75t/h鍋爐煙氣脫硫除塵器設(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。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，在最前面增加噴淋段，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，F(xiàn)對(duì)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(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。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，最后由排氣管排出。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)除塵器作為第一級(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)過程中遇到障礙物（水滴），氣流會(huì)改變方向，繞過水滴運(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(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、脫硫過程
脫硫過程分為兩個(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)噴嘴高速噴出后與煙氣充分接觸發(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(jìn)了流體動(dòng)力學(xué)因素，提高了設(shè)備的通過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、除霧過程
由于經(jīng)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(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)械帶水量降到最低，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。
旋流板塔是鵬鶴環(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)旋流板塔來講最佳液氣比為1.5，噴淋段的最佳液氣比為0.3。
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)，得出在液氣比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
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
最終除塵效率 98.3% 排放濃度＜250mg/m3
最終脫硫效率 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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