最高脱硫效率为89%，最低脱硫效率为70%，平均脱硫效率为80%，二氧化硫排放质量浓度小于400mg/m³，烟尘排放质量浓度小于100mg/m³，两项指标均优于当地排放标准。满负荷时设备总阻力为1400Pa，引风机工作正常。

在双循环烟气脱硫除尘装置运行过程中，由于除尘循环长期处于酸性环境运行，出现静压箱内除尘水管道腐蚀泄漏造成静压箱内积灰，发生灰堵，后经更换316L不锈钢管道，并将脱硫循环的生成物和过量碱液引入除尘循环中，维持除尘循环的pH值为5～6。此后运行中没有发生腐蚀和灰堵现象，并且脱硫效率有一定提高。

对于环保排放标准较高的地区可采用双层筛板，脱硫效率可达90%以上。运行过程中适量在沉降池中加入石灰维持除尘水的pH值接近中性，既能防止除渣设备的腐蚀，又可以提高脱硫效率。脱硫循环液气比大于3，并维持碱液的pH值大于7，可保证脱硫设备不结垢，运行可靠，脱硫效率稳定。

参考文献：

[1] 赵钦新，王善武.我国工业锅炉未来发展分析[J].工业锅炉，2007，(1)：1-10.

[2] 张慧明，王娟.应用烟气脱硫技术控制燃煤工业锅炉SO₂污染[J].电力环境保护，2006，(1)：13-16.

[3] 彭铁成.双循环烟气脱硫除尘装置[P].中国专利：ZL 2007 1 0151053.3.2010-06-09.

[4] 彭铁成.双循环麻石塔烟气脱硫除尘装置[P].中国专利：ZL 2003 1 0106960.8.2006-02-22.

(本文作者：彭铁成天津理工大学动力系天津 300384)