探究环境保护与锅炉烟气脱硫除尘技术王永东

探究环境保护与锅炉烟气脱硫除尘技术王永东

王永东

神华神东矿业服务公司内蒙古鄂尔多斯017209

摘要：在经济发展突飞猛进的同时，环境问题愈发突出，社会各界也开始重视治理环境的重要性。造成我国空气质量下降的一个重要因素就是锅炉烟气所带来的污染。本文主要探讨了环保工程与锅炉烟气脱硫除尘的关系。以环境保护以及可持续发展为目的，设计了一整套新型的脱硫除尘方案，在观察脱硫除尘效果的基础上，评估了技术的环保价值。

关键词：环境保护；锅炉；烟气脱硫除尘技术

前言

我国是世界上人口最多的国家，为了满足人民的正常工作和生活，对能源有更多的需求。锅炉每年消耗大量的煤炭，而且还在快速持续增长，煤炭燃烧后会排放出气体和烟尘，给我们的环境造成很大的污染，并且给我国经济发展带来非常大的损失。我们国家为了实现可持续发展的宏图，必须加强对锅炉烟气的处理。锅炉燃烧所排放的烟气中，通常含有大量的硫及烟尘。如在未加处理的情况下，将烟气排放于大气中，极容易对空气造成污染。将锅炉烟气脱硫除尘技术应用到锅炉烟气处理过程中，对于环境的保护具有重要价值。

一、国内外烟气处理发展现状

目前国内外烟气脱硫技术种类达几十种，按脱硫过程是否加水和脱硫产物的干湿形态，烟气脱硫分为：湿法、半干法、干法三大类脱硫工艺。

1湿法烟气脱硫

湿法脱硫就是用溶剂去吸收或者洗涤的方法除去烟气中的含硫气体。湿法烟气脱硫在企业中运用比较成熟的是石灰石-石膏法简称石膏法，这种方法效果良好，脱硫效率较高。随着新的脱硫技术的发展，石灰-石膏法、双碱法成为了新的手段，既可降低成本，产生的副产物能够较好地回收利用。

2干法烟气脱硫

我们所说的干法脱硫技术使用各种吸附剂或催化剂，除去气体中的含硫物质。干法脱硫技术不使用液体，而且反应物和产物都是固体，避免产生一些腐蚀性的液体，从而减少了结露和腐蚀的弊端，避免二次污染。在20世纪70年代诞生了等离子体法后，研究人员依托于此原理研发出最有前途的新一代FGD技术——烟气脱硫技术，它能够使电离烟气里面的H2O、O2等分子被高能电子激活、电离甚至裂解。由于它们的强氧化性，使SO2、NOX被氧化，再利用它们的特性加入氨，生产出硫胺和硝铵化肥。

3半干法烟气脱硫

我们所说的半干法烟气脱硫是利用烟气产生的热量，蒸发吸收湿态脱硫剂中的水分，这里面发生的各种反应都是在气、固、液三种状态中进行，最后生成干粉。假如可以和袋式除尘器配合使用，可以大大提高脱硫效率。

二、基于环境保护角度的锅炉烟气处理技术

锅炉烟气中的粉尘及含硫废气是造成环境污染的主要因素，下面就粉尘及含硫废气的处理方法作分别论述：

1粉尘处理方法

目前我国的锅炉大致可以分为循环流化床炉、层燃炉、粉煤炉三大类。这三种锅炉在使用过程中都会产生大量的粉尘，对环境造成污染。企业都会采取不同的方式对粉尘进行处理，主要有以下四种方法：第一种机械式除尘器，这种除尘器利用惯性力、重力作用和离心力进行除尘。第二种过滤式除尘器，锅炉大部分采用袋式过滤装置，这种除尘器使用了过滤装置，除去粉尘。第三种湿式除尘器，它的原理是让含尘气体与液体（通常是水）充分接触，利用小水滴和尘粒的惯性相互碰撞及其他作用捕集尘埃的装置。湿式除尘器通常可以把气流中直径为0.1μm～20μm的液态或者固态粒子除去，也能够脱除气态污染物。如果对副产物的纯度没有特殊要求，湿式除尘器除尘的同时还能够完成脱硫的任务。第四种电除尘器，这种除尘器是利用静电从气流中分离悬浮粒子（尘粒或液滴）的装置。电除尘区别于其他的除尘方式，主要在于它的分离力直接作用到了尘埃粒子上，没有作用到整个烟气上，这样它的耗能很小，而且气流阻力小。

2烟气脱硫处理方法

大型锅炉所排放的含硫废气是导致酸雨产生的重要因素，这种废气对环境污染非常大，因此烟气的脱硫处理是企业环保工作的重中之重。

（1）二氧化硫废气概述。因为煤炭中含有硫元素，所以煤炭在燃烧的过程中会通过各种化学反应，释放出大量二氧化硫废气，煤炭燃烧是造成空气中二氧化硫污染的最主要原因，因此我们要加强对二氧化硫废气的处理，这对我国二氧化硫废气整体排放量的控制有着重要的意义。

（2）脱硫技术。目前烟气脱硫技术种类达几十种，这里主要介绍两种脱硫技术。第一种为新氨脱硫法，这种方法不仅能够脱硫、处理废气，还可以吸收环境中有害物质，比如HCL、HF和NOX以及粉尘等，通过洗涤能够产生农业肥料。第二种脱硫方法是石灰—石膏湿法脱硫，这种方法是将石灰浆液和二氧化硫废气进行化学反应，从而减少废气中的二氧化硫含量。

三、环保工程与锅炉烟气脱硫除尘的关系

煤为锅炉燃烧所需的主要燃料，燃烧后，易产生硫及烟尘，排放至空气中后，容易引发酸雨、增加空气粉尘量，对环境所造成的污染极其严重。将相应技术应用到锅炉燃烧废气处理过程中，对硫及烟尘进行处理，是保护环境的关键。

当前，各领域常用脱硫除尘方法，一般包括燃烧前脱硫、燃烧中脱硫以及燃烧后脱硫3种，后者应用较为广泛。燃烧后脱硫，又称烟气脱硫，要求将石灰或NH3作为吸收剂，应用到锅炉燃烧后，以降低硫的排放量。下面主要介绍下石灰—石膏湿法脱硫除尘方案：

该方案设计锅炉房共2×6t/h+1×10t/h锅炉，每台锅炉安装一台布袋除尘器；脱硫改造采用石灰-石膏湿法脱硫工艺方案，三台炉按“三炉一塔”设计，烟气量按全开设计。设计脱硫效率大于85%，脱硫后SO2排放浓度低于300mg/Nm3，颗粒物排放浓度低于50mg/Nm3。

初步设计范围

除尘改造：布袋除尘器系统、排灰系统。

脱硫改造：烟气系统、SO2吸收系统；制浆、供浆系统、石膏排出处理系统、工艺水系统；压缩空气系统。

3.1除尘系统

除尘系统用于过滤烟气中的粉尘，以达到环保要求的排放浓度。主要包括：壳体及烟气系统、清灰系统、布袋及袋笼、花板、灰斗等。

（1）壳体及烟气系统

除尘器采用下部进气、上部出气方式，烟气进气方式合理，烟气通过灰斗上部进口急速变向进入袋室底部，烟气中的大颗粒由于惯性作用直接落入灰斗，通过合理设计袋室大小，在进口处设置分布导向装置，保证较小的烟气上升速度，可使袋室除尘器烟气均匀，使烟气均匀地流过布袋，防止滤袋的磨损，保证良好的过滤。

除尘器壳体壁板厚度不小于4mm，保证密封、防雨、排水及防腐，壳体设计充分考虑了避免出现死角或灰尘积聚区。

（2）清灰系统

清灰系统采用中压脉冲清灰，清灰压力为0.4-0.6MPa，可以减少清灰对滤袋的损伤，清灰气源由空压机提供。

电磁脉冲阀选择具有寿命长、动作灵敏等优点的直角式脉冲阀。在正常使用条件下，脉冲阀喷吹次数大于100万次。

清灰控制采用定阻力或定时自动控制。每台除尘器均装设有一套时间、差压自动脉冲喷吹控制仪，实现除尘器自动清灰。

每台除尘器顶部配有一套脉冲反吹装置，包括气包、电磁脉冲阀、喷吹管等，保证每一条布袋都可以被均匀干净的清灰，保证理想的喷吹效果。脉冲反吹是在每行袋束之间轮流执行，脉冲间隔在5-20秒内可调。脉冲间隔的调整以除尘器进出口差压为依据，差压越高，脉冲间隔越小，差压越低，脉冲间隔越大，使布袋差压保证在800Pa-1200Pa之间。

（3）布袋及袋笼

对于整台锅炉布袋除尘器而言，滤袋是其核心部件，滤袋的质量及选型是否得当直接影响除尘器的效率及使用寿命。

滤袋使用寿命保证不小于3年。滤袋在保证期内（1个年度）失效率<0.5%，寿命期内失效率<1%。

袋笼为刚性设计，12根φ3.2mm钢丝均采用点焊组成笼子，去除尖边、毛刺以免破坏滤袋。为方便操作，袋笼采用分体式设计，分为2节加上简单的连锁组件，无需使用特殊工具。最上面一节配备低碳钢颈圈，无需工具即可使滤袋不锈钢卡带与花板紧密配合。袋笼最下面一节装有低碳钢帽，袋笼联接牢固，表面光滑，并作防腐处理，安装后的滤袋底部有合适的间距，避免相互间的接触。

（4）花板

花板由钢板加工，并适当加固。滤袋孔呈矩阵排列。花板上滤袋孔的切割采用数控激光切割机进行加工，这样产生的热量相对要少，产生的热变形最小。去除滤袋孔边缘全部尖边以消除滤袋损坏的潜在的危险。花板和壳体结构之间采用密封焊，形成气密性装置，可以实现灰尘零泄漏。

（5）灰斗及除灰系统

除尘器灰斗壁板厚度不小于4mm，灰斗斜壁与水平面的夹角为60°，相邻壁交角的内侧成圆弧形，可保证灰自由流动即时排出灰斗。灰斗的贮存量可保证最大含尘量下8小时满负荷运行。

布袋除尘器下除灰设置有电动锁气给料机及集灰箱，用来卸灰、贮存布袋除尘器收集的粉煤灰，配置的集灰箱设有加水浸湿装置，防止二次扬尘。

3.2脱硫系统

烟气脱硫工艺系统主要由烟气系统、SO2吸收系统、浆液制备及供应系统、石膏处理系统、工艺水系统、压缩空气系统等组成。

（1）烟气系统

本方案设计采用吸收塔与烟囱一体化结构，即“塔顶直排烟囱”，脱硫处理后的烟气直接由吸收塔顶部的直排烟囱排放。直排烟囱为玻璃钢材质，高度为21.9m。

在吸收塔入口烟道设置烟气降温系统，烟气温度按由200℃降低到160℃设计。烟气降温系统用水由工艺水泵提供。

在吸收塔入口烟道另外设置紧急事故喷淋系统，当脱硫系统故障时，快速打开消防水的气动阀门，以降低烟气温度，保护吸收塔。

（2）SO2吸收系统

SO2吸收系统是烟气脱硫系统的核心，主要包括吸收塔、喷淋层、除雾器、循环泵、搅拌器和氧化风机等设备。本项目采用石灰—石膏湿法脱硫工艺，吸收塔为逆流式喷淋空塔。吸收塔将脱硫、氧化、除尘三项功能集于一体。

吸收塔为圆柱体、钢结构，内衬防腐层。吸收塔底部为循环浆池，上部由两层喷淋层和两级除雾器组成，每层喷淋层对应一台浆液循环泵。吸收塔直径为2.6m，吸收塔本体总高度23.1m。吸收塔顶部为直排烟囱，直排烟囱直径为1.3m，顶标高为45m，烟囱材质为玻璃钢。

烟气进入吸收塔后，与喷淋层喷出的浆液接触，烟气被浆液洗涤，其中的SO2被浆液吸收。被吸收到浆液中的SO2在吸收塔下部的循环浆池内与浆液中的Ca2+发生反应生成CaSO3，并被氧化风机鼓入的空气强制氧化，最终生成石膏晶体CaSO4•2H2O，由石膏排出泵自吸收塔送至板框压滤机。吸收塔设1台石膏排出泵。

被洗净的烟气经机械除雾器去除大部分液滴，后经吸收塔顶部的直排烟囱排出。

新鲜的石灰浆液加入到吸收塔浆池，以补充消耗的吸收剂。浆池的pH控制在6.0~7.0，以利于Ca(OH)2的溶解、CaSO3的氧化和石膏晶体的生成。

（3）氧化空气系统

氧化空气系统由氧化风机、氧化空气管路和氧化空气喷枪组成。氧化风机采用高性能、高效率的罗茨风机，以保证亚硫酸钙强制氧化所需的空气量。本方案吸收塔设2台氧化风机，1运1备，氧化风机流量为150Nm3/h。

氧化空气喷枪安装于距上层搅拌器前端的一定位置处，与搅拌器配合液流搅动、破碎氧化空气使之均匀分散保证高的氧转移率。

（4）脱硫剂浆液制备及供给系统

脱硫剂采用商品石灰粉，粒径为250目通过率达90%。

本项目石灰粉耗量见下表。

注：日运行按24小时计，年运行按4392小时计。

（6）工艺水系统

脱硫工艺水采用厂区自来水，脱硫工艺水耗量约为3.5m3/h。在脱硫岛内设置1座工艺水箱，有效容积为10m3。工艺水箱配2台工艺水泵（1运1备），工艺水经工艺水泵输送至各工艺水用户，工艺水泵的流量为25m3/h。

工艺水系统满足FGD装置正常运行和事故工况下脱硫工艺系统的用水。

（7）压缩空气系统

本工程所需的压缩空气从新增的空压机系统接引。

四、脱硫除尘及环保效果评价

对系统进行调试及运行效果进行观察：

4.1调试与运行

调试流程如下：（1）调试预洗塔、吸收塔、水系统、各反应器及各仪表，确保各部分功能能够有效发挥。（2）调试后，正式运行该系统，并观察烟气量、烟气温度、除尘效率、脱硫效率等。（3）观察布袋除尘器与吸收塔等各部分性能是否能够稳定发挥。

4.2脱硫除尘效果

将脱硫除尘的目标效果与实际效果对比，得出结果如表1：

注：锅炉及脱硫除尘装置年利用小时数按4392小时计。

布袋除尘器及炉外脱硫工程投运后，三台炉每年向大气排放颗粒物减排量219.56吨、二氧化硫减排量56.47吨。因此对保护电厂周边地区大气环境大有益处，环境效益十分可观。

通过表1可以看出，脱硫除尘实际效果能够达到目标效果的要求。

4.3环保效果分析

通过对脱硫除尘的目标效果与实际效果对比情况，以及工艺改进前后二氧化硫与烟尘排放量对比情况的观察可以发现：（1）脱硫除尘实际效果已超过目标效果的要求。（2）较工艺改进前相比，工艺改进后的二氧化硫与烟尘排放量显著减少。（3）将改进后的锅炉烟气脱硫除尘技术应用到火电厂等领域，可有效降低煤燃烧所排放的二氧化硫以及烟尘的含量，可有效避免酸雨等问题发生，对于环境质量的提升，能够起到极大的促进作用。

结论

综上所述，应视传统脱硫除尘技术的缺陷，对其加以改进，以改善脱硫除尘效果，降低烟气中二氧化硫与烟尘的含量，为可持续发展理念的达成提供保证。随着我国工业的飞速发展，以及对于环境质量要求的日益严格，锅炉烟气处理的综合技术还需要我们不断地进行深入研究。我们要不断地进行实验，总结经验，对锅炉烟气处理的综合技术不断进行完善与提高。只有不断加强对锅炉废气的处理，才能拥有蓝天、白云，才能拥有更加优美的自然环境。

参考文献

[1]王鹏.浅谈环境保护与锅炉烟气脱硫除尘技术[J].环境与可持续发展，2015，（06）：204-205.

[2]黄泰淼.浅谈火电厂锅炉烟气处理[J].科技创业家，2014（02）.