一、工業鍋爐脫硫除塵裝置的技術選型
中國是世界上 大的煤炭生產與消費國,我國在今后很長一段時期內以煤炭為主的能源消費結構不會改變。燃煤污染排放是造成大氣污染嚴重的主要原因。燃煤鍋爐排放的大氣污染物主要有煙塵、二氧化硫與氮氧化物,其中燃煤二氧化硫排放量占到二氧化硫排放總量的90%以上。據 環境保護總局《2003年中國環境狀況報告》,當前我國的二氧化硫排放量已超過環境容量的81%。應對二氧化硫污染形勢的日趨惡化, 頒布新的鍋爐大氣污染物排放標準,嚴格控制排放總量;很多地方政府也相繼出臺地方性法規,提高在用燃煤鍋爐二氧化硫與煙塵 高排放限值要求。
控制二氧化硫大量排放,遏制酸沉降污染惡化趨勢,防止大氣污染,應用于燃煤鍋爐煙氣凈化的環保技術裝備是重要的。
中小型工業鍋爐煙氣脫硫除塵技術也是我國特有的一類技術。容量≤45.5MW(65t/h)鍋爐自 標準1991年開始要求控制二氧化硫排放濃度,由于經濟與技術發展水平等原因,配用脫硫除塵裝置普遍采用簡易濕法脫硫工藝。濕法煙氣脫硫除塵是在物理過程中同時實現氣液酸堿化學反應的過程。所謂“簡易濕法脫硫工藝”,即無吸收劑制備、脫硫生成物處理與煙氣再熱過程,無完備的工藝系統成套。由于行業技術水平起點較低,又無較多產品支持,脫硫除塵裝置種類繁多,市場還有待進一步的規范,所以,控制二氧化硫排放,應用、推廣 的脫硫除塵裝備,對于鍋爐制造企業設備成套、使用單位選型 先是一項非常重要的技術準備工作。
二、煙氣脫硫除塵裝置分類
(1)按照整體型式可分兩類,一為一體化脫硫除塵裝置,脫硫與除塵過程同時在一套裝置內完成;另一為組合式結構,前置除塵裝置可以是靜電、袋式或多管旋風除塵器,其后設置獨立的煙氣脫硫除塵裝置。
(2)依據采用材料分類
①鋼制結構 通常脫硫除塵裝置以316耐酸不銹鋼焊接結構與普通碳素鋼焊接結構內壁涂敷“水玻璃-鑄石粉”涂層兩種為代表型式。一般,鋼材制作可以較好實現流體力學特性的設計結構,尤其是配用≤35t/h鍋爐的脫硫除塵裝置,快裝型式配套,占地面積較小, 終用戶在安裝、管理方面易于接受。316、316L不銹鋼被認為是脫硫除塵裝置的材料,但價格因素使其成本遠高于碳素鋼焊接結構,在目前經濟欠發達地區 終用戶接受還有困難。而碳素鋼焊接結構內壁涂敷“水玻璃-鑄石粉”徐層型式得以推廣, 主要的是較低的市場價格優勢,此類產品的損涂層涂敷質量是運行性的。
②花崗巖砌筑結構 花崗巖主要成分為石英、長石和云母等,化學穩定性好。以文丘里+捕滴器的水膜型式作為酸性鍋爐煙氣的典型除塵技術,應用于≥20t/h燃煤鍋爐,已有較長歷史。在執行 高排放標準、提高脫硫除塵效率的情況下,傳統花崗巖水膜除塵器則 增設氣液傳質結構及良好的除霧脫水結構。此類產品由于采用水力沖灰,需要大容積的灰水沉淀池,占地面積較大。
③組合結構 隨著技術的發展,脫硫除塵裝置的材料也有較大變化,上述兩類材料的組合,尤其是不同鋼制材料的組合,以適應脫硫除塵裝置內不同運動和化學反應要求的局部結構設計,技術經濟優勢明顯。還有鋼筋混凝土不銹鋼復合結構,碳素鋼不銹鋼復合結構、碳素鋼陶瓷復合結構、玻璃鋼復合結構等等。隨著、新材料的不斷涌現,將會有 多的組合材料結構出現。
(3)依據采用技術方法分類
①噴淋洗滌這是較為簡單的一種方法,噴頭有多種型式,可多個、多層布置;一般為塔式設計。根據液體與氣體的流動方向,可分為逆向、順向或交錯三種。凈化效率與噴淋供液量、液滴直徑、待處理煙氣流量、氣液接觸區高度等因素有關。設備阻力300~900Pa。
②沖激水浴 是一種 凈化方法,箱型或塔式設計。通過排管或葉片,依靠氣流進入液下的沖激作用,造成氣液間的劇烈混合、翻動,完成物理、化學過程;凈化后氣體再經脫水結構排出。凈化效率與氣流出口沒入、煙氣流速有關,除塵效率可達以上。運行和停機時液位控制、灰漿排放是此類設備的主要問題。阻力受液位影響很大,通常在1000~1800Pa范圍。
③板式塔 常用有篩板、旋流板、舌型板等多種型式。板式塔形成氣液逆向接觸、混合的良好條件,一般供液量較大。有的舌型單板除塵效率即可達以上。而旋流板技術由于壓降較低,操作彈性較大,有長期應用歷史,在除塵脫硫、除霧脫水結構方面較多應用。
①水膜 代表即為文丘里水膜除塵器,文丘里管內實現液、固、氣三相混合,進入主筒內壁水膜捕集塵粒、液滴。其效率、阻力與文丘里管喉部流速及應用液氣比有關,中阻設計除塵效率~,阻力900~1200Pa。
以上為目前國內應用較多的幾種典型脫硫除塵技術方法,隨著環保產業的發展,還有許多新的組合技術裝置越來越多地應用于脫硫除塵。
(4)依據采用吸收劑分類
①石灰石灰石法這是脫硫吸收劑 廉價、工藝技術 為成熟的一種。采用石灰石灰石法粉料粒度要求200~250目,要有漿液制備系統,生成物為CaSO3(拋棄法),經氧化為CaSO4(回收法)。鈣硫比~1.2, 佳操作pH值為6~8,可有較高脫硫效率;此法的 大缺點是結垢堵塞管道設備。由于結垢與脫硫除塵裝置之外配套繁雜,吸收劑與生成物處理量大,一般≤20t/h鍋爐的脫硫除塵裝置較少采用。
②雙堿法 是為克服石灰石灰石法的結垢問題發展起來的。采用NaOH、Na2CO3等水溶液吸收SO2,再用石灰或石灰石將吸收SO2后的溶液 ,吸收液循環使用,而SO2以石膏形式析出,回收或排放。在目前小容量鍋爐脫硫工藝中,應用此法較多,脫硫,工藝系統可簡化,但基本無 過程。
③鎂法 原理是用MgO漿液吸收SO2,生成含水亞硫酸鎂和少量硫酸鎂,然后送加熱器加熱,高溫時釋放出MgO,SO2回收利用。實際應用也可將廢液氧化、過濾后排放。此法吸收劑相對價格較低,脫硫,工藝系統簡化。
④氨法 顧名思義是采用氨做吸收劑除去煙氣中的SO2的工藝。濕式氨法以 濃度的氨水做吸收劑洗滌煙氣中的SO2,達到凈化目的。脫硫生成物是硫酸銨,不產生廢水和其它廢物。脫硫效率可達90%~
⑤其它還有海水脫硫、磷銨肥法、氧化錳法等。
在中小型鍋爐脫硫工藝中,還有一些因地制宜,利用紡織與造紙行業等堿性廢水做吸收劑,工藝簡化,以廢治害。需要注意的是廢液處理問題。
三、煙氣脫硫除塵裝置當前存在的主要問題
中小型鍋爐煙氣脫硫除塵技術經過十幾年越來越廣泛的應用,無論技術水平、工藝系統均依照適合中國國情的道路不斷改進、提高、創新,但是在應用過程中仍然存在著許多問題,其中 主要直接影響鍋爐與脫硫除塵裝置正常運行的為以下兩個問題。
一是腐蝕問題,脫硫除塵裝置內部的電化學腐蝕環境是復雜的,它與燃用煤種、鍋爐燃燒狀況、煙氣溫度、煙氣濕度、吸收液pH值等因素有關,在某些設計結構的特定部位還要受到煙氣中粉塵顆粒的強烈沖刷,如果材料選用失當,腐蝕、因腐蝕磨損造成穿透的情況可能會在短時間內發生,導致局部結構功能失效,影響脫硫除塵工藝系統乃至鍋爐系統的運行性。
二是煙氣“帶水”問題,鍋爐排放的煙氣含濕量,主要來自三個部分:燃煤燃燒前調整加水、燃煤本身含水、濕式脫硫除塵裝置氣液混合后不可能 除去的水分。如前所述,簡易濕式脫硫除塵工藝是不可能100%除去煙氣中的水霧、液滴與微細塵粒的,所以煙氣含濕量數值脫硫之后也總要有 增加。并且,這一部分水中還可能有堿性吸收劑與脫硫生成物,在較高溫度條件下有固化趨向。一般脫硫除塵裝置在負壓狀態下安裝運行,鍋爐引風機葉輪葉片必然會有粘附現象發生, 細致的分析應當發生在負荷、煙氣流速變化時段。含濕煙氣中的粉塵、吸收劑或脫硫生成物在葉片粘附、積聚到 程度導致引風機葉輪失去平衡,引發噪聲、震動, 嚴重的拉斷地腳螺栓、主軸斷裂,造成運行事故。
上述兩個問題,有技術設計方面的原因,也有操作管理方面的原因。煙氣脫硫工作原理與操作,對于許多尤其是中小型鍋爐房操作人員來說,還是新問題,甚至不了解設備正常運行的技術調整,包括鍋爐工況不佳,都是造成相當一部分脫硫除塵裝置非正常運行,不能充分發揮污染防治作用的一個重要原因。脫硫除塵裝置生產企業 提供完備的產品技術說明書,提供 詳細的操作規范與問題處理方法。
四、煙氣脫硫除塵裝置的技術選型
煙氣脫硫除塵裝置技術選型在當前逐步規范環保產業市場的情況下,是一項非常重要的工作。我們認為,應從以下4個方面考慮,做好選型工作。
1、環境因素
(1)考慮排放標準。
目前執行的 標準為GB13271-2001《鍋爐大氣污染物排放標準》,規定了鍋爐煙塵、二氧化硫、氮氧化物 高允許排放濃度與煙氣黑度限值。一些經濟發達的城市陸續提出 嚴格的地方法規與排放標準,如北京市DB11/139-2002《鍋爐污染物綜合排放標準》,規定燃煤鍋爐自2003年11月1日起煙塵排放限值為50mg/m3,二氧化硫排放限值為150mg/m3。脫硫除塵裝置技術選型 先應考慮滿足何種排放標準,技術性能 加。
(2)結合鍋爐房設計。
無論新建或改造,均有脫硫除塵裝置安裝、運行設計的占地、高度等空間問題,有吸收劑制備、灰渣與脫硫生成物處理問題,鍋爐房現場 好留有足夠的空間。尤其是“除塵-脫硫除塵”改造項目,設備占地、高度能否適應現場條件往往成為選型的重要問題。
(3)針對燃用煤種、煤質。
GB13271-2001《鍋爐大氣污染物排放標準》,規定了燃煤不同收到基灰分條件下鍋爐初始濃度限值;燃煤的不同硫含量,決定燃燒后轉化的煙氣二氧化硫初始排放濃度。依此結合排放標準確定所需設備的技術性能,遵循 技術政策,我們認為中小型燃煤鍋爐,較二氧化硫排放治理除了選擇脫硫除塵裝置的材料、性能之外,工藝系統以采用雙堿法為宜,但 考慮大量生成物的處理。
2、工藝因素
(1)能否充分利用鍋爐廢水。
燃煤鍋爐灰渣水、排污水同屬堿性廢水,含有大量堿性重金屬離子,可以參與煙氣脫硫過程,從而減少吸收劑耗量。 技術政策倡導利用鍋爐自排堿性廢水或企業自排堿性廢液的脫硫除塵工藝。脫硫除塵裝置的系統說明與設計,以能夠充分利用鍋爐廢水為好。
(2)脫硫過程吸收液閉式循環,無二次污染。
這是選擇脫硫除塵裝置的“綠色”,尤其是中小型燃煤鍋爐的脫硫除塵裝置,吸收液pH值多不穩定, 要的工藝條件應吸收液閉式循環,減少與避免外排,防止外排污染附近土壤或水體;脫硫產物應穩定化或經適當處理,沒有二次釋放二氧化硫的風險。
(3)排煙溫度不可過低。
一般較大液氣比、除霧脫水效果不佳的脫硫除塵裝置常常導致排煙溫度偏低,尤其環境溫度較低的情況下易結露,“白煙”濃重,腐蝕排煙管道,甚至形成“酸雨”,對周邊環境造成危害。
3、技術因素
(1)問題。
如前所述,問題是脫硫除塵裝置以及鍋爐系統正常運行的關鍵。通常鋼制結構脫硫除塵裝置解決問題,主要是本體的材料選用與涂層的施工。無論鍋爐制造廠還是 終用戶技術選型,這是 要問題,需要慎重做好技術審查與運行現場考察兩項工作。 技術政策要求脫硫設備的壽命在15年以上,也是在方面。
(2)良好的除霧脫水性能。
同樣如前所述,脫硫除塵裝置良好的除霧脫水性能也是設備正常運行的重要條件。煙氣除霧脫水主要是技術設計問題。除霧脫水方法很多,應用條件不同,效果也差異很大。這一方面建議參考檢測單位的檢測報告,一般脫硫除塵裝置前、后煙氣含濕量增加1~2個百分點,則可以認為除霧脫水性能良好。同時,也要做好產品現場考察工作。
(3)脫硫、除塵凈化效率、阻力指標。
這是脫硫除塵裝置的三項主要技術指標。以燃用收到基灰分≤25%、含硫量~2%煤種,滿足 標準一類區Ⅱ時段排放限值為例,除塵效率應≥,脫硫效率≥68%。在實際運行中,濕式脫硫除塵裝置的凈化效率與液氣比、吸收液pH值直接相關。我們要求的是在穩定狀態下的脫硫除塵凈化效率,實現滿足排放標準的環境保護功能。阻力指標表示設備的本體能量耗損,設計型式與液氣比是主要影響因素。此項數值涉及鍋爐配套的引風機全壓、流量與功率大小,無論一體化型式或組合型式,一般總阻力宜為1000~1600Pa。特別是技術改造項目,阻力數值增大,可能要 換 高風壓的鍋爐引風機,這也是一個需要考慮的問題。
(4)自動化程度。
技術政策倡導濕式脫硫除塵裝置的自動控制,有利于設備的正常、運行。如液位監測控制、吸收液pH值監測控制、與液氣比相關的流量參數等,實現自動控制,能夠避免人為因素造成的失誤與操作事故。國內目前已有一些化廠家在濕式脫硫除塵裝置的自動控制方面,已經有較好的產品,如江西九江交通電器廠。
(5)適應性脫硫除塵裝置的操作運行應具有可調整性,以適應不同地區煤種、不同的鍋爐負荷狀況。在北方地區安裝運行的脫硫除塵裝置應冬季正常使用。
(6)附屬設備。
考察脫硫除塵裝置配套的附屬設備,這可能要占相當的一次性投資。如各種泵的技術參數直接影響脫硫除塵裝置的技術性能,自控裝置,采用雙堿法還有堿液制備、石灰反應器、循環沉淀池等,能否滿足正常運行要求。
(7)技術認定。
濕式脫硫除塵裝置的制造技術要求、檢驗規則、實驗方法等均應執行中國環境保護產品認定技術條件HCRJ012-1998《濕式煙氣脫硫除塵裝置》;為規范環保產業的產品市場, 實行兩級環保產品認定:省級認定和 認定。
(8)技術服務。
脫硫除塵裝置生產企業應提供產品型式認可文件,證明規范的技術來源,應具有的技術能力與質量,具有良好的技術服務。
4、經濟因素
(1)一次性投資,包括產品價格、附屬設備價格及相關的土建費用。
影響產品價格的因素較多, 主要的還是選用材料價格。由于經濟發展不平衡,市場規范化程度不同,所以區域之間脫硫除塵裝置價格水平不同,影響價格的其它因素也會有很大差異,甚至出現不正當競爭。所以,脫硫除塵裝置的投資要技術性能與價格綜合考慮。
(2)運行費用。
通常包括脫硫劑費用、脫硫水泵電機耗電、耗水量與運行維護費用。其中脫硫劑所占比重 大,因此,根據 佳經濟性原則,因地制宜利用鍋爐自排廢水、選擇吸收劑與處理方法,也是 先考慮的問題。