燃煤鍋爐煙氣脫硫除塵技術

程文斯

（西格里石墨技術（上海）有限公司，上海 201401）

二氧化硫和煙塵是造成酸雨和大氣污染的主要物質，二氧化硫是一種無色透明氣體，有刺激性臭味，在大氣中，二氧化硫被氧化為硫酸霧或硫酸鹽氣溶膠，是環境酸化的先導物質，當二氧化硫超標嚴重時，會對大氣結構造成破壞，引起環境變化。不僅是這樣，人們在生活和生產過程中都會產生一些有害塵埃和二氧化硫氣體，一旦這些成分在空氣中的比例過大，不僅會危害人體健康，而且會給人們的生產、工業生產、建筑等帶來嚴重危害。鍋爐是國內主要的工業生產設備之一，它是一種能量轉換裝置，某些能源物質進入鍋爐后，通過特殊的方式轉化為一定的能量，以適應工業發展的需要。進入鍋爐的能量以燃料中的化學能、電能、高溫煙氣的熱能等形式輸入，經鍋爐轉化后，輸出一定熱能的蒸汽、高溫水或有機熱載體。雖然鍋爐在一定程度上可以提高工業發展的經濟效益和社會效益，但在使用過程中也會釋放出一些有害物質，對環境造成一定的破壞，嚴重時會對人類健康造成危害。

1 鍋爐煙氣脫硫常用技術

1.1 濕式雙旋脫硫除塵技術

利用水噴淋膜式水幕除塵，實現了濕法雙旋脫硫。

通風機防腐裝置加熱煙氣，提高排氣溫度，減少風機腐蝕。進氣渦流板通過真空吸塵器的內管將煙氣輸送到真空吸塵器的頂部。內筒頂部裝有噴水除塵器，噴水方向與排煙方向一致。SO2在廢氣中以堿性吸收。在離心作用下，粉塵隨水拋向內壁形成一層水膜，起到除塵作用。風管從水幕吹至內筒下端，經旋風板進入外筒脫水，最后進入引風機防腐裝置，升溫后進入[1]。該設備主要用于35t/h及以下小型鍋爐。本技術在生產過程中，由于煙氣帶水問題未得到解決，導致本技術底部和引風機葉片易積灰，清理工作需要約3個月。該裝置除塵的效率提升達到95%，脫硫效率提升達到70%左右。

1.2 干式吸附過濾技術

干法煙氣脫硫脫硝工藝中常用顆粒、粉末或吸附劑來去除鍋爐廢氣中的硫、硝酸鹽和硫化物。采用脫硫、脫硝工藝，最終不產生廢硫、廢氣。火力發電廠鍋爐在脫硫、脫硝過程中，沒有發生設備腐蝕，造成大氣、環境二次污染。通常將干法煙氣脫硫脫硝工藝分為兩類。第一種方法是干電荷注入。以吸收劑為原料，可縮短反應時間，實現脫硫脫硝。接下來是等離子體法。高能電子主要用于有效分解硫酸銨、硝酸銨等肥料，減少環境污染。干法煙氣脫硫脫硝技術雖然可行，但脫硝成本較高[2]。

吸附劑主要有CuO-SiO2、CuO-Al2O3等，CuO吸附法脫硝過程可分為兩步反應：首先在吸附器中進行，然后在溫度為300~450℃時進行化學反應。因為 CuO和CuSO4對NH3具有強烈的催化活性，吸附劑與SO2反應生成CuSO4，然后與 SCR反應脫硝。接著在再生器中進行反應：用H2或Cu2S將CuSO4的吸附劑還原為CuSO4，克勞斯設備回收 CuO制酸，還原后的銅或Cu2S通過煙氣或空氣氧氣在吸附劑處理機上轉化為 CuO，然后用于吸收還原過程中產生的CuO。該技術對SO2、氮氧化物的去除率分別達到90%和75%~80%。結果表明，溫度與反應效果成正比，反應時應提高反應環境溫度。最終與二氧化硫反應生成硫酸銅，將其還原為氮氣和氨氣，避免了SO2和NO2排放對大氣的污染。

去除煙氣中的煙塵，采用固定吸附材料，可循環使用，可清洗再生。設備一般包括預除塵復合塔和吸收塔。本實用新型的脫硫和除塵效率高達80%~95%，脫硫效率高，煙氣溫度低，無二次污染，可重復使用。次級產品循環利用，但吸附塔入口處的煙氣含塵必須小于150m3，否則極易發生吸附劑中毒。吸附劑需要不斷更新，這是一項麻煩而龐大的投資。等離子體煙氣脫硫除塵裝置是近年來發展起來的一種新型技術設備，它通過電子束照射煙氣中的N2，使煙氣中的N2產生許多自由基反應活性，例如，這些自由基與煙氣中的二氧化硫發生反應生成硫酸，即用氨中和生成硫酸銨。本方法不含設備和測量污染現象，不產生污水和廢物，也可作為肥料的副產物使用，無二次污染，設備簡單，適應范圍較廣。本發明采用電子加速器來產生高能電子。大體上，大型企業都需要大功率的電子槍，這對人體健康有害，因此也需要輻射防護，所以對操作與維護的要求很高。

1.3 干濕結合式鍋爐煙氣脫硫除塵技術

脫硫除塵裝置的主要設備為立式塔，塔的結構是干濕結合的。旋風段在塔的下面，吸收段在中間，脫水段在上面。首先，它進入下一層的旋風除塵器除去較大的顆粒，然后進入吸收部分。煙氣通過篩板與吸收器完全接觸后，發生傳質吸收，去除SO2和間隙粉塵。煙氣中的水經過除塵、脫硫、脫水、除霧等處理后通過出口排入煙囪。該機的主要特點是液氣比小，塔內持液量大，氣液接觸充分，除塵效率95%以上，脫硫效率70%以上，特別適用于6t/h以下的小型燃煤鍋爐，但總體成本較高。

2 燃煤鍋爐煙氣脫硫除塵技術

2.1 布袋除塵法

袋式除塵器屬于凈化設備，它使用多孔過濾介質來分離收集到的空氣中的微粒。濾塵過程中產生的粉塵具有一定的散失作用。即使濾料孔直徑遠大于微塵顆粒孔直徑，也能有效去除。即在顆粒粉塵的捕集效果上，袋式除塵器具有較好的性能，特別是0.1~1m高度的煙塵補灰效果更好，一般能達到99.99%的除塵效果。它的主要部件是濾袋，由過濾材料制成。當過濾過程進行時，一些較大的粉塵顆粒會堵塞過濾材料的表面，形成一層小顆粒（含氧灰團開始流動），并在濾袋表面產生小孔，阻止更多小顆粒進入濾袋。

2.2 電除塵技術

當前，國內火電廠燃煤機組的煙氣排放溫度一般在125~130℃，褐煤燃燒時為140℃，機組實際煙氣排放溫度一般在20~50℃，遠遠高于煙氣露點溫度。高溫會導致鍋爐效率降低，電除塵效率降低，脫硫耗水增加。解決這一問題的有效方法是采用低溫省煤器和低溫電除塵技術[4]。其原理為：煙氣熱回收裝置分為兩級，第一級設在除塵器入口，煙氣溫度從123℃降至105℃；吸收塔入口設第二級，煙溫由110℃降至96℃左右。它是將主凝結水-煙氣通過熱交換器進行熱交換，由主凝結水-煙氣從低加出口一路引流，經壓力處理后通過二級、一級煙氣回收裝置返回低加入口。通過擠出回熱抽汽，降低了汽機的熱耗和煙氣溫度，減少了進入除塵器的煙氣量，減小了粉塵比，實現了余熱利用和除塵效率的雙重目的。

其優點是能提高電收塵效率，降低煙氣溫度，降低煤耗，降低電力消耗，具有配置靈活，位置不受限制等特點。另外一個電除塵技術的發展方向是利用旋轉電極。它由前級常規電場和后級旋轉電場組成，其工作原理與普通除塵器相同。旋轉區的陽極部分設有旋轉板和旋轉刷，通過旋轉陽極連接，當粉塵達到防電暈上厚度時，設置在非集塵區的旋轉除塵刷將全部粉塵去除，使防電暈不出現，不產生二次粉塵，從而提高電除塵效率，降低排放濃度。本實用新型的優點是永久性陽極板清潔，避免電暈現象，有效地解決了粉塵比電阻難以收集的問題，減少了二次粉塵，降低了煤灰對電性能的敏感性，降低效率的電除塵器可小型化，占地面積小，特別適用于舊機組電除塵器的改造。存在兩個缺點：設備轉動部分利用率低，安裝要求高。由于單臺電除塵器的粉塵排放標準過高，難以滿足要求。解決辦法是增加濕式除塵器。濕式電除塵器的工作原理與干式電除塵器基本相同，即煙氣中的粉塵顆粒吸收負離子和電荷，在電場力的作用下吸附在粉塵柱上。與干式靜電除塵器通過振動將粉塵顆粒沖入灰斗不同，濕式靜電除塵器通過振動將水噴入灰斗，然后隨水排出。噴入煙道的水霧，不僅能捕獲微煙，還能降低電阻，有利于將煙移至極板，濕式電除塵器效率高達70%，并能長期穩定有效地去除石膏、雨水、汞、多種重金屬及多環芳烴等污染物顆粒。采用干式旋轉電極除塵器脫硫，濕式除塵器脫硫，煙氣系統采用熱回收裝置，可提高除塵效率。

2.3 電袋復合式除塵技術

混合袋式除塵器的射流清灰器，以壓縮空氣為清灰源，由脈沖閥、氣囊和噴管組成。每排過濾袋噴管均設有較大的噴孔，每個噴孔與過濾袋底對齊，并連接一端的氣動噴管，壓縮空氣氣袋，氣囊安裝在閥門脈沖淹沒閥上。電磁閥的作用是將脈沖閥的膜片壓得很短，壓縮空氣袋通過閥的瞬時脈沖通過噴孔噴向濾袋內的火焰，使得當濾袋外壁擴展到指定位置時，濾袋外膨脹迅速，過大的應力使振動效果增強，達到最大的反加速近似。但是濾袋表面附著的塵層不受張力的影響，并且由于慣性力的作用而使其脫落，從而實現了濾袋除塵。

將電除塵器和袋式除塵器有機地結合起來，以電除塵器的第一個電場為一級除塵單元，去除煙氣中80%~90%的粉塵顆粒，再以布袋為二級除塵單元，去除剩余顆粒。利用電除塵器捕集量大、運行阻力小的優點，降低了二級機組的負荷，減小了氣流阻力，延長了脈沖閥和濾袋的使用壽命，克服了袋式除塵器固有的缺點，實現了“高效除塵”的目標。其分級除塵效率高達99.9%以上，出塵量小于30mg/m3，并能長期穩定高效地運行[5]。

3 結束語

隨著我國工業化的快速發展，作為常用的原料燃燒設備，在生產運行過程中會產生粉塵、硫化物等污染物，對車間生態環境造成嚴重破壞。應按照可持續發展的要求，控制鍋爐燃燒產物，采用先進的除塵、脫硫技術，以減少對鍋爐地面的污染。只要引進高科技輔助設備，就能確保產品質量，創造理想的經濟效益。