全沸騰式燃煤鍋爐煙氣脫硫除塵技術的研究
鍋爐燃煤和冶煉礦物等生產過程中，產生大量含SO2煙氣，污染大氣環境，造成酸雨危害。酸雨已成為當今人類面臨的重大環境問題之一。目前，我國每年排放的SO2已達2000多萬噸，酸雨面積已達國土面積的1/3以上。酸雨已成為制約我國經濟發展的重要因素。控制SO2，Nox等排放是防止酸雨的關鍵措施。
煙氣脫硫是目前最主要的脫硫方式，是控制酸雨和SO2污染的主要技術途徑。迄今為止，國內外已開發出數百種煙氣脫硫技術，可被分為干法和濕法兩大類。濕法脫硫技術具有脫硫與除塵可同時兼顧，機動靈活，適用性強，投資省和運行費用低的特點，被環保部門和有關專家學者認為是一項適合我國國情的實用技術。全沸騰式脫硫除塵器是針對燃煤鍋爐煙氣的特點，而開發研究出的一種新型濕法煙氣脫硫除塵技術。本文主要介紹全沸騰式脫硫除塵器的基本工作原理，裝置結構型式及主要特點，主要技術經濟指標及適用范圍，實際應用等。
一、工作原理及脫硫除塵機理
（一）工作原理
全沸騰式脫硫除塵器的基本工作原理較簡單，就是含SO2和煙塵的煙氣從脫硫除塵器下部進入，合理布風使煙氣流由下而上通過孔板上的水層，當氣流速度控制在一定范圍時，可在孔板上形成沸騰層，在沸騰中氣泡不斷破裂、合并又重新生成。沸騰床的高度和強度，通過溢流裝置保持穩定，過多的水通過溢流裝置和孔板滲漏至除塵器下部的灰渣槽中。當含SO2和煙塵的煙氣在通過沸騰層時，通過氣水接觸，傳質和各種機理的綜合作用下，煙氣得到凈化，達到脫硫除塵的目的。
1、除塵機理
當含塵煙氣穿過脫硫除塵器孔板上的水層時，其除塵過程可分為三個階段：
一是水、煙氣接觸進行部分熱交換階段。
二是形成沸騰階段。
三是在水沸騰后粉塵的捕集階段。
粉塵捕集機理主要有慣性，擴散和凝并。在煙氣穿過孔板與其水層發生碰撞，使液面發生彎曲變形，一部分水氣在水層上部自然形成高密度的霧區，同時絕大多數粒徑較大的塵粒在慣性的作用下，在沖入水層時被捕獲。周而復始的煙氣不斷沖擊，液面不斷彎曲變形，達到一定程度后，沸騰完全形成了。沸騰的氣泡劇烈地攪動、翻滾、破裂、合并、再生，形成了極大的氣液接觸面積。當煙塵與其接觸時，由于慣性、擴散和凝并等作用而被捕集，達到凈化目的。
2、脫硫機理
全沸騰式脫硫除塵器的脫硫機理與是否使用脫硫劑有關。對于不同煤質燃煤煙氣，根據煙氣含SO2濃度，利用全沸騰式脫硫除塵器進行脫硫，可靈活選用脫硫劑。根據全沸騰式脫硫除塵器的特點，開發研究了一種新型tl—01脫硫劑。它主要由表面活性劑和過渡性金屬離子等組成。其脫硫機理是一種液相催化作用，能使煙氣中SO2催化氧化成SO3，用水吸收生產稀硫酸，從而達到脫硫的目的。據應用試驗結果，其脫硫效率達到85—98%以上，運行成本低，簡便經濟。
二、裝置機構主要特點及技術經濟指標
（一）、裝置結構主要特點
全沸騰式脫硫除塵器主要由進氣管、下孔板、上孔板、筒體、脫水器、出氣管、排水口及除泡裝置等部分組成。它與以往的濕法脫硫除塵器相比，具有以下顯著特點：
1、采用雙層孔板，下層孔板孔徑比上層孔板的稍大。這樣當含塵氣流通過下層孔板時，粗大粉塵和一部分細小粉塵便被捕集下來，上層孔板的負荷自然減輕，用不同孔徑的孔板產生不同直徑的氣泡，可以用來高效處理不同的粉塵，保證沸騰順利進行和防止堵塞現象的產生。
2、將兩孔板間的豎直距離適當配置，可以防止兩層孔板的水質相互影響。
3、使用特殊的材料做孔板，這種板材強度高、耐高溫、抗氧化、抗介質腐蝕，尤其是它的導磁率很小的特性，從而解決了孔板易堵塞易腐蝕的缺陷。
4、筒體可根據實際情況，靈活采用不同材質制成。可采用花崗巖砌筑筒體，充分利用花崗巖質均、耐磨和耐腐蝕的優良特性，或采用高強度石英砂同樹脂結合為人造花崗巖，或采用不銹鋼為筒體等。
5、采用除泡裝置和旋流式脫水器，可以獲得在阻力損失不大情況下近100%的脫水效果，解決了過去風機帶水或擋水板堵塞的問題。
6、孔板下布置一層噴嘴，一方面用于清除孔板下和塔壁上的積灰，防止堵塞，同時對高溫煙氣也能進行降溫增濕處理，延長孔板的使用壽命，提高效率。
（二）、主要技術經濟指標及適用范圍
1、主要技術經濟指標
脫硫效率視使用脫硫劑而定，一般為60—98%；除塵效率為96—99%；阻力損失800—1300pa；氣流速度0.8—3.8m/s；液氣比0.2—0.3l/Nm3；可利用廢堿液、tl—01等脫硫劑；脫硫運行費用0.04—0.14元/kg.SO2；投資小，占地面積小，運行簡單可靠。
2、適用范圍
全沸騰式脫硫除塵器效率高，經濟實用，安全可靠，很好地解決了脫硫除塵、廢水處理、綜合利用三者相統一問題。解決了設備本身如風機帶水、銹蝕、堵塞、效率不高和工況不穩定等這些問題。采用水渣漿分離裝置，灰渣可以干燥運出，水可以循環使用，灰水分離效果很好。是一種高效較理想的脫硫除塵設備，可配套使用在1—130t/h鍋爐（鏈條爐、往復爐、沸騰爐、拋煤爐、粉煤爐）各種化工、冶金等行業的粉塵廢氣治理工程，應用范圍廣泛，前景很好。
三、應用實例
（一）、鏈條爐的煙氣處理
1、應用條件簡介
1998年，全沸騰式脫硫除塵器在某公司5#鍋爐進行應用。5#鍋爐為20t/h鏈條爐，原采用麻石水膜除塵器，脫硫除塵效果不理想。為節省投資，公司要求將麻石水膜除塵器改造成全沸騰式脫硫除塵器。設備主體采用了原麻石水膜除塵器筒體，對進風口進行了調整，內部結構采用雙層篩板，采用不銹鋼制成，達到表面光滑、強度高、耐溫、耐腐蝕作用。下層篩板孔徑比上層稍大。采用了不銹鋼材料制成嶦式擋水板，解決了風機帶水問題。脫硫除塵器高13.5m，內徑2m。改造后脫硫除塵工藝流程如圖2所示。鍋爐煙氣經過噴淋預處理后，進入全沸騰式脫硫除塵器，進行脫硫除塵，凈化后的煙氣由引風機抽至煙窗排放到大氣。脫硫除塵器內流出的灰渣水進入分離池，進行灰水分離，灰渣濾干后回收利用，水循環使用。
2、脫硫除塵效果
全沸騰式脫硫除塵設施于98年3月運行以來，鍋爐在正常負荷運行時，引風機電流穩定，脫硫除塵器阻力小，水系統循環正常，補充水利用鍋爐出渣冷卻水，利用灰渣水澄清后循環使用脫硫除塵，不需另添加脫硫劑，操作方便，運行正常。脫硫和除塵效果測試委托江西省環保監測站負責完成。SO2濃度和煙塵濃度測定嚴格按有關測試方法要求進行。監測結果見表1。
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表1 SO2和煙塵測定結果表
從表1可知，煙氣經全沸騰式脫硫除塵器處理后，SO2排放濃度為796mg/Nm3，排放量42.8kg/h，脫硫效率63.9%，煙塵排放濃度為125.2mg/Nm3，排放量4.66kg/h，除塵效率96.3%。so2排放濃度低于國家排放標準1200mg/Nm3；煙塵排放濃度低于GB13271—91中的二類標準250mg/Nm3，符合國家環保排放標準，達到了預期的煙氣治理目標。
3、社會經濟效益分析
該公司地處市區，煙塵和SO2濃度排放控制很嚴。5#鍋爐脫硫除塵經過改造后，煙塵排放濃度和SO2排放濃度低于國家排放標準，為改善大氣環境起到重要作用，周圍環境明顯好轉，為此居民反應良好。由于使用循環用水，運行費用低，據估算運行費用遠低于煙塵和SO2超標排污費用，脫硫運行費用僅為0.08元/kg.SO2，低于SO2排放費用0.2元/kg.SO2，取得了較好的社會經濟效益。
（二）、沸騰爐的煙氣處理
2000年8月,全沸騰式脫硫除塵器在某公司鍋爐進行應用。鍋爐為15t/h的沸騰爐，原采用旋風器除塵，除塵效果較差，除塵效率只有69.8%，無脫硫功能。公司要求對其進行改造，達到脫硫除塵的目的。將原旋風器除塵撤除，改用全沸騰式脫硫除塵器進行除塵脫硫。筒體直徑為1.8m,煙氣處理量為45000m3/h。使用tl-01脫硫劑進行脫硫，水溶液循環使用，當溶液ph值達到2左右時，添加適量石灰中和。
經環保局環境監測站檢測，除塵效率達到98.3%,脫硫效率達93.6%。煙氣排放含塵濃度為122.3mg/Nm3,SO2排放濃度為206.1mg/Nm3,遠低于國家允許排放濃度標準。運行可靠，用戶反映良好，脫硫運行費用0.01元/kg.SO2，取得了較好的環境效益和社會經濟效益。
四、結語
全沸騰式脫硫除塵器是一種新型高效脫硫除塵設備，以其獨特的技術特點和卓越的技術經濟技術性能而挺進市場。目前該技術已在多家企業的不同鍋爐上使用，取得了較好的運行效果，用戶反映良好。這是一項較理想的濕法脫硫除塵技術，相信將會受到廣大用戶的歡迎。
[參考文獻]
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