旋轉(zhuǎn)噴霧干燥法煙氣脫硫工藝優(yōu)化及煙氣實(shí)測(cè)分析

金文海，施鳳甡

（上海紡織節(jié)能環(huán)保中心，上海200082）

燃煤鍋爐煙氣脫硫按照脫硫方式和產(chǎn)物的處理形式劃分可以分為濕法、干法和半干法3大類［1］。其中，半干法煙氣脫硫技術(shù)兼有干法與濕法的一些特點(diǎn)，是脫硫劑在干燥狀態(tài)下脫硫，在濕狀態(tài)下再生或者在濕狀態(tài)下脫硫，在干狀態(tài)下處理脫硫產(chǎn)物的煙氣脫硫技術(shù)。其既具有濕法脫硫反應(yīng)速度快、脫硫效率高的優(yōu)點(diǎn)，又具有干法無污水和廢酸排出，脫硫后產(chǎn)物易于處理的優(yōu)點(diǎn)而受到人們廣泛的關(guān)注［2］。半干法煙氣脫硫技術(shù)主要可分為旋轉(zhuǎn)噴霧干燥法、爐內(nèi)噴鈣加尾部增濕活化脫硫工藝（LIFAC）、煙氣循環(huán)流化床技術(shù)（CFB）、循環(huán)半干法脫硫工藝（NID），氣體懸浮吸收脫硫工藝（GSA）等［3－4］。

這里著重介紹半干法煙氣脫硫中，旋轉(zhuǎn)噴霧干燥法煙氣脫硫工藝在75t／h燃煤鍋爐工業(yè)化應(yīng)用后的系統(tǒng)特點(diǎn)，并對(duì)煙氣實(shí)際排放情況進(jìn)行討論與分析。

1 旋轉(zhuǎn)噴霧干燥法脫硫工藝概述

1.1 旋轉(zhuǎn)噴霧干燥法煙氣脫硫工藝簡介

工藝基本原理是利用高速旋轉(zhuǎn)的噴霧器，將經(jīng)過消化的生石灰漿液作為吸收劑以細(xì)小霧滴狀噴入脫硫吸收塔中，使具有很大表面積的吸收劑霧粒與煙氣充分接觸，發(fā)生強(qiáng)烈的化學(xué)反應(yīng)和熱交換，吸收煙氣中的SO2，同時(shí)煙氣中的余熱將吸收劑霧粒蒸干，脫硫副產(chǎn)品以干態(tài)顆粒進(jìn)入除塵器。為提高吸收劑的利用率和改善吸收塔內(nèi)的干燥特性，可將部分脫硫灰渣制成漿液進(jìn)行再循環(huán)。圖1給出了旋轉(zhuǎn)噴霧干燥法煙氣脫硫主要工藝流程，其中主要過程的反應(yīng)如下：

少量SO2參與下面的反應(yīng)：

還發(fā)生其他酸性物質(zhì)的反應(yīng)，包括SO3，HCl和 HF。這些少量的強(qiáng)酸物質(zhì)幾乎可以完全被吸收。

當(dāng)石灰作為反應(yīng)劑時(shí)，反應(yīng)產(chǎn)物有硫酸鈣、氯化鈣和氟化鈣。

圖1 旋轉(zhuǎn)噴霧干燥法煙氣脫硫工藝流程

1.2 旋轉(zhuǎn)噴霧干燥法煙氣脫硫工藝流程優(yōu)化

1.2.1 霧化干燥吸收系統(tǒng)

煙氣從位于吸收塔頂部的蝸殼狀煙氣分布器進(jìn)入吸收塔。頂部煙氣分布器可以使煙氣均勻分布，以保證煙氣與霧化漿液充分接觸。旋轉(zhuǎn)噴霧脫硫工藝的核心部件旋轉(zhuǎn)噴霧器，位于吸收塔的頂部，屋頂式煙氣分布器中間，通過轉(zhuǎn)速達(dá)上萬轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)輪將吸收漿液沿切線方向高速噴出，液滴粒徑為50μm。液滴在到達(dá)吸收塔壁前被全部干燥，在這過程中與煙氣中的SO2發(fā)生吸收反應(yīng)。由于煙氣在吸收塔內(nèi)有足夠的停留時(shí)間（一般大于10s），霧化液滴的初始速度很快，具有巨大表面積的顆粒有非常強(qiáng)的吸附作用，可脫除幾乎所有的SO2以及SO3，HCl，HF。

一套吸收塔系統(tǒng)主要由1臺(tái)直徑8m的碳鋼塔和1臺(tái)旋轉(zhuǎn)霧化器組成。旋轉(zhuǎn)霧化器能夠保證在漿液流量發(fā)生較大變化時(shí)，霧化液滴的粒徑分布不發(fā)生顯著改變。因此，在實(shí)際操作時(shí)，隨煙氣的流量、溫度和成分發(fā)生變化，所需的漿液流量會(huì)發(fā)生變化，但不會(huì)引起霧化液滴粒徑變化而導(dǎo)致脫硫效率的波動(dòng)。連續(xù)穩(wěn)定的噴霧性能是脫硫吸收和干燥過程能保持穩(wěn)定的基礎(chǔ)。該特性能使?jié){液在接近飽和溫度時(shí)，沒有水分凝積在吸收室壁上，這一點(diǎn)對(duì)于旋轉(zhuǎn)霧化器來說是至關(guān)重要的。

1.2.2 吸收劑儲(chǔ)存及制備系統(tǒng)

吸收劑儲(chǔ)存及制備系統(tǒng)主要由生石灰粉倉、流化風(fēng)機(jī)及電加熱器、倉頂除塵器、旋轉(zhuǎn)卸料閥、螺旋輸送機(jī)、消化器、消石灰漿液池、消石灰漿液泵及攪拌器等組成。

吸收劑采用生石灰粉，粒徑小于100μm，由密閉粉罐車將生石灰粉通過車載輸灰裝置送入生石灰粉倉。生石灰粉經(jīng)帶變頻裝置的旋轉(zhuǎn)卸料閥卸料后經(jīng)螺旋輸送機(jī)送入濕式消化器消化，并制成高濃度消石灰漿液。通過消化罐液位計(jì)控制旋轉(zhuǎn)卸料閥的卸料量，同時(shí)通過濃度計(jì)控制加入到消化罐的工藝水管道上的調(diào)節(jié)閥，使固體物含量不超過50%。

濃度為50%的消石灰漿液自流進(jìn)入消石灰漿液池，同樣通過濃度計(jì)控制加入到消化罐的工藝水管道上的調(diào)節(jié)閥，使固體物含量不超過25%。經(jīng)過攪拌稀釋后用泵送到吸收塔旋轉(zhuǎn)霧化器。消石灰漿液池上還設(shè)有振動(dòng)篩網(wǎng)過濾器，以清除大顆粒雜質(zhì)。

1.2.3 氣力輸送及灰?guī)煜到y(tǒng)

系統(tǒng)在PLC控制系統(tǒng)的控制下全自動(dòng)運(yùn)行。每臺(tái)爐分成1個(gè)輸送單元。同一單元中的倉泵同時(shí)進(jìn)料，同時(shí)排料。其基本運(yùn)行步驟如下：

（1）系統(tǒng)進(jìn)料：進(jìn)料閥密封圈卸壓，然后打開卸料閥及排氣閥，當(dāng)輸送系統(tǒng)中任一倉泵達(dá)到設(shè)定料位時(shí)（或者到達(dá)時(shí)鐘設(shè)定值時(shí)）系統(tǒng)被觸發(fā)。

（2）輸送：進(jìn)料圓頂閥閥芯關(guān)閉，密封圈加壓密封，并由壓力開關(guān)確認(rèn)已經(jīng)正常關(guān)閉，出料閥打開，同時(shí)進(jìn)氣閥組和補(bǔ)氣閥打開，壓縮空氣將灰從所有輸送器輸送到灰倉。

（3）系統(tǒng)復(fù)位：在進(jìn)氣管線上設(shè)有壓力開關(guān)，達(dá)到設(shè)定低值時(shí)，關(guān)閉壓縮空氣入口閥組，然后關(guān)閉出料閥，系統(tǒng)復(fù)位，等待下一個(gè)循環(huán)。

1.2.4 工藝特點(diǎn)

與其它的脫硫工藝不同的是，旋轉(zhuǎn)噴霧干燥法煙氣脫硫系統(tǒng)在整個(gè)過程中，吸收塔出口煙氣溫度始終保持在酸露點(diǎn)以上15℃左右；而且在吸收過程中，堿性吸收液吸收和中和了大于90%以上的SO3，酸露點(diǎn)的問題得以很好地解決。因此在脫硫系統(tǒng)的后續(xù)流程中，氣體冷凝、腐蝕和結(jié)垢等現(xiàn)象，都由于脫除了煙氣中的絕大部分酸性化合物而得以避免，也不必進(jìn)行煙氣的再加熱。在整個(gè)煙氣系統(tǒng)中不存在腐蝕問題，所以整個(gè)煙氣系統(tǒng)均由碳鋼構(gòu)成。

2 旋轉(zhuǎn)噴霧干燥法煙氣排放實(shí)測(cè)與分析

以某75t／h次高壓煤粉爐為例，生產(chǎn)過熱蒸汽，以供企業(yè)用汽。該鍋爐燃燒產(chǎn)生的廢氣脫硫除塵設(shè)施工藝，采用一電場(chǎng)電除塵器預(yù)除塵、旋轉(zhuǎn)霧化干燥塔，脫硫后煙氣經(jīng)布袋除塵器凈化后，由1根100m的排氣筒排放。

監(jiān)測(cè)因子為鍋爐出口和布袋除塵器出口煙氣中的二氧化硫、氮氧化物、煙塵、風(fēng)量等參數(shù)。測(cè)試時(shí)，進(jìn)口與出口同步進(jìn)行，連續(xù)測(cè)試3組數(shù)據(jù)。測(cè)試期間，鍋爐的負(fù)荷為設(shè)計(jì)能力的80%～93%。

2.1 煙氣常規(guī)監(jiān)測(cè)

按照《固定污染源排氣中顆粒物測(cè)定與氣態(tài)污染物采樣方法》［5］（GB／T 16157－1996）中相關(guān)方法，煙塵樣品的現(xiàn)場(chǎng)采集使用3012H自動(dòng)煙塵（氣）測(cè)試儀在煙道截面內(nèi)網(wǎng)格等速采集樣品，采集后的樣品（濾筒）放入105℃烘箱中烘1h后，取出置于干燥器中，冷卻至室溫，用感量0.1mg天平稱量至恒重。取采樣前后濾筒重量之差與采氣標(biāo)干體積，計(jì)算出煙塵濃度。

二氧化硫和氮氧化物使用德圖350XL便攜式煙氣分析儀，利用定電位電解法原理現(xiàn)場(chǎng)直接測(cè)量二氧化硫和氮氧化物的濃度。該鍋爐出口及脫硫裝置出口二氧化硫、氮氧化物、煙塵等污染因子實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)詳見表1。

表1 鍋爐進(jìn)出口煙氣監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)匯總

2.2 煙氣監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示：煙氣中二氧化硫、氮氧化物、煙塵濃度及煙氣黑度，均符合上海市《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB 31／387－2007）表1燃煤鍋爐中其他鍋爐B類區(qū)標(biāo)準(zhǔn)。其中，脫硫裝置對(duì)煙氣中二氧化硫的凈化效率為96.80%～98.67%；煙塵采用靜電式除塵器和布袋式除塵器兩級(jí)凈化，凈化效率均大于99.99%；而氮氧化物由于采用低氮燃燒器及自動(dòng)控制燃燒情況，其排放濃度也能達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。

而布袋除塵器出口標(biāo)干風(fēng)量比鍋爐出口標(biāo)干風(fēng)量大5.3%～13.3%?？赡艿脑蚴?，測(cè)試期間布袋除塵器的引風(fēng)量大小與期間的鍋爐負(fù)荷變化相關(guān)，其次是布袋除塵器運(yùn)行一段時(shí)間煙塵后輸送至收集裝置時(shí)，系統(tǒng)內(nèi)部壓力變化引起短時(shí)間內(nèi)的流速變化所造成。

3 結(jié) 論

旋轉(zhuǎn)噴霧干燥脫硫工藝相對(duì)其它脫硫方式的優(yōu)勢(shì)是脫硫裝置系統(tǒng)簡單、脫硫率高、負(fù)荷應(yīng)變能力強(qiáng)，對(duì)煙氣量和煙氣溫度變化的反應(yīng)靈敏；電力消耗低，是濕法的75%；水消耗量低，且可利用水處理系統(tǒng)中的酸堿廢水；對(duì)石灰質(zhì)量的敏感度低，再循環(huán)產(chǎn)物中的過量石灰可以作為吸收劑等優(yōu)點(diǎn)。

該工藝的技術(shù)重點(diǎn)是對(duì)自動(dòng)控制水平要求很高，不但要根據(jù)入口煙氣的SO2濃度迅速調(diào)節(jié)吸收劑的投入量，而且還要根據(jù)煙溫準(zhǔn)確調(diào)控加水量。在燃燒中、高硫煤的條件下，石灰用量會(huì)成倍增加，但石灰漿的濃度是有限度（50%）的，過高則流動(dòng)性差，影響霧化。因此需選用選用低硫（＜0.97%）煤作為燃料，并且在運(yùn)行過程中加強(qiáng)自動(dòng)控制水平，以避免不利影響。

由于旋轉(zhuǎn)噴霧干燥法煙氣脫硫工藝，在占地、造價(jià)、操作、調(diào)節(jié)、維護(hù)、副產(chǎn)品無二次污染等方面的優(yōu)點(diǎn)，這種工藝越來越受到廣泛青睞。所以隨著對(duì)旋轉(zhuǎn)噴霧干燥法煙氣脫硫工藝（半干法脫硫工藝）的深入認(rèn)識(shí)、研究和改進(jìn)，以及對(duì)脫硫灰綜合利用的開發(fā)，半干法脫硫工藝將會(huì)有更加廣闊的應(yīng)用前景。

［1］ 郝吉明，王書肖，陸永琪.燃煤二氧化硫污染控制技術(shù)手冊(cè)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2001.

［2］ 王 雷，章明川，周月桂，等.半干法煙氣脫硫工藝探討及其進(jìn)展［J］.鍋爐技術(shù)，2005，36（1）：70－74.

［3］ 葛介龍，張佩芳，周釣忠，等.幾種半干法脫硫工藝機(jī)理的探討［J］.環(huán)境工程，2005，23（4）：49－52.

［4］ 趙太平.旋轉(zhuǎn)噴霧煙氣脫硫工藝在黃島電廠的應(yīng)用評(píng)價(jià)［J］.電力環(huán)境保護(hù)，2001，17（4）：46－48.

［5］ 國家環(huán)境保護(hù)局.GB／T 16157－1996固定污染源排氣中顆粒物測(cè)定與氣態(tài)污染物采樣方法［S］.北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，1996.