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、投資運行費用低、占地面積小、運行可靠等優(yōu)點。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)進行增濕消化后,進入密相干塔與塔內(nèi)下行的含二氧化硫煙氣進行反應(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。

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行再循環(huán)。進入除塵器的粉塵質(zhì)量濃度很高,可以達到500～1 000 g/ m3 ,對除塵器的要求很高。

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)部的攪動之后,會變得更細,其粒徑分布如表1。

1. 2 　粉塵電阻率

脫硫循環(huán)灰的成分復(fù)雜,對于系統(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。

從密相干塔出來的煙氣,即進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之上10～20 ℃,因此其電阻率至少要在109 數(shù)量級。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,電阻率會增高很多,可達1010～1012Ω·cm ,考慮到在實際運行中粉料中加入一定量的水分,會使得電阻率變小,但其貢獻率是很小的,總體上仍會在109～1011Ω·cm之間變動。

1. 3 　其他

脫硫循環(huán)灰的含水率一般在1 %～3 %之間,具有較好的流動性,但由于其中CaO 的含量較高,使得其粉塵黏度相對較大。

2 　除塵器的選擇

隨著國家新的環(huán)保排放標準的頒布,除塵器能否達到出口排放量≤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。當粉塵質(zhì)量濃度大于30 g/ m3 時,對靜電除塵器需設(shè)有預(yù)除塵裝置[1 ] 。

本脫硫工藝中進入除塵器的粉塵質(zhì)量濃度可達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。只是對于粒徑為0. 3μm 左右的粉塵,濾料的過濾效率最低。這是因為這一粒徑范圍的塵粒正處于慣性與攔截作用的下限、擴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,對除塵效率不會產(chǎn)生大的影響[2 ] 。

而對靜電除塵器,用來處理燒結(jié)灰, 其分級除塵效率如表3 所示。由表中可以看出, 粉塵的粒徑由小變大時, 分級效率先變大后變小然后再變大, 這就說明靜電除塵器對一定粒徑范圍內(nèi)的粉塵有較大的除塵效率。對燒結(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。

對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)不會太高,而應(yīng)用布袋除塵器,其除塵效率仍會保持很高。

(3) 粉塵的電阻率。布袋除塵器對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,會增加用電負荷。而對布袋除塵器,此粉塵的黏度不會對布袋產(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)實際情況,靜電除塵器對于處理較高濃度的粉塵,在運行了幾年之后,其除塵效率一般都要低于設(shè)計除塵效率,使得出口粉塵濃度比設(shè)計的出口粉塵濃度大,從而使得煙氣排放不一定能達標[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,一般認為, 布袋除塵器對脫硫系統(tǒng)脫硫效率的貢獻率為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,其對整個系統(tǒng)脫硫效率的貢獻率要小得多。

2. 2 　布袋除塵器和靜電除塵器的經(jīng)濟性能比較

(1) 固定投資。靜電除塵器的固定投資一般大于布袋除塵器。當處理風量大于17 000 m3/ h、粉塵質(zhì)量濃度大于 30 g/ m3 的煙氣時,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。

對于布袋除塵器,根據(jù)所選濾袋材料的不同,其投資費用也是相差很多的,如果采用國外進口、質(zhì)量好的濾袋,其投資可能還會比靜電除塵器高些。

(2) 運行費用。布袋除塵器的運行費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, 由于要保證除塵效率,又要使得出口含塵濃度保持很低,則需進行改進,其運行費用和布袋除塵器就會差不多[3 ] 。

(3) 排污收費?，F(xiàn)在調(diào)整新的環(huán)境政策,實行對總量排污進行收費。對于靜電除塵器,其每年的排污費用相比布袋除塵器多出很多,這也是一項很大的支出。

(4) 綜合分析。對于處理高濃度、高電阻率的粉塵,從固定投資、運行費用以及排污總量收費等方面進行考慮,布袋除塵器和靜電除塵器的綜合費用相當。

2. 3 　綜合比較分析

從技術(shù)和經(jīng)濟方面綜合分析,對于處理高濃度的粉塵, 如果采用靜電除塵器,雖然在今后的運行費用上可能有優(yōu)勢,但在技術(shù)上冒著達不到設(shè)計除塵效率的風險,也意味著達不到國家要求的煙塵排放標準,將面臨巨額罰款甚至停產(chǎn)的危險。

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、社會效益優(yōu)于靜電除塵器;在經(jīng)濟效益上如果處理高電阻率、高濃度粉塵,與靜電除塵器相當。因此,對于處理高濃度粉塵,選用布袋除塵器優(yōu)于靜電除塵器。

3 　中試試驗

試驗在某鋼鐵公司燒結(jié)廠進行。本次試驗的目的主要是驗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),驗證其在此脫硫工藝中的適用性。

3. 1 　試驗裝置及參數(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(2. 5 kW) 1 臺, 0. 2 m3 的儲氣罐1 臺, SAYF 0. 5 型油水分離器1 臺。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)計阻力損失≤1 500 Pa。

3. 2 　試驗結(jié)果及分析

試驗從2004 年11 月開始,由于試驗是以測試系統(tǒng)的脫硫效率為主,只在試驗的最后階段對除塵系統(tǒng)的除塵效率進行了測試。測量結(jié)果如表4。

在此脫硫工藝中,進入布袋除塵器的粉塵質(zhì)量濃度達到 300 g/ m3 以上,由于粉塵濃度太高,需調(diào)節(jié)布袋除塵器過濾風速在比較小的范圍內(nèi),平均為0. 52 m/ min。在整個試驗過程中,布袋除塵器運行正常,濾料完好,除塵效率達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轉(zhuǎn),保證了整個脫硫中試的順利進行。

4 　結(jié)論

本文介紹了密相干塔煙氣脫硫工藝,及該工藝對除塵器的要求。通過對常用的布袋除塵器和靜電除塵器的技術(shù)經(jīng)濟比較,認為布袋除塵器應(yīng)用在處理高濃度粉塵,且要求低排放的工況時優(yōu)于靜電除塵器。通過在燒結(jié)廠進行的脫硫中試進一步驗證了布袋除塵器對于整個工藝是完全適用的, 且能達到很好的除塵效果,各方面參數(shù)滿足要求。因此,對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

1 　婁金旗,王曉峰. 布袋除塵器在火力發(fā)電廠的應(yīng)用分析. 電力建設(shè),2002 (7) :47～49

2 　劉天齊. 三廢處理工程技術(shù)手冊. 第1 版. 北京:化學(xué)工業(yè)出版社, 2001. 162～178

3 　陳彬. 200MW機組煙氣脫硫系統(tǒng)方案技術(shù)經(jīng)濟比較. 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。

  使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環(huán)保網(wǎng)”