新型燃煤锅炉烟气湿式除尘脱硫技术研究.pdf

第 25卷 第 3 期吉首大学学报 自然科学版Vol. 25 No.3 2004 年9 月Journal of Jishou University Natural Science EditionSep. 2004 文章编号 1007- 2985 2004 03- 0044- 03 新型燃煤锅炉烟气湿式除尘脱硫技术研究 李彩亭, 谭 娅, 邱 慧, 魏先勋, 曾光明 王丽平 湖南大学环境科学与工程系, 湖南 长沙 410082 摘 要 针对燃煤锅炉烟气净化问题, 利用改性文丘里净化洗涤机理, 研究了一种湿式洗涤和旋风分离相结合的除尘 脱硫装置. 阐述了该装置的结构形式、 基本工作原理和运行中应注意的问题. 工业应用表明 该装置除尘效率大于 97 , 脱 硫效率达到 75 , 设备阻力小于 1 200 Pa. 关键词 燃煤锅炉; 湿式; 除尘; 脱硫 中图分类号 X703. 1 文献标识码 B 我国中小型燃煤锅炉量大面广, 产生的大量 SO2和烟尘对人体健康和生态环境造成了极大危害. 因此, 治理 SO2已成 为我国净化大气污染环境的一项主要工作. 为解决目前的大气污染问题, 我国已制定了严格的 SO2控制法规, 要求对两控 区内的城市锅炉烟气必须脱硫达标后排放. 因此, 开发投资少、 运用费用低、 高效的脱硫除尘技术是我国开展大规模烟气 脱硫除尘的基本战略[1]. 湿式除尘脱硫装置具有结构简单、 占地面积小、 投资少和脱硫除尘效率高等优点[2], 被认为是一种 控制大气污染的有效方法[3]. 笔者研制的 SCX 型脱硫除尘装置, 将湿式洗涤和旋风分离相结合, 应用改性文丘里净化洗涤 机理, 实现了烟气的高效率净化, 烟气的脱硫除尘脱水在同一塔内完成, 实现了除尘脱硫装置一体化. 1 装置的结构特点及技术原理 1. 1 结构特点及净化工艺 1 供液装置;2 烟气入口; 3上旋体; 4 烟气出口; 5 挡水板; 6 改性文丘里; 7 改性旋流板;8 脱水圈; 9排污口 图 1 SCX型除尘脱硫装置示意图 SCX 型脱硫除尘装置的结构示意图如图 1 所示. 装置壳 体采用钢板结构, 内部构件根据所处的环境, 由多层防护组 合材料构成. 该装置外形酷似旋风分离器, 内置立式改性文 丘里装置, 下部有一改性旋流板, 文丘里喉管入口处装有旋 流雾化喷嘴. 该改性文丘里与传统文丘里结构相比, 增大了 喉口面积以减慢气速, 从而增加气体吸收时间, 缩短了喉管 长度, 以减小阻力. 锅炉烟气由入口旋转进入装置上旋体, 离心除去部分烟 尘, 然后进入筒体内改性文丘里渐缩管, 完成大部分尘粒和 SO2的净化. 烟气再旋转进入装置下部, 经改性旋流板进一 步除尘脱硫. 在装置锥斗部分烟气继续旋转到底部反转向 上, 再次净化并脱水, 经脱水圈脱去绝大部分水雾. 在烟气出 口处设挡板挡掉沿壁带水, 经多次脱水后的烟气不再有带水 现象. 最后净化气体经引风机至烟囱外排, 除尘脱硫污水经 排污口排出. 收稿日期 2003- 10- 10 基金项目 湖南省科技攻关重点资助项目00SSY1007- 1 ; 湖南省自然科学基金重点资助项目03JJY2002, 02JJY2004 作者简介 李彩亭 1964- , 男, 博士, 湖南大学环境科学与工程系教授, 主要从事空气污染控制与治理研究; 谭 娅 1974- , 女, 湖南大学环境科学与工程系硕士研究生, 主要从事空气污染控制与治理研究. 1. 2 除尘机理 烟气的尘粒一般来说是被液膜、 液流和液滴所捕获, 其机理包括重力和离心的沉降、 截留、 碰撞、 凝并、 扩散泳力和热泳 力作用等. [4,5] 在文丘里喉管入口处, 气流速度增大, 静压降低, 利于吸收液的充分雾化和气、 液、 固三相的充分接触. 较粗尘 粒在离心力作用下被捕获, 细小尘粒被充分润湿而凝聚, 直径变大. 在文丘里扩散段, 气流速度降低, 静压得以恢复, 利于吸 收液滴直径的增大和沉降. 小液滴捕集到小尘粒而凝聚成大颗粒, 被文丘里底部的旋流片分离和截留, 并沿旋流片上分布 的水膜滑下. 烟气随着螺旋离心力的动态作用, 在锥体部分继续旋转. 尘粒混合物随污水滴在惯性力、 重力和离心力的作用 下, 不断被甩向筒壁而随下降液膜一起降至水封池排出. 1. 3 脱硫特性 脱硫是在气液充分接触的情况下发生的, 既有物理吸收, 也有化学吸收. [6] 物理吸收的 SO2可以在其后与吸收液中的 碱性物质发生酸碱中和反应, 用碱液吸收 SO2. 其化学反应式为 2OH- SO2 SO2- 3 H2O. 1 图 2 碱液吸收 SO2过程图 液膜内任一处 OH-与 SO2不能同时存在, 在离气液界面某 一深度处形成一个反应面, 反应面上 OH-与 SO2相遇立即 发生反应, OH-与 SO2浓度都为 0, SO2由气液界面向反应面 扩散, 无OH-存在; OH-由水相主体向反应面扩散, 无SO2存 在[ 7]. 吸收过程见图 2. 该装置文丘里管内的气液两相流动 属于环状流动[ 8], 气芯和液膜不断发生质量和能量的交换. 在喉管处, 温度不同的两相之间有传热、 蒸发和冷凝等过程 发生. 脱硫过程的总传质速率取决于气侧和液侧的传质系 数、 相界面积和浓度差. SO2极易溶于水, 故气侧的传质阻力 相对较小, 加入碱性洗涤液强化了对 SO2的吸收, 提高了液 侧传质系数. 气液充分混合使两相接触面积至最大化, 又使 气相紊动剧烈, 增强了碱性液体对酸性气体的吸收作用, 同 时尘粒对SO2也有一定的吸附作用. 1. 4 废水循环利用 图 3 脱硫除尘工艺流程 废水循环利用可采用如图 3所示的工艺流程. 炽热的炉 渣 含有一定量的 CaO, MgO, Al2O3等碱性氧化物 落入出渣 机水中时, 造成爆裂, 使炉渣粒度减小, 有利于碱性物质的溶 出. 出渣机的缓慢运动使水产生搅动, 加快了炉渣内碱性物 质溶出的传质速度. 从除尘脱硫装置流出的酸性废水与溶出 的碱性物质可充分发生中和反应. 炉渣具有多孔性, 对废水 中的悬浮物和尘粒有过滤吸附和拦截作用, 使废水进一步净 化, 从而使废水可循环再利用. [9] 2 运行中应注意的几个问题 2. 1 液气比 液气比LG直接影响装置的投资和运行费用, 是湿法脱硫的重要操作参数. 研究表明 随液气比的增大, 该装置的除 尘效率提高, 液气比在 0. 2 L Nm3时, 除尘效率可达 98 . 但是液气比不宜过大, 否则在运行中易使烟气带水[ 10]. 2. 2 循环水 该装置气液扰动强烈, 传质效果好, 用水量少, 每立方米烟气用水量不超过 0. 3 L. 可利用炉渣处理废水, 废水经沉淀后 可循环使用. 当碱液 pH 值下降, 水量不足时, 应及时向循环池中补充石灰水[ 11]. 2. 3 防腐防垢 为保证装置耐腐蚀、 耐磨损, 且耐适当高温, 装置内部与烟气和水直接接触的地方, 可采用无机非金属材料和有机非金 属材料的组合材料. 为了防止旋流板结垢, 可安装反冲洗设备定期对其进行冲洗. 2. 4 烟气脱水 带水烟气, 将会腐蚀管道和风机, 并使风机叶轮粘灰、 结垢, 引起风机震动, 缩短风机使用寿命. 研究发现, 本装置安装 脱水圈后, 其脱水作用十分明显, 且当导流片角度越小时, 这种作用越显著, 但此时除尘器阻力损失增加. 45 第 3 期 李彩亭, 等 新型燃煤锅炉烟气湿式除尘脱硫技术研究 3 应用效果 位于二类地区的某单位1 台 10T H 的燃煤锅炉, 采用 SCX 型脱硫除尘设施于 2000年 1月运行以来, 锅炉在正常负荷运 行时, 引风机电流稳定, 脱硫除尘器阻力小, 水系统循环正常. 正常运行条件下, 经国家权威检测部门测试, 除尘脱硫监测结 果见表 1. 从表 1 可知, 烟气经 SCX 型脱硫除尘器处理后, 除尘效率达97. 1 , 脱硫效率达75. 1 , 净化后的烟气达到或优于 国家相应的排放标准, 完成了预期的烟气治理目标. 表 1 SCX 型湿式除尘脱硫系统测试结果 断面 烟气流量 m3h- 1 空气过 剩系数 烟尘浓度 mgm- 3 烟尘排放量 kgh- 1 SO2浓度 mg m- 3 SO2排放量 kgh- 1 除尘效率 脱硫效率 除尘器阻力 Pa 进口24 0192. 212 08422. 23673. 91 97. 175. 41 141 出口22 0852. 311630. 66740. 96 4 结论 1 该脱硫除尘装置工艺新, 气液间扰动强烈, 有较大的接触面积, 吸收阻力小, 达到高效脱硫除尘的目的. 2 新装置集除尘脱硫脱水于一体, 结构紧凑, 占地少, 投资少, 能耗低, 适合我国中小型燃煤锅炉烟气的治理. 3 用炉渣处理除尘脱硫废水, 可以使废水能循环再利用, 节约了水资源, 并且没有造成二次污染, 达到以废治废的目 的, 具有良好的环境效益和经济效益. 参考文献 [ 1] 董 勇. 湿法脱硫除尘技术研究[ J] . 环境工程, 1998, 16 6 39- 41. [2] 赵旭东, 吴少华, 马春元, 等. 湿法脱硫除尘一体化装置应用中的问题及解决措施[J]. 热能动力工程, 2002, 1798186- 188. [ 3] AGARWAL D C, SCRNBBERS F G D. Technology Nobody Wanted but Eventually Needed[J] . Pollution Eng, 1984, 166 34- 38. [ 4] 陈卫华. 锅炉烟气湿式净化技术研究[ J] . 环境工程, 2001, 195 35- 36. [ 5] 中国劳动保护科学技术学会. 工业防尘手册[M] . 北京 劳动人事出版社, 1989. 1 085- 1 087. [ 6] 郝吉明, 马广大. 大气污染控制工程[M]. 北京 高等教育出版社, 1989. 297- 301. [ 7] 王淑勤, 胡满银, 刘 忠, 等. 文丘里旋风水膜除尘器利用废碱液脱硫的试验研究[ J]. 河北电力技术, 1999, 118 33- 35. [ 8] MARCO FOSSA. A Simple Model to uate Direct Contact Heat Transfer and Flow Characteristics in Annular Two Phase Flow[ J] . Int. J. Heat and Fluid, 1995, 16 4 272- 279. [ 9] 李彩亭, 刘精今. 炉渣处理烟气除尘脱硫废水[J]. 环境与开发, 1996, 114 10- 13. [ 10] 李彩亭, 曾光明. 燃煤烟气湿式除尘脱硫技术研究[J]. 环境工程, 2000, 184 32- 34. [ 11] CARL E. Zipper Sulfur Dioxiode Emissions andMarket EffectsUnder the CleanAir Act AidRain Program[J]. J. of the Airwet type; dedusting; desulfurization 46 吉首大学学报 自然科学版第 25卷