75t/h锅炉烟气脱硫除尘器设计与应用
1、设计构想
原水膜除尘器的功能主要是除尘，由于液体沿内壁下流，而烟气沿柱体中心上升，液气接触机率较小，因而气液传质过程不佳，烟气中的SO2难以扩散到水中被脱除，所以不可能达到很高的脱硫率。改造方案是将原有两台水膜除尘器其中一台改为旋流板塔，而另一台改为脱水塔，在最前面增加喷淋段，脱硫剂为氧化铝生产后排放的废碱液，利用喷淋段除去大颗粒的部分中颗粒的粉尘及部分SO2，在旋流板塔内安装旋流板，以强化气液传质，完成脱硫除尘，使烟气达标，烟气经脱水塔脱水后排放。
2、工艺流程
烟气经喷淋段初步除尘、脱硫后，进入旋流板塔进一步完成脱硫除尘任务，在喷淋段内，气液顺流接触，旋流板塔内气液逆流接触，从而在较低的压降下将烟气中大部分烟尘、SO2脱除。如图1所示，下面分别介绍系统各流程。
3、烟气系统
改造后的除尘脱硫系统采用旋风除尘器+喷淋段+旋流板塔脱硫除尘相结合设计而成。它保留了原有的水膜除尘对除尘脱硫的作用，同时增加了旋流板塔对烟尘与二氧化硫较高的脱除效果。
由锅炉尾部烟道排出的烟气首先进入旋风除尘器，除尘后（除尘效率80%左右）进入喷淋段，喷淋段内设有喷嘴，高压脱硫剂经喷嘴雾化成细小微滴，均云笼罩在整个空间，烟气与液滴顺流运动，在速度差的作用下产生紊流，尘粒与水滴相互碰撞，其中部分灰尘被洗涤、润湿、团聚后与液体一同沉降到底部排入回水沟，在喷淋段内烟气经脱硫剂洗涤后脱去部分二氧化硫。
初步净化后的烟气由喷淋段出来后，由下部切向进入旋流板塔，形成一旋转气流向上运行。这样经喷淋段润湿、凝聚而形成的灰水滴和灰粒由于离心作用甩向塔内壁，粘附于内表面的水膜上，随水流下。由于烟气切向流速在塔内的迅速衰减，烟气以向上的速度均匀流向旋流板，一部分由旋流板下来的碱液在塔壁上形成水膜完成水膜除尘器所能完成的除尘功能，另一部分未能沿壁面下流的则分布于塔体内，形成二次喷淋，延长了烟气与脱硫剂的接触发生脱硫反应的时间，提高除尘与脱硫率。现对除尘、脱硫、除雾作具体分析。
4、除尘过程
改造后的除尘脱硫系统有三级除尘：旋风除尘器、喷淋段和旋流板除尘。
旋风除尘器是使含尘气体作旋转运动，借作用于尘粒上的离心力把尘粒从气体中分离出来。含尘气体由进口切向进入后，沿桶体内壁由上向下作圆周运动。这股向下旋转的气流大部分到达锥体顶部附近时折转向上，在中心区域旋转上升，最后由排气管排出。旋风除尘器的特点是：结构简单、造价便宜、压力损失中等、动力消耗不大，可以用各种材料制造，可直接回收干粉尘。旋风除尘器在此处用于捕集5～15um以上的较大颗粒粉尘，除尘效率在80%左右。在整个系统中，旋风除尘器作为第一级除尘设备，负担大部分除尘负荷。
喷淋段属于低能耗的湿式除尘。雾化喷嘴在喷淋段内形成一个雾化区域，含尘的烟气高速流经雾化区域时，在惯性碰撞和拦截作用下去除粉尘。含尘气流在运动过程中遇到障碍物（水滴），气流会改变方向，绕过水滴运动，但尘粒因惯性力作用，将保持原有运动方向，脱硫气流与水碰撞。该效应称之为惯性碰撞。拦截是尘粒在水滴上直接被阻截，尘粒被水湿润进入水滴内部，或粘附在水滴表面，使尘粒与含尘气流分离。
旋流板塔除尘机理属于湿式耗能除尘。含尘烟气高速穿过旋流板上的水膜层，并且动能烟气继续将水打碎成细小的液滴，实现含尘气体与水的充分接触。在此依靠惯性碰撞、拦截作用、扩散效应、热泳和静电作用实现高效率的粉尘捕集与去除。
5、脱硫过程
脱硫过程分为两个阶段，即喷淋段脱硫和旋流板脱硫。在喷淋段内，脱硫剂经喷嘴高速喷出后与烟气充分接触发生传质反应，由于烟气与喷淋雾化后的脱硫剂流速不同，加剧了两质的表面接触提高了脱硫效率，但由于喷淋段的内经相对较小烟气通过时停留时间较短其脱硫效率是有限的（25%左右），其主要脱硫过程还是在旋流板塔内完成。
主塔中安装了旋流塔板，它是属于喷射型塔板，具有多片倾斜叶片。气流通过各块塔板螺旋上升(沿叶片旋转方向)，液体从盲板流到各叶片上形成薄液层，同时被气流旋转喷洒成液滴，受离心力到达塔壁形成沿壁旋转的液环，通过降液装置下流到下块盲板上。由于液体是滴状高速穿过气流，故改进了流体动力学因素，提高了设备的通过能力和改善了相间的接触状况，同时又充分利用了气液两相间的热力学因素，提高了设备的传质效率。达到脱硫目的。
6、除雾过程
由于经过喷淋段及旋流板后的一些水滴粒径较小，完成除尘脱硫后的烟气中不可避免地会携带一些机械水滴，直接进入引风机容易导致引风机机械震动，必须对除尘脱硫后的烟气进行除湿。在设计中采用副塔除湿，烟气由脱水塔顶部进入，途经安装于脱水塔顶部的旋流除雾板如此系统能将烟气中的机械带水量降到最低，有效地防止引风机带水现象的发生，提高了运行的可靠性。
7、水循环系统
喷淋段、旋流板塔及脱水塔出水依次进入回水沟经提升泵进入沉降槽，沉降后的浓液经灰渣泵排入储灰场，沉降槽上的清液与补充的部分储灰场回水、补充废碱液一同进入泵前池。利用废碱液控制泵前池中的pH值。
8、一体化装置废碱液脱硫试验
本工程的目的是研究一体化装置利用废碱液进行脱硫的可靠性及可行性，以便使以废治废的思想得以实现，为我国氧化铝工业生产中热电厂的脱硫工作找早到一条经济可行的途径。
旋流板塔是鹏鹤环保发明的一种高效通用型传质设备，已广泛用作中小氮肥厂的半水煤气脱硫（H2S）塔、饱和热水塔，除尘、冷却、冷凝塔等，也用于环保行业脱除烟气和废气中的飞灰、NOx、SO2、H2S及铅、汞蒸汽等，取得了很大的经济效益和社会效益，脱硫除尘器的效果随着液气比L/G的增加而增大，但当液气比增加到一定值时，其脱硫效果变得趋缓，而烟气的阻力却直线上升，因此讲并不是液气比L/G越大越好，大量实验证明对旋流板塔来讲最佳液气比为1.5，喷淋段的最佳液气比为0.3。
对不同pH值情况下不同液气比的脱硫效率进行了实测，得出在液气比L/G为1.5时，要使旋流板塔脱硫效率达到75%，以保证整个系统脱硫效率在80%以上，必须使脱硫剂的pH值控制在11以上。
9、喷淋—旋流板塔脱硫除尘一体化工业应用
我们根据一体化试验结论：喷淋段液气比G/L取0.3旋流板塔液气比G/L取1.5，脱硫剂为pH=11～12的废碱液，对3台锅炉实行了改造并进行了工业应用实测。
①锅炉技术参数如下：
锅炉蒸发量：75t/h；烟气量(单台):100000m3/h；烟气排放温度：150℃；燃料耗量：13t/h；燃料含硫率：3%；锅炉出口烟尘浓度：15000mg/m3；烟尘排放浓度：≤250mg/m3；二氧化硫进口浓度：6240mg/m3；二氧化硫排放浓度：≤1200mg/m3。
②运行实测参数如下：
初始粉尘浓度：24326mg/m3；排放粉尘浓度：347mg/m3；除尘效率：98.6%；
初始二氧化硫浓度6240mg/m3；排放二氧化硫浓度：1152mg/m3；脱硫效率：81.5%。
设计运行参数如表
项目 参数 备注
旋风除尘器除尘负荷 1200kg/h 80%的除尘效率
喷淋段运行水量 30m3/h 液气比0.3L/m3
脱硫主塔运行水量 150m3/h 液气比1.5L/m3
最终除尘效率 98.3% 排放浓度＜250mg/m3
最终脱硫效率 81% 排放浓度＜1200mg/m3
该项目的实施，大量减少电厂SO2和粉尘的排放，消耗了公司生产氧化铝过程中产生的碱性废水，具有极大的环境效益；同时减少上缴的排污费，也为电厂带来显著的经济效益。为了增加可比性，现计算以废碱液做脱硫剂的运行费用及经济收益。每台锅炉年运行6000h，SO2产生数据如下。
单台锅炉耗煤量：13t/h；煤中含硫率：3%；单台锅炉SO2产生量：0.624t/h；脱硫效率：81%；脱硫后SO2排放量：0.119t/h；三台锅炉全年SO2产生量：11232t/a；脱硫后三台锅炉全年SO2产生量：2142t/a。脱硫设施运行成本消耗主要为运行电费
10、结论
铝业公司热电厂脱硫一体化改造装置的运行表明，该装置作为燃煤烟气同时脱硫、除尘的设备是有效的。其实现了除尘、脱硫一体化，设备改造投资小，操作运行费用低，运行简单、稳定，脱硫率达81%以上，除尘率98%以上，符合国家工程设计要求及相关标准。该项目的实施，为氧化铝行业利用废碱液脱硫提供了可靠的依据 。
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