中小容量鍋爐濕法煙氣凈化裝置及系統優化
0.前言
《火電廠大氣污染物排放標準》、《中華人民共和國大氣污染防治法》等標準和法規相繼實施，給鍋爐煙氣排放提出新的環境整治目標。同時，它也給大量投運的除塵設備提出升級換代的要求。
本文通過對濕法煙氣凈化裝置及系統的優化討論，以期在提高煙氣排放控制指標、完善煙氣凈化設備系統等方面有所裨益。
1.濕法煙氣凈化裝置現狀
水膜除塵器具有除塵、洗滌氣體污染物的功效。六、七十年代，水膜除塵器發揮了足有成效的除塵功能；八十年代，酸雨化現象加劇，要求設備具有脫硫功能；九十年代，按照標準要求，必須向濕法除塵效率的極值挑戰。
1.1水膜除塵器
七十年代初，曾對國內鍋爐水膜除塵器進行綜合調研〔1〕，發現洗滌柵式水膜除塵器水膜不穩，易粘灰、堵灰，直接威脅機組正常運行。拆除部分柵棒，卻又導致除塵效率的惡化。生產與環境的矛盾，推動煙氣除塵技術的發展。各種濕法、干法除塵器問世，緩解了兩者矛盾。幾種典型的水膜除塵器結構與特性列于表1。
表1 幾種典型的水膜除塵器結構與特性
|
1.1.1 除塵器型式對煙速的敏感性
文丘里式除塵器對煙速變化特別敏感。固定截面積的文丘里管喉口速度對除塵效率影響明顯，當機組負荷100%降到75%時，該速度降低約25%，效率也由96.5%下降四個百分點。負荷越低，效率下降幅度越大。實際使用中，除塵效率差次不齊,一般在92-96%；另外，系統漏風或機組運行工況不佳，造成相當大的煙氣壓降。國外市場上可調喉口截面的文丘里管結構，通過調節裝置，維持最佳的壓降范圍。圖1為AirPol可調節型文丘里管裝置。
斜棒式是洗滌柵除塵器的發展。它的斜棒以40~45○垂直傾斜布置在除塵器進口煙道內。當煙速不大于10m/s時，斜棒柵上可建立穩定的水膜層。機組負荷變化對除塵性能的影響較小，煙氣壓降小。
泡沫式對機組負荷的適應性好，篩板上維持一定的小孔流速，對煙氣起到均流作用，又強化了氣、液、固體的質量交換。
1.1.2 除塵器的氣密性
除塵器的氣密性差，是個普遍性的問題，客觀上反映管理水平。如水平文丘里除塵器一例，檢修前測得漏風率11%，設備完好后漏風率3%。
1.1.3 除塵器筒體結構
煙氣量容積強度對凈化性能指標影響較大。為此，國內對筒體干、濕段高度，煙氣進、出口結構，水膜建立方式進行了大量實踐。然而，空塔結構簡單，空氣動力場工況不佳，且普遍存在煙氣帶水。
1.1.4單位水耗
它是衡量設備運行經濟性的指標之一。用高壓霧化器取代低壓霧化器，消除供水系統管道布置產生的水力偏差影響，提高除塵效率幾個百分點，單位水耗一般在0.25%~0.37%間。
“開式”灰水系統水耗大，且造成二次污染。近年投運的機組雖配備“閉式”灰水回用系統，但由于多種原因棄而不用。這方面仍須加大整治力度。
在環境治理的可行性研究中，應對水污染與大氣污染問題作全面綜合考慮。
 |
圖1 AirPol可調節型文丘里管裝置
1.2 簡易濕法煙氣脫硫裝置
用水洗滌的除塵器具較弱 的脫硫功能。實踐表明：煙氣SO2濃度低，灰水中SO2溶解微量，其溶解度與灰水溫度、PH值有關，一般可脫硫~20%左右。泡沫式除塵器使用河水洗滌時，獲得30%以上的脫硫效率。
在煙氣SO2排放總量控制要求下，對濕法煙氣凈化器進行試驗研究〔2〕，也引進了一些簡易濕法FGD裝置〔3〕。表2為國內一些簡易濕法煙氣脫硫裝置的使用情況。
表2 國內簡易濕法煙氣脫硫裝置
|
1.2.1 簡易濕法FGD工藝
市場推出的簡易濕法脫硫系統大致有以下幾種：
• 強化氣、液質量交換方式，如噴泡型FGD，煙囪組合液柱塔FGD，氣液乳化脫硫塔。
• 常規濕法脫硫系統簡化方式，如旁路1/3煙氣量摻合尾部煙氣，省去煙氣預熱器。
• 文丘里管內噴注+捕滴器回用堿性溶液方式，如噴石灰漿、燒堿廢液等。
AirPol公司推出的可調節文丘里管+吸收塔也屬此類，采用Ca(OH)2時，脫硫效率>75%。
從表2可見，上述各種FGD工藝的脫硫效率均可達70%─80%的水平。
1.2.2 液氣比
液氣比對FGD性能影響明顯，它反映著有限空間內氣、液兩相碰撞的程度和化學反應的有效性。如文丘里管液氣比(按Ca/S為0.47-O.53的洗滌劑)由0.2L/Nm3增加至0.27 L/Nm3，文丘里管脫硫率達37-42%，捕滴器液氣比1.23 L/Nm3時，可達63%-70%。當噴注廢堿液(NaOH)從0增至5t/h，塔內依舊噴淋廢堿液+灰水時，液氣比由0.35 L/Nm3提高到0.51 L/Nm3，脫硫效率由56.9%上升到72.1%。
2. 濕法煙氣凈化技術
重新審視煙氣凈化裝置的設計思想，完善煙氣凈化工藝，降低能耗、水耗，充分利用廢堿液及廉價的吸收劑資源，尋找煙氣凈化技術指標與經濟的平衡點，實現監控操作管理，這對于簡易濕法煙氣凈化技術的推廣應用十分必要。
2.1 任務與要求
煙氣污染物排放標準與法規，對煙氣凈化裝置性能指標有著明確的規定性：
•挑戰濕法煙塵凈化極限，相應新建或改造的煤粉鍋爐除塵率必須提高到98%以上，對高灰分燃料，除塵率要求99%以上。
•根據煙氣S02 排放總量控制的原則，要求S02 達標排放。
•要求改變落后的手操管理模式為監控管理。
2.2 除塵脫硫一體化
實踐證明：簡易濕法煙氣凈化器有著很大的發展潛力。
2.2.1 工作特點
文丘里管，煙氣速度高。氣流穿越噴霧水膜層，受水膜攔截、進行降溫除塵脫硫的過程。通過切向管或蝸殼引入捕滴器，甩出灰粒，實現二次除塵脫硫。
斜棒柵式，則利用內置煙道的斜棒柵管 將煙氣分割成多束片狀氣流，實現除塵脫硫。斜棒柵管通道覆蓋率增加，水膜過濾煙氣、捕獲灰粒的機率相應提高。煙速適當時，管束上形成穩定厚度的水膜，獲得低阻、高效的效果。
泡沫式，依靠多層篩板將煙氣分割成多股細柱狀小流束，氣流沖撞篩板上的水層，形成泡沫，產生強烈的傳熱傳質過程，實現降溫、除塵、脫硫。它具有自清洗功能。
流化床凈化器屬填料型結構，除篩網上放置流化用的小球外，其特點同泡沫式。
氣動脫硫除塵塔以氣液乳化為特征，它利用旋渦動力學原理將吸收劑溶液粉碎成氣溶膠狀態，懸浮在塔內，煙氣通過多管并聯的氣動乳化過濾器，實現除塵脫硫的過程。
2.2.2 多級凈化組合方式
要提高設備的煙氣凈化能力，多級煙氣凈化組合是個好辦法。客觀上，除塵、脫硫一體化符合設備自身的發展規律。各種凈化原理組合應用時，必須受到兩個條件的約束。
• 設備煙氣壓降及外形尺寸必須在現有系統允許的范圍內
• 設備同比投資費用小，運行費用低
2..3 凈化指標分析
2.3.1凈化指標
目前使用的濕法凈化器以文丘里管式的居多，斜棒柵式及泡沫式次之，其綜合性能見表3
表3 煙氣凈化綜合指標
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
由表3可見，煙氣壓降：斜棒柵式最小，泡沫式次之，文丘里管煙壓降最大。煙氣帶水：斜棒柵式不帶水，其它兩種帶水嚴重。濕法凈化，溫降均為嚴重。
2.3.2 煙氣帶水與溫降
煙氣帶水與煙氣凈化機理有著密切聯系。斜棒柵式，煙速低，在除塵工況下，捕滴器煙速5.6m/s時仍不發生帶水現象。文丘里管式、泡沫式均存在水滴飛揚的問題。盡管用提高捕滴器干段高度，改變煙氣引出方式，效果仍不令人滿意。因而，人們意識到裝除霧器的重要性。
煙氣嚴重溫降是濕法煙氣凈化方法普遍的現象。然而，加裝氣-氣熱交換器，投資費用大，尚未被國內市場認可。
總之，對現有濕法煙氣凈化器，應剔除其缺陷，優化組合煙氣凈化級，它不失為一種經濟、有效的節能環保產品。
3.系統優化討論
3.1 問題提出
FGD產業是項新興產業，又同基礎產業緊密關聯。雖然常規濕法FGD工藝較為成熟，但是價格昂貴，其系統至今仍欠完善。
簡易濕法煙氣凈化器存在的種種問題，究其原因，大致歸于兩類：
• 管理理念
缺乏環境綜合治理理念。不明產品適應范圍和作用。
•工藝系統設計
燃煤品種、成分多變；再則，設備運行、設備完好程度，導致處理煙氣量寶很大波動，大大超越了產品的設計范圍。這是產生諸問題的癥結。
濕法煙氣凈化器運行性能的優次，在相當程度上取決于工藝技術的成熟度、系統完善性和管理水平。
3.2 FGD的多樣化
中小容量燃煤鍋爐量大、面廣，必須優先發展資源綜合利用的FGD工藝；在經濟平衡點下，拋棄法也相適宜。簡易濕法FGD的吸收劑應因地制宜，比如廢氨水、廢堿液、電石渣、鍋爐沖灰渣水，可有效降低運行費用。
根據統計：常規濕法FGD工藝中，吸收劑費占10-20%，耗電費約占60%之多，且噸SO2的費用高。對廣泛應用的石灰石(石灰)-石膏法，為了獲取高的脫硫效率，唯有提高液氣比。對于中小容量燃煤鍋爐，沒有必要追求高效，只求有效，高的經濟性才是努力的目標。從一些FGD裝置的運行看，采用脫硫效率70~80%左右是適宜的。
濕法FGD，酸堿中和；原理簡單，工藝多多。選擇中小容量鍋爐FGD工藝的主要原則：可靠，經濟，有效。FGD的多樣化是現實的必然結果。
3.3 改善煙氣帶水與溫降
簡易濕法煙氣凈化裝置可不配備氣-氣熱交換器，有利于節省投資，但必須設置煙氣除霧器。因為，高效除塵和有效脫硫是改善鍋爐尾部輔助設備的運行條件。從另外角度看，在除塵脫硫一體化裝置系統上，啟用灰水零排放，可提高回用灰水的溫度。在脫硫凈化系統上，可利用鍋爐排污水或低壓蒸汽預熱洗滌劑，減弱降溫的幅度。
3.4 洗滌液及副產品處理
在采用石灰石/石灰法FGD的一體化設備上，宜分別設置灰水槽與漿槽，利于提高洗滌效果，灰水槽仍保持氣密封作用。漿槽儲存漿料，由循環泵連續向噴嘴供料。因為漿液的PH值變化對脫硫和亞硫酸鈣的氧化有著明顯的影響,合用一個槽，不利于煙氣分級凈化。
副產品處理方式取決于其純度和應用價值。目前，石灰石(石灰)-石膏法的副產品純度低，除一家供給水泥廠使用處，均按拋棄法處理。氨水脫硫的副產品─硫酸銨有一定市場需要，但量少且涉及到復合肥料的生產管理等問題。因此，提高副產品純度是系統優化的內容之一。盡管市場推出除塵器+氨水噴淋塔的FGD工藝裝置，可產銨肥，但煙氣中氨氣殘余排放量會引起二次污染的問題，值得注意。
3.5 控制與檢測
濕法煙氣凈化裝置的運行狀態受外部因素變化而變化。用手操的管理模式已不適應環保排放控制，設置一套簡易自控系統十分必要。
檢測是實施排放監控的手段。對于中小機組，在線SO2檢測設備的價格尚難接受。為此可采取加強管理，定時檢測，以人機對話方式對系統監控。
4.結論
通過對現有濕法除塵器的適當改造，實現除塵脫硫一體化，可滿足排放標準與法規對大氣污染物的控制。它不失為一種經濟、有效的節能、節水的環保產品。
歸納如下幾點：
• 加強環保意識、綜合治理大氣污染，是一條節資、節能、節水的必然捷徑。
• 中小容量鍋爐濕法煙氣凈化器，可采取相宜的煙氣凈化組合方式，實現排放標準的要求，即除塵效率η≥98%，脫硫效率η=70-80%。
• 充分利用本地域的各種資源，提高副產品的經濟價值。充分利用廢堿性液，比如電石泥、鍋爐排污水、沖灰渣水等，有效降低運行費用。
• 應用簡易煙氣排放監控裝置，是濕法除塵、脫硫一體化裝置雙達標的有力保證。
[參考文獻]
1)水電部環保辦，電力工業環境保護科技成果匯編，1988年4月
2)王小明、李仁剛，文丘里濕式除塵器脫硫工藝研究，《潔凈煤燃燒與發電技術》1998 No1
3)國家計委、化工部等，簡易排煙脫硫技術報告會預稿集》1997年2月
使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環保網”
