鍋爐煙氣除塵脫硫技術的應用策略

徐堯，黃璞，王沖

中鋼集團天澄環?？萍脊煞萦邢薰?，湖北武漢，430205

0 引言

我國目前的燃燒鍋爐數量多、規模大，因此大氣環境污染也比較嚴重。經分析發現，導致大氣環境污染的主要鍋爐煙氣成分包括一些懸浮在大氣中的細小顆粒物以及硫化物（以SO2為主）。因此，在鍋爐煙氣排放之前，相關單位和技術人員需通過合理的技術措施來進行除塵脫硫處理，其中的顆粒物和硫化物達標之后才可以排放。通過這樣的方式，使鍋爐煙氣對大氣環境的污染得以有效控制。

1 鍋爐煙氣除塵脫硫技術概述

1.1 應用意義

在當今，大氣環境污染問題已經尤為嚴重，PM2.5等大量可吸入顆粒物以及硫化物含量的增加導致大氣環境問題愈發惡化。這樣的情況如果得不到有效控制，不僅會影響到大氣環境質量的保持，同時也會對人體健康造成嚴重威脅。而在眾多的大氣環境污染源中，鍋爐煙氣排放是最主要的一種。因此，應加強鍋爐煙氣除塵脫硫技術的研究，并使其在相關企業中得以良好應用，使鍋爐煙氣中的固體顆粒物含量以及硫化物含量得到良好控制，從而有效降低此類物質在大氣環境中的排放量。這對于環境質量提升、人體健康質量提升以及社會經濟與環境之間的協調可持續發展都具有非常深遠的意義。

1.2 發展趨勢

就目前來看，應用在鍋爐煙氣除塵處理中的主要技術有三種：靜電除塵技術、水幕除塵技術及布袋除塵技術；脫硫處理中的主要技術也有三種：干法煙氣脫硫技術、半干法煙氣脫硫技術及濕法煙氣脫硫技術。雖然不同脫硫技術具有不同的工作原理，但是其應用思路卻基本相同，都是對反應塔內的煙氣進行洗滌，從而將其中的二氧化硫去除。這些除塵脫硫技術不僅有利于副產物的回收，同時也具有較好的經濟性，且不會造成二次污染。憑借著這些優勢，上述除塵脫硫技術在我國的燃燒鍋爐煙氣處理中已經得到了廣泛應用。近年來，以上述除塵脫硫技術為基礎的很多儀器設備也開始出現，并應用到了具體的除塵脫硫處理工藝中。比如，干式噴霧脫硫器在除塵脫硫系統運行正常的中小型燃燒鍋爐中十分適用；一體化除塵脫硫凈化設備可有效替代中小型燃燒鍋爐中應用效果不理想的除塵脫硫系統，且在新型的中小燃燒鍋爐除塵脫硫中十分適用[1]。

2 鍋爐煙氣主要除塵技術的應用

2.1 靜電除塵技術

鍋爐煙灰在運動過程中會產生摩擦，從而產生靜電，其比電阻通常在1×104~5×104Ω之間。因此，通過靜電除塵技術的應用，便可達到有效的煙氣除塵效果。在此項技術的應用中，其主要的工作原理是將高壓直流電施加到靜電除塵器兩極上，在鍋爐煙氣從此流過時，其中的負電荷便會在靜電除塵器兩極電場力作用下移動向正極板，從而吸附到電極板上被除去。靜電除塵工序主要有五個步驟：①通過高壓電場使鍋爐煙氣電離，從而讓其中形成大量的負電離子； ②通過靜電除塵器對鍋爐煙塵中的負電離子進行獲取；③通過靜電除塵器將大量的粉塵吸附在一起，從而形成帶有靜電的大顆粒粉塵；④讓大顆粒粉塵運動到正極板，并吸附其上；⑤將正極板上吸附的灰塵清除[2]。而在具體應用中，靜電除塵比電阻需要較靜電比電阻低，這樣才可以讓靜電除塵器中的極板和煙灰之間形成一定的電勢差，使煙灰顆粒在電場力作用下朝著極板運動，從而達到良好的鍋爐煙氣除塵效果。

2.2 水幕除塵技術

水幕除塵技術主要是通過堿性液體來進行鍋爐煙氣除塵處理，同時也具有一定的脫硫作用。通過防堵噴淋裝置進行堿性液體的噴灑，從而將煙氣中的固體顆粒物和二氧化硫除去，達到良好的除塵和脫硫效果。圖1是水幕除塵技術的工藝流程示意圖。

在煙氣從燃燒鍋爐排出時，其溫度通常在155～200℃之間，其中的固體顆粒物以及二氧化硫等隨著煙氣進入到水幕除塵工藝裝置中，便會隨著噴霧運動。因煙氣的溫度比較高，所以在和噴霧混合之后就會呈現出潮濕的狀態，其中的熱量也會被噴霧吸收，剩余熱量將會在水霧烘干過程中通過引風機進入到煙囪，然后排出。煙氣在被水霧吸收之后會通過預熱器的出口進入到霧化室內，和堿水發生反應，在從文丘管通過時，煙氣會由于流速過高而產生紊亂，其中直徑超過10μm的固體顆粒物會在水的重力作用下墜落到水面，從而達到良好的除塵凈化效果。而沒有被完全吸收的煙氣以及固體顆粒物則會隨著旋流板進入到塔內，和其中的液體接觸，從而被完全吸收。

2.3 布袋除塵技術

布袋除塵技術也是目前鍋爐煙氣除塵中的一種典型技術形式，其主要的除塵設備是箱式布袋除塵器。在此類除塵器的應用中，其布袋材料與數量可按照粉塵實際大小來進行合理選擇，將布袋整體設計為圓型，濾袋選用φ130型，袋籠的垂直度根據國標設置。通過文丘里或彈簧使濾袋上端縮進，以此來防止其內部積灰。加工謹防阻流板設置在布袋除塵器中，可將煙灰直接吹入各個袋室，并將較大直徑的粉塵顆粒物直接分離至灰斗中，將較小直徑的粉塵顆粒物引入到中部箱體內，使其被濾袋吸附[3]。煙氣在被過濾之后會進入到另一個箱體內，通過排風管道排出。在此項技術的具體應用中，伴隨著濾袋應用率的不斷疊加，附著在濾袋上的粉塵顆粒也會逐漸變厚，這樣就形成了一定的積塵阻力值，在這個阻力值達到了設計極限時，系統中的清灰裝置便會將清灰閥開啟，從而及時將濾袋上附著的積灰清除，再通過卸灰閥將其排出。

3 鍋爐煙氣主要脫硫技術的應用

3.1 干法煙氣脫硫技術

在鍋爐煙氣脫硫處理中，干法煙氣脫硫技術是一種典型的技術形式，其傳統工藝是將石灰石細粉噴入到爐膛內，使其在高溫煅燒作用下分解為CaO，從而將煙氣內含有的SO2吸收，并與其反應生成硫酸鈣，同時實現二氧化硫到硫酸或硫酸銨的轉化，再用除塵器將其收集起來，或者是通過煙囪將其連同飛灰一并排出。此項技術在應用中不會有廢水和廢酸排出，對環境友好，但是其技術也存在一定程度的不足，首先是其脫硫效率比較低，其次是產生的副產物不具有商業化價值，再次是應用的設備體積比較龐大。

而隨著科學技術的發展，基于電子束輻射的干法脫硫技術開始在鍋爐煙氣脫硫處理中投入使用，該技術不僅可以將鍋爐煙氣中含有的二氧化硫以及氮氧化物脫去，且其副產物可在農業生產中作為肥料使用。經研究分析發現，通過該技術進行鍋爐煙氣脫硫之后所獲得的副產物和市場上的氮肥質量相同，對植物生長發育十分有利[4]。由此可見，通過電子束輻射技術的應用，可讓氮硫資源得以綜合利用，并使其達到良好的生態循環效果。

在通過該技術進行鍋爐煙氣脫硫的過程中，其主要工藝包括降溫加濕、加氨、電子束輻射以及副產物收集等，煙氣在除塵凈化之后會進入到冷卻塔中，在其溫度達到70℃左右時便可進行脫硫脫硝處理。在煙氣被電子束輻射之后，便會有活性基團產生，從而將其中的二氧化硫以及氮氧化物氧化，使其形成硫酸和硝酸等的中間物。借助于自由基的作用，硫酸和硝酸會和與之共存的氨產生中和反應，從而生成硫酸銨與硝酸銨的粉末狀顆粒物混合體，從煙氣中脫離出來。另外，在此項技術的應用中，也可以將氨、鎂基、鈉基用作吸收劑，借助于副成品集塵器，可對反應形成的硫酸銨以及硝酸銨混合粉末顆粒物分離和捕集，凈化之后的煙氣可在升壓處理之后直接排放出去。

3.2 半干法煙氣脫硫技術

在半干法煙氣脫硫技術中，噴霧干燥技術是最為典型的一種，此項技術具有無廢水排放、腐蝕性低、能耗低、投資低等的諸多優點，在鍋爐煙氣脫硫處理中很適用。具體應用中，需要將反應塔中的液態Co(OH)2噴霧吸收劑漿液里加入液態脫硫劑，借助于煙氣中的熱量將漿液水分蒸發。干燥中，脫硫劑將會和煙氣中含有的二氧化硫之間產生反應，形成的產物為干粉狀。當相對濕度在40%～50%的情況下時，消石灰將會具有更強的活性，可對二氧化硫進行有效吸收[5]。

相比較干法煙氣脫硫而言，半干法技術應用中的全部循環吸收劑都需要在攪拌機內進行加濕處理，以此來實現其利用率的最大化提升。同時，此項技術的應用也可以讓復雜專用設備的應用盡可能地減少。因此，相比較干法煙氣脫落處理而言，此項技術在應用中的電能消耗會節約很多。

3.3 濕法煙氣脫硫技術

在對鍋爐煙氣進行脫硫處理的過程中，濕法煙氣脫硫技術也是一種有效的技術形式，該技術主要是通過液體吸收劑對鍋爐煙氣進行洗滌，從而將其中的硫化物去除。具體應用中，需要在鍋爐煙道末端進行脫硫系統設置。在通過此項技術進行脫硫處理之后，煙氣的溫度通常會比較低，因此需要對其進行加熱之后再將其排出。因為此項脫硫技術屬于氣液反應，其反應速度非常快，脫硫效率非常高，且添加劑也具有很高的使用效率，所以此項技術在當今的鍋爐煙氣脫硫處理中很受歡迎。

在濕法煙氣脫硫技術中，最為常用的一種技術形式是石灰/石灰石和石膏相結合的濕法脫硫，該技術的主要原理是將石灰或者是石灰石漿液作為脫硫劑，將其投入到吸收塔中，對含有二氧化硫的鍋爐煙氣進行噴淋洗滌，讓煙氣中含有的二氧化硫和漿液中含有的亞硫酸鈣發生反應，從而形成硫酸鈣，并將煙氣內含有的部分HF、HCl以及粉塵顆粒物去除。在鍋爐煙氣經過此項脫硫處理之后，需要從除霧器中通過，使其中含有的細小霧滴被去除，再通過熱交換器對其進行加熱升溫處理，然后便可直接排放出去[6]。該技術具有非常廣泛的適用范圍，吸收劑利用率和脫硫效率都非常高，且設備運轉具有良好的可靠性，加之其脫硫劑的來源豐富、價格低廉，因此該技術在當今的鍋爐煙氣脫硫處理中具有非常好的應用優勢。

表1 該公司鍋爐煙氣除塵脫硫技術應用之后的除塵脫硫處理監測數據

4 鍋爐煙氣除塵脫硫技術應用實例分析

某公司于2020年將石灰石濕法除塵脫硫裝置應用到了其循環流化床燃燒鍋爐煙氣處理中。在通過該設備進行除塵脫硫處理之前，該公司中的循環流化床燃燒鍋爐中應用的燃料質量不夠好，灰分含量較大，因此其鍋爐煙氣中的粉塵顆粒物含量也比較高，對周邊居民的正常生活造成了嚴重的影響；加之煙氣中的硫化物含量很高，對周邊大氣環境的危害程度也比較大。在引進了石灰石濕法除塵脫硫裝置之后，該公司在燃燒鍋爐中應用了固硫脫硫技術，先通過原有的多管旋風式除塵器進行干法除塵，然后再對石灰石濕法除塵脫硫裝置加以合理應用。通過這三種主要技術的結合，使得該公司中的循環流化床燃燒鍋爐煙氣中的粉塵顆粒物與硫化物都得到了有效處理，煙氣凈化效果良好。表1是該公司鍋爐煙氣除塵脫硫技術應用之后的除塵脫硫處理監測數據。

通過以上監測數據可知，在對除塵脫硫技術加以合理應用之后，該公司中的循環流化床鍋爐煙氣粉塵顆粒物以及二氧化硫都得到了良好凈化，凈化之后的煙氣質量優于我國的一級排放標準。由此可見，現代典型的除塵脫硫技術在鍋爐煙氣凈化處理中的應用優勢十分顯著。

5 結語

綜上所述，科學合理的除塵脫硫技術選用可有效確保鍋爐煙氣的除塵脫硫效果，同時也可以將其他的一些有毒有害物質除去，從而實現鍋爐煙氣的有效凈化，使其滿足安全排放標準，盡最大限度降低鍋爐煙氣排放對大氣環境的污染。因此，在燃燒鍋爐的應用過程中，相關企業和技術人員一定要根據實際情況與實際需求，對除塵脫硫技術加以合理應用，以此來達到滿意的鍋爐煙氣除塵脫硫效果。