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简单适用的锅炉烟气脱硫方式

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        从化工锅炉除尘的特点出发,简要介绍在设计中根据燃料煤质特性和锅炉型式,选用除尘设备的情况及实际运行效果,并提出一些改进措施及建议。
 
一、概述
        化工厂一般都配有自备热电站或锅炉房,国家标准《燃煤电厂大气污染物排放标准》(GB13223-91)和《锅炉大气污染物排放标准》(GB13271-91)中都对二氧化硫的排放作出了严格的规定。近几年随着国家对的日益重视,国家环保局1999年颁布了新的《锅炉大气污染物排放标准》(GWPB3-1999)以代替GB13271-91标准,对二氧化硫排放提出了更高的要求:即从2001年1月1日起,建成使用的燃煤锅炉中二氧化硫含量的排放要达到900mg/m3以下。这样对我们在设计燃烧高硫份燃料煤锅炉烟气方面增加了一定的难度。目前,对于一般大中型火力发电厂,我国已经建成了几个较大的烟气脱硫工程,但全部都是由国家资助引进外国设备或技术进行建设。这些项目投资大、工期长、而且布点少,不能从根本上解决大气中二氧化硫的污染问题,所以我们必须走适合本国国情的道路,要由中国人自己设计和制造烟气脱硫设备来满足中国环保的要求。特别是作为耗煤大户的化工,怎样利用其特点,有效地利用自身条件做好烟气脱硫工作,意义十分重大。
        鉴于目前国内烟气脱硫设备还极不完善的情况,本文就我们在设计中针对具体工程怎样进行锅炉烟气除尘脱硫的具体做法作一简要的介绍。
二、工程设计实例
        云南某化肥厂与合成氨及尿素配套的2×20 t/h次中压链条锅炉,燃料煤分析含硫分高达2.1%,属高硫煤,低位发热量20070KJ/Kg。根据计算,锅炉排出烟气原始SO2浓度为:
 
    Bj ---接入烟囱总耗煤量
     q4 ---锅炉机械未完全燃烧损失,%
     sy ---燃料中应用基含硫分,%
     k ---燃料应用基在锅炉内转变为SO2的份额,%
     MSO2---烟囱排入大气的SO2排放量
        通过计算得到MSO2=278.5kg/h,根据烟气量折算成每立方米毫克即3935mg/m3。
        该地区属旅游区,当地环保部门要求烟气SO2排放要达到当时国家环保部门规定的1200mg/m3以下,这就要求脱硫设备的脱硫效率必须在69.5%以上。如果选用专门的脱硫设备,在当时的情况下,从脱硫设备技术和投资状况等因素方面考虑都是根本不可能的,我们经过方案论证,最终选用了双文丘里、主筒带内筒及溢水槽、一层旋流隔板和一层脱水器的除尘、脱硫一体化水膜除尘脱硫装置。该装置全部采用花岗石制作(包括旋流隔板和脱水器),烟气从立式文丘里进入,再进入水平段文丘里,烟气通过两级文丘里喉部产生负压,在此处绝热膨胀而冷凝,以粉尘颗粒为核心,蒸汽冷凝在其上。进入扩散管时,由于速度改变,三相气流因惯性不同而产生相互碰撞,带尘液滴越来越大,当烟气由切向进入主筒时,带尘液滴由于随水膜向下通过水封槽溢流入灰水沟,初步净化后的烟气沿主筒继续向上流动,通过与水平面成一定角度的旋流隔板继续加强烟气和除尘脱硫水的混合与反应,旋流隔板上设置有水喷嘴,为使烟气尽量不带水,保证引风机的安全运行,在主筒烟气出口处设置了脱水器。除尘脱硫冲灰水通过灰沟排入沉灰池进行沉淀,沉淀以后的灰渣由汽车送往附近的砖瓦厂,沉淀后的冲灰水通过过滤后进入清水池,一般这时澄清水的PH值约为4-5。根据该厂的特点,化工生产过程产生一定量的尿素(带碱性),该部分也是一般工厂环保要求中不好处理的,经平衡计算,该用于灰水处理加药剂,其剂量和化学成分刚好合适,实际加入量根据现场实测水中PH值而确定,灰水补充水补入清水池中,一般要求混合水的PH值在10-12左右为宜。加入尿素废液后的除尘冲灰水再由泵打入除尘脱硫装置循环使用。这里必须说明的是,由于除尘脱硫冲灰水中酸性较大,冲灰沟和沉灰池壁必须采用花岗岩或其它耐酸材料衬垫,冲灰循环水中碱性较大,应定期进行酸洗,以防管内壁结垢。同时,该除尘脱硫一体化装置阻力相对较大,必须根据锅炉空气动力参数及管道布置情况、除尘脱硫装置阻力选用合适的引风机。
该除尘脱硫一体化装置与一般文丘里水膜的主要区别是充分加强了含尘、含硫烟气与碱性(除尘水)水的混合机会,使其充分在文丘里、旋流隔板等不同部位不断加强烟气与水的混合与反应,最终达到除尘和脱硫的目的。
        锅炉正式运行后,当地环保部门对该除尘脱硫一体化装置进行了较为全面的测试,其中除尘效率为97.8%,脱硫效率为59.5%。按此实际脱硫效率,理论上烟囱中烟气SO2排放量为1593.7mg/m3,与国家环保局当时规定的1200mg/m3的排放标准已相差不远,烟气中含尘量完全满足200 mg/m3的排放要求。经计算,采用这种除尘脱硫一体化装置,如果当初在锅炉选型时将链条炉改用循环流化床锅炉,其烟囱中二氧化硫的排放浓度会达到、甚至低于国家规定的排放要求。
按当时的市场价格,两台锅炉烟气除尘脱硫一体化装置及灰水处理系统设备、土建及管道安装费用约128万元,与专门脱硫装置或电除尘、布袋除尘装置相比,投资要低得多,且装置经久耐用,运行费用低。
三、一点体会
        一般情况下,化工厂自备热电站或锅炉房对整个化工生产装置来讲,只是一个辅助性的公用工程设施。按目前的情况,对燃用高硫分煤地区,如云南、贵州、四川、福建等地,工厂还不可能会拿出很大一部分资金,为这些工业锅炉设置从国外引进设备或技术的脱硫装置,而必须利用每个工厂不同的特点因地制宜地进行设计,选择适合于化工特点、尽量满足国家环保要求的锅炉烟气脱硫装置。为此,针对每一个具体工程,特别是那些燃烧含硫份较大燃料的中、小型锅炉,设计时应考虑以下因素:
1、设计尽量选用循环流化床锅炉
        大家知道,循环流化床锅炉除具有煤种适应性广、燃烧效率高等优点外,还有一个较大的特点是低温燃烧(炉膛温度一般为850~950℃左右),这样减少了炉内SO2和NOX的生成量。根据经验统计,一般燃料煤中的硫分在循环流化床锅炉内转化的份额为0.65-0.7,其它炉型在炉内的转化份额一般取0.75-0.9。如果在燃料煤中掺入适量的石灰石,脱硫效果则更好,当然这样会增加一定的运行费用。
2、改进除尘脱硫一体化装置的结构
        单从脱硫的角度出发,为了达到碱性水和含硫烟气充分混合反应的目的,而又不过分加大装置本身阻力,我们在其后的工程设计中取消了装置的文丘里部分,旋流隔板由原来的一层增加到三层,每层旋流隔板上配有水喷嘴,保留原有主筒上的溢流槽和内筒,增加副筒,每层旋流隔板上旋流片数量可根据运行情况进行适当调整,与水平面的安装角度,装置生产厂家已经积累了一定的经验,一般为150-250为宜。
另外花岗石制作时,要选料精良(包括粘接材料),内壁光滑,施工安装符合规范要求,同时在运行中要加强对设备的检测管理。
3、灰水处理系统要注意防止二次污染
        一般锅炉灰渣可用于建材(制砖、制水泥、铺路)、填埋等,工程建设时应充分考虑这些灰渣的去向,同时在厂区或厂外要留有一定的临时灰渣场场地。
灰水根据现场情况可考虑采用常规沉灰池、快速、污水净化器、浓缩池等方案,真正做到污水闭路循环。有关除尘系统设备如灰浆泵等,除应具有一定的防腐功能外,还应留有较大的备用余地。
4、加药药剂的选取
烟气脱硫就是把烟气中的SO2转化成其它化合物从烟气中除掉,所以一般碱性物质如石灰石、氨、氢氧化钠、化工厂废烧碱、废尿液等均可作为烟气脱硫的加药剂。尽量做到就地取材、利用是减少运行费用的根本途径。
5、加强对水质的监测
        灰水成分随着锅炉燃料和运行状况的变化而变化,因此,工厂管理人员应高度重视,操作人员应经常对灰水PH值进行监督和测量,以便根据实测值确定加药剂量的多少。
四、结束语
        花岗石材料我国储量非常丰富,取之不尽、用之不褐,且防腐功能好、使用寿命长、价格低廉。目前,该除尘脱硫一体化装置配套锅炉可达到220t/h(一台炉配两台或四台装置并联运行),福建、浙江、湖南等地厂家较多。随着烟气脱硫技术的不断发展,该装置还可以根据其基本原理不断改进完善。作为将来彻底解决大气硫污染的过渡,对中、小型锅炉烟气处理采用这种简单的除尘脱硫一体化装置,既达到了一定脱硫效果,又节省投资、减少运行费用,不失为一种切实可行的办法。当然在目前形势下,当务之急还是必须加快我国真正的烟气脱硫设备的国产化工作,彻底解决大气中硫的污染问题,为子孙后代造福。

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