一种高效除尘脱硫一体化设备的应用研究
锅炉燃煤是造成大气污染的根本原因之一, 煤中可燃性硫及硫化合物在燃烧时生成 SO2和 SO3，是形成二氧化硫和酸雨的主要来源。目前,我国锅炉约50 多万台,其中:中小型锅炉 (1～35 t/h)约占 80 %，SO2 的排放量占锅炉燃煤排放量的 1/3。烟气除尘脱硫则是现阶段控制 SO2 和烟尘排放量的主要方式。
针对我国中小锅炉较多的现状，有多种湿法除尘脱硫一体化设备已经投入使用，但几乎都存在脱硫效率低，设备阻力大，投资运行成本较高等缺点。为此，研究和开发了一种高效除尘脱硫一体化设备。
高效除尘脱硫一体化设备研究目标和内容
高效除尘脱硫一体化设备应适用于中小型锅炉和相当容量工业窑炉、垃圾焚烧炉的烟气除尘、除SO2 和其他有毒有害气体的一体化净化装置。要求设备结构紧凑，安装操作方便，自动化程度高。占地面积小，喷淋洗涤液能够做到全封闭循环，没有废水排放，耗水量很少。系统阻力小，运行工况适应力强，烟气净化后没有夹雾带水现象，设备材质具有耐腐蚀性、 耐磨、耐高温的性能，使用寿命长。除尘效率能达 98%以上，烟尘浓度小于100 mg/m3，除 SO2 效率能达80 %以上。设备价格适中，不高于现有除尘脱硫一体化设备的市场价格，有市场竞争力。 在研制过程中必须解决如下几个内容：
(1)除尘脱硫一体化设备的优化设计；
(2)设备负荷稳定性的研究；
(3)飘尘捕集效应的研究；
(4)烟气脱水的研究。
工艺路线分析
中小型锅炉烟气是从锅炉省煤器引出后的气固混合物，组分一般包括 N2、O2、CO2、SO2、NOX、水蒸气等气体并携带大量细微粉尘；状态一般为：微负压，温度在150 ℃～250 ℃。 湿法除尘脱硫的工艺路线多为如图1所示的流程顺序。
 |
在洗涤吸收设备中，首先对高温含尘锅炉烟气进行喷淋洗涤，这里是工艺过程中的核心步骤，完成对气体的吸收和降温，使气 -固混合物变成气 -液 -固三相混合物。吸收主要通过气液混合传质和化学反应进行，降温主要通过气液固混合传热，以喷淋液温度的升高和水的蒸发来达到降温目的，降温有利于气体的吸收。然后经过喷淋洗涤后的气液固三相混合物进入气液分离设备，完成气液和气固的分离操作，净化后的烟气经烟囱排出，液固混合物加入吸收剂再生，并产生部分固体沉淀，然后进入液固分离设备，分离后的液体用循环泵打入洗涤吸收设备。
除尘脱硫一体化设备工艺系统
提高脱硫效率的关键：一是气液混合是否充分，二是气体在吸收设备内的停留时间，即气液接触反应时间。除尘效率的关键是气液分离的效率。综合除尘和脱硫的关键因素，设计了如图 2 所示的高效率除尘脱硫一体化工艺系统。
 |
如图所示，除尘脱硫一体化设备由喷淋管道、多通道组合文丘里涤气器、上下导旋笼栅、除雾器和主体外壳等构成。导旋芯管采用不锈钢材质，其他部位可根据用户需要采用不锈钢或碳钢喷涂特种涂料。该设备根据气液传质理论和流体力学理论，综合了液相喷淋洗涤、组合文丘里、离心力分离、速度差捕集、粘附凝聚等作用，使气液固三相接触混合和分离脱水都达到比较高的效率。
烟气在进入高效除尘脱硫一体化设备之前的烟道中基本是处于层流运动状态，在进入主体设备前端的喷淋管道和多通道组合文丘里后，设备的结构使流体由层流状态转变为湍流运动，因为湍流是以高频扰动旋涡为特征的三维运动，使固、液、气三态物质最大程度地混合，从而接近混沌状态。这样才能增大气、液态物质，即 SO2、NOx等有害气体分子和H2O的碰撞机率，增大粉尘颗粒和水粒的撞击、拦截以及凝聚的机率。多通道组合文丘里起到增大高频涡旋的作用，而且阻力小，气流冲击着水滴在惯性和重力作用下犹如雪崩现象，因此在喷淋管道和组合文丘里中，微碱性洗涤液对烟气进行充分的洗涤。
烟气经过组合文丘里进入水平喷淋管道，管道中分布着螺旋无堵塞喷咀，喷淋液体从喷咀出来后形成一个旋转面进而分散成小液滴，布满在实心锥形的空间内，每个小水滴都有一个初始速度，这与气流的方向和速度都不一样，就形成一个相对速度，使气流再次受到外力作用，使已经减弱了的湍流运动再次加强，气流在水平管道中第二次被洗涤，小液滴将气流中颗粒和气态物质再次捕获。
烟气通过水平管道第二次洗涤后，被加速进入净化器主体设备中，由于烟气从筒体切向进入，此时烟气开始作圆周运动，由原来的湍流运动变为二维的涡旋，大的固体颗粒和液滴碰到笼栅的栅叶上再次被捕获，只有旋转到与笼栅切线方向的缝隙位置时才能允许气流通过。 湍流运动在这种结构下变为层流，这样极为有利于液态和固态物质分离出去，气流进入笼栅后，切向旋转速度增大，从下筒体气流中带上来的水滴在这种离心力作用下，极有利于分离。SO2 气体不断地被吸收到固、 液小颗粒和容器壁上，被吸收后的 SO2 变成离子状态，显酸性，溶入液滴后就服从气液非均一相体系的净化规律，受到离心力、 扩散力，拦截作用等被捕获下来。在设备上部还设有除雾器，再次将细小雾滴和部分凝结水脱去。
综上所述，设备结构设计、 参数确定的技术路线是从理论上研究清楚气、液、固三态物质混合相对运动和相对作用所必须遵循的流体力学规律，在设备的设计中特别强调了遵循理论规律和充分运用这些规律，参数设计中参考多种学科已有成功设计经验，取其长处，完善设计，使设备性能达到预期的效果。
高效除尘脱硫一体化设备的性能指标
(1)烟气林格曼里度< 1 级
(2)除尘效率 > 98 % 排尘浓度 < 100 mg/m3
(3)除二氧化硫效率>80 %
(4)净化器主体阻力< 1500 Pa
(5)液气比 2～3 l/m3
(6)耗水量 < 0.013～0.018 l/m
(7)喷淋液PH控制范围 7±1
3 工程实例及分析
该高效除尘脱硫一体化设备经中试和放大后，已经应用于多个锅炉烟气脱硫工程，如某化工厂 4 t/h 锅炉除尘烟气脱硫工程、某水务有限公司两台 6 t/h 锅炉烟气除尘脱硫工程、天津某焊条有限公司 2 t/h 窑炉烟气除尘脱硫工程等。工程中，经过净化后的烟气粉尘和 SO2 浓度都远远低于国家现有排放标准，且除尘脱硫效率都达到了设计要求。表一和表二为某水务有限公司 6 t/h 锅炉烟气净化效率的测试数据，其中 SO2 浓度、 NOx浓度的测定仪器是 GA60(美国)。从表中测试数据来看，除尘效率大于98 %，脱硫效率达到 90 %左右，脱氮效率大于 50 %。
|
|
使用微信“扫一扫”功能添加“谷腾环保网”
