脱硫除尘器在电厂锅炉和砖厂窑炉中的应用

点击数：35032015-04-29 08:52:24　来源: 脱硫除尘器在电厂锅炉 和砖厂窑炉中的应用

脱硫除尘器在电厂锅炉和砖厂窑炉中的应用

据国家环境保护总局对全国2177个环境监测站13年(19811993年)来的检测数据分析表明,环境空气中二氧化硫浓度超标城市不断增加。目前已有62.3%的城市空气中二氧化硫和烟尘年平均浓度超过国家二级标准,由二氧化硫引起的酸雨污染范围不断扩大,现在已由20世纪80年代初的西南局部地区,扩展到西南、华中、华南和华北的大部分地区,年平均降水pH值低于5.6的地区已占全国面积的40%左右。1995年我国二氧化硫排放总量达2370万吨,高居世界第一位,其中90%来自于燃煤;二氧化碳排放总量达30亿吨,占世界总量的15%,仅次于美国,居世界第二位,其中燃煤要占矿物燃料排放二氧化碳量的85%。据国家环保监测总站统计,我国每年因二氧化硫造成的酸雨带来的经济损失高达1100亿元。国家对酸雨和二氧化硫污染问题十分重视,2000年4月全国人大常委会修订的《中华人民共和国大气污染防止法》规定新建、扩建排放二氧化硫的企业,必须采取脱硫除尘装置,或其他控制二氧化硫排放的除尘措施。在“两控区”内强化对酸雨和二氧化硫的控制。到2005年“两控区”内的二氧化硫排放要削减20%,酸雨面积有所减少。由于电厂锅炉和砖厂窑炉排放的二氧化硫、二氧化碳占全国排放总量的一半以上,所以,开展电厂锅炉和砖厂窑炉排放物的防止研究工作势在必行。

为防止二氧化硫的有害影响,大多数国家把大气中的二氧化硫浓度控制在0.05ppm以下,超过这个数值就认为构成了大气污染,因此,企业必须采取防治措施,以降低其浓度。目前采取的有效途径一般有如下几种:一是采用低硫燃料,此种措施是减少二氧化硫排放的有效途径之一,一些较发达国家规定了燃料中的最高含硫量,但烟气仍需通过脱硫净化达标后方可排放;二是高烟囱排放,该措施能降低二氧化硫的当地排放绝对量,但没有从根本上解决二氧化硫对大气的污染,高空中的二氧化硫与日光和湿气作用,使降雨的pH值增加,形成酸雨;三是燃料脱硫,低硫燃料来源困难,价格高,全国正积极进行燃料的直接脱硫研究,但是,煤中有机硫脱出的方法还不太成熟;四是燃烧脱硫,在燃料燃烧过程中加入脱硫剂脱除硫分,比较成熟的技术有:循环硫化床燃煤锅炉燃烧脱二氧化硫,在850℃的温度下,脱除炉膛中的二氧化硫气体;另一种方法是在燃料中加入脱硫剂,燃料与脱硫剂一起燃烧,当硫从煤中析出时,即被脱硫剂捕获,达到脱硫目的,以上两种方法缺点是脱硫效率低,烟气仍需净化;五是烟气脱硫,在诸多脱硫方法中,烟气脱硫是目前最主要和最有效的治理方法,烟气中的硫主要是以二氧化硫的形态存在的,对大气中二氧化硫的防治,应以烟气脱硫为主。烟气脱硫大体可分为两类:一类是湿法:使用液体吸收剂对烟气洗涤的方法;二类是干法:用粉状(或少量液体)吸收剂、吸附剂喷入烟气中来脱除二氧化硫。枣强县天清玻璃钢环保设备有限公司研制开发的脱硫除尘器就是采用以生石灰为原料的湿法脱硫,其主要优点是脱硫除尘一体,设备简单,投资少,脱硫效率高,对操作技术要求不高。

1 脱硫净化原理

采用烟气硫化床脱硫除尘技术,在水中加入脱硫剂CaO,通过消化沉淀,形成澄清的脱硫剂Ca(OH)2,烟气与雾化的脱硫剂在设备中通过混合、接触,在碰撞、惯性、浸湿、对流和扩散净化机理的综合作用下,脱除烟气中大部分的灰尘和二氧化硫,达到净化的目的。脱硫化学反应过程为:

SO2+H2O→H2SO4

H2SO4→H++HSO3-→2H++SO32-H++CaCO3→Ca2++HCO3-Ca2++2HSO3-→Ca(HSO3)2

Ca2++1/2H2O+HSO3-→CaSO4・1/2H2O+H+H++HCO3-→H2CO3H2CO3→CO2+H2O

由上面的反应过程可见,酸性的二氧化硫在水中被吸收后与石灰中和,产生了中间产物———亚硫酸钙,由于其在烟气喷淋过程中也吸收了一些氧气,使部分中间产物转化成石膏,但这一反应进行的不完全,不能使全部中间产物全部转化成石膏。因此,为了使生成石膏的反应进行充分,必须向吸收塔内鼓入空气作为强氧化反应的氧源,将上述反应中生成的HSO3-与SO32-离子全部氧化,最终生成石膏沉淀物。生成石膏的化学反应过程为:

HSO3-+1/2O2→SO42-+H+SO32-+1/2O2→SO42-Ca2++SO42-→CaSO4

由以上两组方程式可知,脱硫反应的总方程式为:

SO2+2H2O+1/2O2+CaCO3→CaSO4・2H2O+CO2

2 脱硫净化工艺流程

生石灰经消化池熟化后,石灰乳液流至石灰乳池,在石灰乳池中经工艺水稀释,再输送至均质池,在均质池中进一步被工艺水稀释为脱硫吸收液。石灰均质池内安有搅拌泵,防止碱液沉淀,确保碱液碱度均匀,碱液经供液泵送至脱硫塔进行脱硫反应,与此同时,吸收液还将烟气中所含的烟尘吸附,避免烟尘排入大气。为提高脱硫吸收液的利用率和产品的脱硫效率,设置一内循环泵,使上部较清的脱硫吸收液重复使用。整个系统脱硫液形成内、外两个循环水系统,以保证脱硫剂的最大使用和废水的闭路循环。

脱硫除尘工艺流程图

3 设备结构及特点

设备由六部分组成。

3.1 脱硫除尘塔主体

脱硫塔是整个设备的核心部分,烟气的脱硫除尘反应是通过吸收塔内脱硫剂雾化对含二氧化硫、烟尘的烟气进行洗涤来完成的。脱硫塔体采用普通金属结构,为避免腐蚀设备,延长设备的使用寿命,在主体塔内壁进行了耐温、耐酸碱的防腐处理,采用316∠优质不锈钢及陶瓷构件专门制作雾化装置。为最大限度的减少动力消耗,降低制造成本,可将脱硫塔主体与烟道合为一体或并立,从而不改变原有风动系统。

3.2 烟气脱水装置

为防止烟气带水扩散,造成二次污染,在烟气出口加装脱水器,脱水器采用叶轮旋转式结构,中心盲板的面积约为脱水器主体截面积的九分之一,如果脱水器内叶轮入口和脱硫塔主体气流速度相同,则脱硫效率低。而当叶轮入口和脱硫塔主体气流速度不相同,后者截面积大于前者时脱硫效率明显改善。实践证明,脱水器叶轮入口速度为脱硫塔主体气流速度的四倍,叶轮夹角为45°时,脱硫效率最好。

3.3 脱硫液补给和循环系统

多级沉淀澄清的脱硫液通过补给系统加入脱硫塔体,为提高脱硫剂的利用率,在脱硫塔主体安装了自循环系统,当存储液碱性不足时,脱硫塔通过补给系统及时的予以补充。自循环泵的流量选择要满足液气比的要求,通常采用11.5L/m3,扬程选择应满足雾化效果的要求。

3.4 脱硫洗涤剂生成系统

该系统主要用于配制脱硫洗涤液。配套设施有石灰消化池一个、搅拌器一个、多级沉淀池一个。石灰的消耗量应根据烟气量和烟气中二氧化硫的含量而定,其计算公式为:

G=Q×nSO2×1.1/64×56/106式中 G—石灰加入量,kg/h;Q—烟气量,m3/h;nSO2—SO2的浓度,mg/m3。

例如某新型建材公司隧道窑排烟流量为60000m3/h,二氧化硫的浓度在4001500mg/m3之间波动,设计时按1500mg/m3计算,则石灰加入量为:G=Q×nSO2×1.1/64×56/106

=60000×1500×1.1/64×56/106=86.6(kg/h)

注意:石灰纯度不同应按百分比进行调整。

3.5 pH值测试系统

在整个烟气处理过程中,液体经过检测口pH值测试系统时,能全自动的掌握脱硫塔内脱硫液酸碱度的准确数值,及时诊断洗涤液中脱硫剂的pH值,以便适时调整,从而经济有效的确保脱硫效果。其特点是灵敏度和准确度高,适应性强,能连续自动操作。

3.6 灰水处理系统

烟气处理后会产生大量的副产品———石膏,石膏的纯度由烟气中烟尘的含量而定,90%以上可回收石膏产品。该系统设灰浆浓缩池一个,液固分离器一个,以脱除石膏浆中的大量水分,石膏可以做建材制品的原料,此系统可达到综合利用的效果。

4 脱硫净化效果

根据型号不同设备设计处理烟气能力最高可达到50万m3/h;系统阻力小于1200Pa;处理后的烟气林格曼黑度小于一级;脱硫效率大于85%;除尘效率大于95%。经过脱硫除尘装置治理后的烟气达到《工业炉窑大气污染物排放标准》(GB9078-1996)中有关窑炉烟气排放二级标准,即二氧化硫排放浓度小于850mg/Nm3;烟尘排放浓度小于250mg/Nm3。

5 费用估算及效益分析

5.1 经济分析

a.投资。

本工程总投资60万元,其中主体设备费用32.47万元,配套设备费用23.92万元,安装费用3.61万元。

b.运行成本。石灰消耗量:19.81万元/年(以石灰120元/t70%计算);电耗:15.40万元/年;人工

费:1.6万元/年(按2人计算);其他:3万元/年;小计:39.83万元/年。

5.2 效益分析

经济效益:如果烟尘达标排放,每年可少交烟尘排污费30万元,二氧化硫排污费13.82万元(以0.2元/kg计),经济效益可观。当前,国家正在加大排污收费力度和提高二氧化硫排污费征收标准,二氧化硫的排污费将逐渐过渡到1.2元/kg,那时仅二氧化硫排污费一项每年就可以节约82.94万元,其经济效益就更加可观。

环境和社会效益:烟气经脱硫除尘后,可使烟气中二氧化硫排放量大幅降低,每年减少二氧化硫排放量约691.16t,烟尘约72t,这对改善区域大气环境质量起到积极作用,同时也可以避免酸性气体对设备的腐蚀,改善职工的劳动环境,有利于增强企业向心力。

根据有关预测,在今后一个时期,我国建材和电力需求将保持较快增长,同时,国家对企业的环保要求也逐步提高,权威资料表明,到2010年我国烟气脱硫市场规模有望达到3300亿元,庞大的市场需求和政府制定的产业政策为环保领域提供了广阔的发展空间。