林文強

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一種帶高效除塵的鍋爐脫硫脫硝一體化裝置的探討

林文強

福建省特種設備監(jiān)督檢驗院

目前，國內(nèi)許多火電廠、化工廠的濕法鍋爐脫硫裝置均需要進行增容提效改造。該文針對一種帶高效除塵的鍋爐脫硫脫硝一體化裝置技術進行探討，為同類鍋爐煙氣脫硫裝置增容提效改造工程提供參考。

電石渣 鍋爐脫硫 增容提效改造 吸收塔

隨著我國環(huán)保標準的提高，《鍋爐大氣污染物排放標準》（GB13271-2014）規(guī)定，重點地區(qū)燃煤鍋爐大氣污染物特別排放限值，顆粒物濃度≤30 mg/m3，二氧化硫濃度≤200 mg/m3，氮氧化物濃度≤200 mg/m3。而目前小型蒸汽鍋爐、印染企業(yè)導熱油爐等一般采用水膜除塵器進行簡易脫硫除塵，且未設置脫硝設施。顆粒物、二氧化硫、氮氧化物均無法滿足環(huán)保新要求，小型鍋爐的污染物排放提標改造已經(jīng)刻不容緩。由此研發(fā)設計的一種帶高效除塵的脫硫脫硝一體化裝置，該設備可將煙氣同時進行脫硫、脫硝、除塵治理，簡化設備，節(jié)省設備占地面積，節(jié)約環(huán)保投資，減少污染氣體對環(huán)境的破壞，具有高效性和環(huán)保性。2016年先后在福建永豐針紡有限公司、福建長樂市聯(lián)豐染整有限公司及福建德運科技股份有限公司投入應用，經(jīng)過調(diào)試，系統(tǒng)運行正常穩(wěn)定。

1 濕式電除塵器工作原理

濕式除塵器首先建立了可持續(xù)發(fā)生電暈電場，即陰極線針刺（芒刺）電極在高壓電源的作用下形成強大的電暈電場使氣體電離，煙氣中的粉塵、霧滴粒子等經(jīng)過電場時，獲得電子而荷電，在電場力、荷電水霧的碰撞攔截、吸附凝并共同作用下荷電粒子被捕集到陽極上（極少部分獲得陽離子驅向陰極），頂部噴淋系統(tǒng)間歇運行，對陰極、陽極進行補充沖洗清灰。沖洗水通過濕電下部收集系統(tǒng)通過管道自流進水膜除塵器沉灰池。工作原理見圖1。

在濕式除塵器運行過程中，對粉塵顆粒有兩種類型的荷電過程，一是場荷電，對于直徑大于1μm的顆粒來說，場荷電是主要作用，顆粒碰撞沿電力線運動的負離子而帶電，這時電壓的強弱是影響這個過程的最主要因素。

二是擴散荷電，對直徑小于0.5μm的顆粒來說，擴散荷電是主要作用，亞微米粒子在隨機運動時與負離子碰撞而帶電，注入的電流密度是影響擴散放電的最重要因素。

圖1 濕式電除塵器工作原理圖

濕式靜電除塵中，因放電極被水浸潤后，電子較易溢出，同時水霧被放電極尖端的強大電火花進一步擊碎細化，使電場中存在大量帶電霧滴，同時水分子為負極性分子，大大增加亞微米粒子碰撞帶電的機率，而帶電粒子在電場中運動的速度是布朗運動的數(shù)十倍，這樣就大幅度提高了亞微米粒子向集電極運行的速度，可以在較高的煙氣流速下，捕獲更多的微粒。

由于煙氣在飽和或在高濕條件下，粉塵表面依附大量的水分子，粉塵的工況比電阻適中，不會產(chǎn)生反電暈，適合電除塵捕集。清灰方式為水膜清灰，沒有振打裝置，不會產(chǎn)生二次揚塵，所以濕式電除塵器捕集微細顆粒物可以達到很高的捕集效率。

測量表明，F(xiàn)GD所排放的粉塵，主要是超細粉塵，其粒徑分布絕大部分6μm以下，約90%的粉塵集中在2.5μm以下，且主要分布在0.6～1.2μm。

煙氣中的SO3在80℃以下時，如果不存在溫度場的急速變化，則不會形成氣溶膠，而以H2SO4的微液滴形式存在，其平均顆粒的直徑在0.4μm以下，屬于亞微米顆粒范疇。這也是干式靜電除塵器和FGD對SO3去除率較低的主要原因。濕式靜電除塵因對亞微米顆粒的高捕獲率，所以對SO3的微液滴有很高的脫除率。

濕式靜電除塵能夠高效地去除亞微米粒子、霧滴、粒徑小至0.01μm的微塵，設置一電場除塵效率一般都可達到70%以上。濕式脫硫后設置濕式電除塵器可以處理濕法脫硫后煙氣中存在（或產(chǎn)生）的細粉塵、石膏雨、SO3微液滴、重金屬等氣溶膠粒子復合污染物。

在現(xiàn)有標準和技術條件下，濕式電除塵器對燃煤電廠及工業(yè)鍋爐控制PM2.5是十分理想的設備，是相對實用高效、經(jīng)濟可行的。

2 脫硫脫硝工作原理

鍋爐煙氣中的氮氧化物95%為不溶于水的NO，本裝置利用強氧化劑將煙氣中NO 氧化成易溶于水的NO2，然后通過堿性吸收液吸收，以達到脫除煙氣中氮氧化物的目的。

脫硝反應式：

強氧化劑+NO → NO2

3NO2+H2O → 2HNO3+NO

HNO3+NaOH → NaNO3+H2O

脫硫反應式：

SO2+ H2O → H2SO3

2NaOH + H2SO3→ Na2SO3+ 2H2O

Na2SO3+ H2SO3→ 2NaHSO3

本裝置在濕式電除塵下部設置若干層氧化和吸收噴淋層。首先接觸煙氣的下噴淋層主要功能為氧化煙氣中的低價態(tài)氮氧化物，使之形成易溶于水的高價態(tài)氮氧化物，氧化噴淋液被收集于氧化循環(huán)池內(nèi)循環(huán)利用；接著進入堿性吸收的上噴淋層，在此處，被氧化后形成的NO2及煙氣中的SO2與堿性噴淋液發(fā)生反應，從而被吸收下來，達到脫除的目的，堿性噴淋液同樣被收集在堿性循環(huán)池內(nèi)循環(huán)利用。

3 結束語

該高效除塵的鍋爐脫硫脫硝一體化裝置，充分利用了原有設備，提高了脫硫效率，消減了污染物的排放，脫硫產(chǎn)物石膏品質(zhì)顯著提高，可綜合利用。并且，在脫硫施工中主機停爐時間短，具有良好的社會、環(huán)境和經(jīng)濟效益，對于同類型的脫硫增容提效改造具有良好的參考和借鑒價值。

[1] 劉劍軍，趙志華，嚴學安，等. 濕法脫硫裝置SO2吸收系統(tǒng)增容改造方案探討[J]. 電力科技與環(huán)保，2011, 27(6): 33-35.

[2] 李偉. 淺談電石渣脫硫工藝[J]. 大陸橋視野, 2010(9X): 176-177.