處理高濃度粉塵的除塵器的選擇
密相干塔煙氣脫硫技術(shù)是由北京科技大學(xué)環(huán)境工程中心開發(fā)的一種先進(jìn)的脫硫工藝。它屬于半干法煙氣脫硫技術(shù),具有脫硫效率高、無廢水產(chǎn)生,而且工藝流程簡單、投資運(yùn)行費(fèi)用低、占地面積小、運(yùn)行可靠等優(yōu)點(diǎn)。該工藝的基本原理是利用干粉狀的鈣基吸收劑(常用石灰) 在加濕器內(nèi)進(jìn)行增濕消化后,進(jìn)入密相干塔與塔內(nèi)下行的含二氧化硫煙氣進(jìn)行反應(yīng)。反應(yīng)產(chǎn)物是不斷循環(huán)利用的,因此吸收劑的有效利用率很高。最終產(chǎn)物排出灰倉后由氣力輸送裝置外送,其工藝流程如圖1 所示。
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密相干塔煙氣脫硫工藝多是應(yīng)用在處理電廠煙氣,本文介紹的是用來處理鋼鐵廠燒結(jié)煙氣。除塵器在該系統(tǒng)中是將脫硫劑截留下來進(jìn)行再循環(huán)。進(jìn)入除塵器的粉塵質(zhì)量濃度很高,可以達(dá)到500～1 000 g/ m3 ,對(duì)除塵器的要求很高。
1 脫硫循環(huán)灰的物理化學(xué)性質(zhì)
在密相干塔煙氣脫硫工藝中,脫硫劑為Ca (OH) 2 ,而脫硫循環(huán)灰卻含有多種成分,除了有進(jìn)入脫硫塔煙氣中未處理的飛灰以外,還有在脫硫塔中反應(yīng)生成的硫酸鈣、亞硫酸鈣、以及過剩的氫氧化鈣。
1. 1 粉塵粒徑分布
對(duì)于本脫硫系統(tǒng)采用的脫硫劑的的粒徑是很小的,經(jīng)過反應(yīng)及脫硫塔內(nèi)部的攪動(dòng)之后,會(huì)變得更細(xì),其粒徑分布如表1。
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1. 2 粉塵電阻率
脫硫循環(huán)灰的成分復(fù)雜,對(duì)于系統(tǒng)中不同部位的粉塵, 其電阻率是不一樣的。根據(jù)燒結(jié)除塵灰的電阻率大小(如表 2) ,以及加入的脫硫劑和反應(yīng)生成的產(chǎn)物可以推測出此脫硫工藝的脫硫循環(huán)灰的電阻率的范圍。
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從密相干塔出來的煙氣,即進(jìn)入除塵器的煙氣溫度至少要在90 ℃以上,才保證除塵器的出口煙氣溫度在煙氣露點(diǎn)之上10～20 ℃,因此其電阻率至少要在109 數(shù)量級(jí)。又由于從密相干塔中過來的脫硫循環(huán)灰的鈣化合物含量高,電阻率會(huì)增高很多,可達(dá)1010～1012Ω·cm ,考慮到在實(shí)際運(yùn)行中粉料中加入一定量的水分,會(huì)使得電阻率變小,但其貢獻(xiàn)率是很小的,總體上仍會(huì)在109～1011Ω·cm之間變動(dòng)。
1. 3 其他
脫硫循環(huán)灰的含水率一般在1 %～3 %之間,具有較好的流動(dòng)性,但由于其中CaO 的含量較高,使得其粉塵黏度相對(duì)較大。
2 除塵器的選擇
隨著國家新的環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)的頒布,除塵器能否達(dá)到出口排放量≤50 mg/ m3 成為決定干法、半干法煙氣脫硫工藝是否可行的關(guān)鍵。近年來,國內(nèi)外除塵技術(shù)得到了迅猛發(fā)展,應(yīng)用在干法、半干法煙氣脫硫工藝中的除塵器主要有布袋除塵器和靜電除塵器。對(duì)于密相干塔煙氣脫硫工藝,選擇一種比較適合的除塵器是非常重要的。
2. 1 布袋除塵器和靜電除塵器的技術(shù)性能比較
比較布袋除塵器和靜電除塵器的技術(shù)性能,可以從適合處理煙氣的濃度、不同粒徑粉塵的除塵效率、粉塵的電阻率上進(jìn)行分析。
(1) 處理粉塵濃度。布袋除塵器適合處理各種質(zhì)量濃度粉塵(最高可達(dá)1 000 g/ m3) 、低排放(50 mg/ m3) 的工況;而靜電除塵器適合處理粉塵濃度不高、煙氣出口濃度要求不是很高的工況。當(dāng)粉塵質(zhì)量濃度大于30 g/ m3 時(shí),對(duì)靜電除塵器需設(shè)有預(yù)除塵裝置[1 ] 。
本脫硫工藝中進(jìn)入除塵器的粉塵質(zhì)量濃度可達(dá)500～ 1 000 g/ m3 ,選用布袋除塵器是比較合適的,若選用靜電除塵器,則需設(shè)置預(yù)除塵裝置,以使進(jìn)入靜電除塵器的粉塵質(zhì)量濃度在30 g/ m3 以下。
(2) 不同粒徑粉塵的除塵效率。對(duì)于布袋除塵器,總的除塵效率可以保證大于99. 9 % , 粉塵排放質(zhì)量濃度在 50 mg/ m3 以下。只是對(duì)于粒徑為0. 3μm 左右的粉塵,濾料的過濾效率最低。這是因?yàn)檫@一粒徑范圍的塵粒正處于慣性與攔截作用的下限、擴(kuò)散捕集作用范圍的上限。本脫硫系統(tǒng)中的粉塵粒徑在0. 5μm 以下的很少,對(duì)除塵效率不會(huì)產(chǎn)生大的影響[2 ] 。
而對(duì)靜電除塵器,用來處理燒結(jié)灰, 其分級(jí)除塵效率如表3 所示。由表中可以看出, 粉塵的粒徑由小變大時(shí), 分級(jí)效率先變大后變小然后再變大, 這就說明靜電除塵器對(duì)一定粒徑范圍內(nèi)的粉塵有較大的除塵效率。對(duì)燒結(jié)灰來說, 1. 366～2. 026μm 范圍可能就是適合于電除塵器的粒徑范圍。粒徑分布在3～12μm 的粉塵的除塵效率卻低很多,到粒徑分布大于12μm以后又略有上升,其原因可能是大于這一粒徑的粉塵主要是重力除塵而不是靜電除塵。
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對(duì)于在密相干塔煙氣脫硫工藝中的脫硫循環(huán)灰的粒徑, 主要分布在2～6μm ,占了85 %左右,而大于12μm 的粉塵占了10 %左右。因此,若應(yīng)用靜電除塵器,其總的除塵效率就相應(yīng)不會(huì)太高,而應(yīng)用布袋除塵器,其除塵效率仍會(huì)保持很高。
(3) 粉塵的電阻率。布袋除塵器對(duì)所處理粉塵的電阻率沒有要求;靜電除塵器適合處理電阻率值在104～1010Ω·cm 的粉塵。如果粉塵的電阻率較高,則導(dǎo)電性能差,應(yīng)用靜電除塵器則會(huì)有很多粉塵很難被捕集,容易產(chǎn)生反電暈,使除塵效率降低。
本脫硫工藝中的循環(huán)灰的電阻率在109～1011Ω·cm 之間,對(duì)于靜電除塵器的除塵效率產(chǎn)生一定的影響。
(4) 其他。脫硫循環(huán)灰的黏度較大,如果采用靜電除塵器,容易使粉塵粘附在收塵極板上,會(huì)增加用電負(fù)荷。而對(duì)布袋除塵器,此粉塵的黏度不會(huì)對(duì)布袋產(chǎn)生太大影響。
總的來說,布袋除塵器比靜電除塵器處理此高濃度粉塵在技術(shù)上有一定的優(yōu)勢。根據(jù)實(shí)際情況,靜電除塵器對(duì)于處理較高濃度的粉塵,在運(yùn)行了幾年之后,其除塵效率一般都要低于設(shè)計(jì)除塵效率,使得出口粉塵濃度比設(shè)計(jì)的出口粉塵濃度大,從而使得煙氣排放不一定能達(dá)標(biāo)[2 ] 。
另外,在干法、半干法煙氣脫硫工藝中,應(yīng)用布袋除塵器還可以起到二次脫硫的目的。據(jù)研究資料表明,一般認(rèn)為, 布袋除塵器對(duì)脫硫系統(tǒng)脫硫效率的貢獻(xiàn)率為10 %～20 %。 Blythe 等人中試表明,布袋除塵器有顯著的脫硫效果。雖然靜電除塵器也可以起到一定的脫硫效果,但相比布袋除塵器,其對(duì)整個(gè)系統(tǒng)脫硫效率的貢獻(xiàn)率要小得多。
2. 2 布袋除塵器和靜電除塵器的經(jīng)濟(jì)性能比較
(1) 固定投資。靜電除塵器的固定投資一般大于布袋除塵器。當(dāng)處理風(fēng)量大于17 000 m3/ h、粉塵質(zhì)量濃度大于 30 g/ m3 的煙氣時(shí),需設(shè)預(yù)除塵器,以使得入口含塵質(zhì)量濃度在30 g/ m3 以下,綜合起來其固定投資跟布袋除塵器差不多。
對(duì)于布袋除塵器,根據(jù)所選濾袋材料的不同,其投資費(fèi)用也是相差很多的,如果采用國外進(jìn)口、質(zhì)量好的濾袋,其投資可能還會(huì)比靜電除塵器高些。
(2) 運(yùn)行費(fèi)用。布袋除塵器的運(yùn)行費(fèi)用一般比靜電除塵器要高,但如果靜電除塵器處理高電阻率、高濃度的粉塵時(shí), 由于要保證除塵效率,又要使得出口含塵濃度保持很低,則需進(jìn)行改進(jìn),其運(yùn)行費(fèi)用和布袋除塵器就會(huì)差不多[3 ] 。
(3) 排污收費(fèi)。現(xiàn)在調(diào)整新的環(huán)境政策,實(shí)行對(duì)總量排污進(jìn)行收費(fèi)。對(duì)于靜電除塵器,其每年的排污費(fèi)用相比布袋除塵器多出很多,這也是一項(xiàng)很大的支出。
(4) 綜合分析。對(duì)于處理高濃度、高電阻率的粉塵,從固定投資、運(yùn)行費(fèi)用以及排污總量收費(fèi)等方面進(jìn)行考慮,布袋除塵器和靜電除塵器的綜合費(fèi)用相當(dāng)。
2. 3 綜合比較分析
從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)方面綜合分析,對(duì)于處理高濃度的粉塵, 如果采用靜電除塵器,雖然在今后的運(yùn)行費(fèi)用上可能有優(yōu)勢,但在技術(shù)上冒著達(dá)不到設(shè)計(jì)除塵效率的風(fēng)險(xiǎn),也意味著達(dá)不到國家要求的煙塵排放標(biāo)準(zhǔn),將面臨巨額罰款甚至停產(chǎn)的危險(xiǎn)。
另外,在處理高濃度粉塵上,應(yīng)用布袋除塵器,其環(huán)保效益、社會(huì)效益優(yōu)于靜電除塵器;在經(jīng)濟(jì)效益上如果處理高電阻率、高濃度粉塵,與靜電除塵器相當(dāng)。因此,對(duì)于處理高濃度粉塵,選用布袋除塵器優(yōu)于靜電除塵器。
3 中試試驗(yàn)
試驗(yàn)在某鋼鐵公司燒結(jié)廠進(jìn)行。本次試驗(yàn)的目的主要是驗(yàn)證密相干塔煙氣脫硫工藝在不同的Ca/ S 條件下,測試系統(tǒng)的脫硫效率和出口SO2 濃度,從而找到最佳的Ca/ S ,以及布袋除塵器作為系統(tǒng)的除塵系統(tǒng),驗(yàn)證其在此脫硫工藝中的適用性。
3. 1 試驗(yàn)裝置及參數(shù)
密相干塔煙氣脫硫工藝的除塵系統(tǒng)包括布袋除塵器本體, W 0. 3/ 8 型空氣壓縮機(jī)(2. 5 kW) 1 臺(tái), 0. 2 m3 的儲(chǔ)氣罐1 臺(tái), SAYF 0. 5 型油水分離器1 臺(tái)。布袋除塵器處理煙氣量為2 000～2 500 m3/ h (80 ℃) , 入口煙塵質(zhì)量濃度≥ 300 g/ m3 ,出口煙塵質(zhì)量濃度≤50 mg/ m3 ,除塵器設(shè)計(jì)阻力損失≤1 500 Pa。
3. 2 試驗(yàn)結(jié)果及分析
試驗(yàn)從2004 年11 月開始,由于試驗(yàn)是以測試系統(tǒng)的脫硫效率為主,只在試驗(yàn)的最后階段對(duì)除塵系統(tǒng)的除塵效率進(jìn)行了測試。測量結(jié)果如表4。
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在此脫硫工藝中,進(jìn)入布袋除塵器的粉塵質(zhì)量濃度達(dá)到 300 g/ m3 以上,由于粉塵濃度太高,需調(diào)節(jié)布袋除塵器過濾風(fēng)速在比較小的范圍內(nèi),平均為0. 52 m/ min。在整個(gè)試驗(yàn)過程中,布袋除塵器運(yùn)行正常,濾料完好,除塵效率達(dá)99. 99 % 以上,出口質(zhì)量濃度控制在50 mg/ m3 以內(nèi),完全滿足排放要求,如表3 所示,系統(tǒng)壓力損失在900～1 200 Pa。布袋除塵器的正常運(yùn)轉(zhuǎn),保證了整個(gè)脫硫中試的順利進(jìn)行。
4 結(jié)論
本文介紹了密相干塔煙氣脫硫工藝,及該工藝對(duì)除塵器的要求。通過對(duì)常用的布袋除塵器和靜電除塵器的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較,認(rèn)為布袋除塵器應(yīng)用在處理高濃度粉塵,且要求低排放的工況時(shí)優(yōu)于靜電除塵器。通過在燒結(jié)廠進(jìn)行的脫硫中試進(jìn)一步驗(yàn)證了布袋除塵器對(duì)于整個(gè)工藝是完全適用的, 且能達(dá)到很好的除塵效果,各方面參數(shù)滿足要求。因此,對(duì)于密相干塔煙氣脫硫工藝,選擇布袋除塵器作為該脫硫系統(tǒng)的除塵設(shè)備是合適的。
參考文獻(xiàn)
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3 陳彬. 200MW機(jī)組煙氣脫硫系統(tǒng)方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較. 東北電力技術(shù),2004 (12) :6～9
作者簡介 周景偉,1979 年生,男,北京科技大學(xué)土木與環(huán)境工程學(xué)院碩士研究生,研究方向:煙氣脫硫除塵。
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