鍋爐煙氣的凈化方法簡介及對比選型
一.雙堿法煙氣脫硫除塵技術(shù)在處理煙氣的應(yīng)用
對煙氣除塵裝置的改造要求為：①SO2脫硫效率≥80％；②煙塵濃度ufh≤100 mg／m3；③脫硫液閉路循環(huán)，不產(chǎn)生二次污染；④脫硫除塵系統(tǒng)的操作運(yùn)行不影響原有生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)行和檢修；⑤充分利用原有設(shè)備，節(jié)省投資；⑥脫硫除塵系統(tǒng)長周期穩(wěn)定運(yùn)行，且管理維護(hù)方便。
1.脫硫工藝的選擇
目前用于煙氣脫硫的已工業(yè)化的主要工藝有干法、半干法、濕法3大類。各種脫硫工藝比較見表
目前世界上通用各種脫硫工藝比較
1.1 干法脫硫
干法脫硫?qū)儆趥鹘y(tǒng)工藝，常用的辦法是向爐內(nèi)噴鈣、石灰／石灰石，金屬吸收等。其脫硫效率普遍不高（＜50％），且影響鍋爐本體的操作，導(dǎo)致鍋爐的出力降低，目前工業(yè)上應(yīng)用較少。
1.2 半干法脫硫
半干法使用較多的為塔內(nèi)噴漿法，即將石灰制成石灰漿液，在塔內(nèi)進(jìn)行SO2的吸收。由于石灰漿中的水分蒸發(fā)很快，反應(yīng)基本上是氣固相反應(yīng)。SO2的吸收反應(yīng)速度較慢，對石灰的要求很高，脫硫劑的成本較高，噴鈣反應(yīng)效率較低，Ca／S比較大，一般在1.5以上，同時后續(xù)系統(tǒng)的除塵壓力大，目前應(yīng)用不多。
1.3 濕法脫硫
濕法脫硫為目前使用范圍最廣的脫硫方法，占脫硫總量的80％以上。濕法脫硫根據(jù)脫硫的原料不同可分為石灰石／石灰法、氨法、鈉堿法、鈉鈣雙堿法、金屬氧化法、堿性硫酸鋁法等。
（1）石灰石／石灰法
石灰石法是將石灰石粉碎成200～300目的石灰粉，制成石灰漿液，在吸收塔內(nèi)通過噴淋霧化使其與煙氣接觸，使碳酸鈣與二氧化硫反應(yīng)生成亞硫酸鈣，從而達(dá)到脫硫的目的。該工藝需配備石灰石粉碎系統(tǒng)和石灰石制漿系統(tǒng)。由于石灰石難溶、反應(yīng)活性較低，需通過增大吸收液的噴淋量，提高液氣比（液氣比通常大于20）來保證足夠的脫硫效率，因此運(yùn)行費(fèi)用較高。石灰法是用石灰粉代替石灰石，利用石灰活性大幅高于石灰石的特點提高脫硫效率。石灰法存在的主要問題是塔內(nèi)容易結(jié)垢，引起氣液接觸器（噴頭或塔板）的堵塞。
（2）鈉堿法
鈉堿法是采用碳酸鈉或氫氧化鈉等堿性物質(zhì)吸收煙氣中的二氧化硫，可副產(chǎn)高濃度二氧化硫氣體或亞硫酸鈉。該法具有吸收劑不揮發(fā)、溶解度大、活性高、吸收系統(tǒng)不堵塞等優(yōu)點，適合于處理煙氣中二氧化硫濃度較高的場合，但也存在副產(chǎn)品回收流程較為復(fù)雜、投資較高、運(yùn)行費(fèi)用高等缺點。
（3）氨法
氨法是采用氨水作為二氧化硫的吸收劑，二氧化硫與氨反應(yīng)可生成亞硫酸銨、亞硫酸氫銨與部分因氧化而產(chǎn)生的硫酸銨。根據(jù)吸收液再生方法的不同，氨法可分為氨－酸法、氨－亞硫酸銨法和氨－硫酸銨法。
氨法脫硫的主要特點：①脫硫效率高（與鈉堿法相同），吸收劑氨水來源方便，副產(chǎn)物可作為農(nóng)業(yè)肥料，但該肥料屬于酸性肥料，含氮量低，長期使用易造成土壤板結(jié)；②由于氨易揮發(fā)，使吸收劑消耗量增加，脫硫劑利用率不高；③脫硫?qū)Π彼臐舛扔幸欢ǖ囊?，若氨水濃度太低，不僅影響脫硫效率，而且水循環(huán)系統(tǒng)龐大，使運(yùn)行費(fèi)用增大；④濃度增大，勢必導(dǎo)致蒸發(fā)量的增大，對工作環(huán)境產(chǎn)生影響；⑤氨易與凈化后煙氣中的二氧化硫反應(yīng)，形成氣溶膠，使煙氣無法達(dá)標(biāo)排放。
氨法回收過程較為困難，投資費(fèi)用較高，需配備制酸系統(tǒng)或結(jié)晶回收系統(tǒng)（中和器、結(jié)晶器、脫水機(jī)、干燥機(jī)等），故系統(tǒng)復(fù)雜，設(shè)備繁多，管理維護(hù)要求高。此外，環(huán)保水體對氨氮要求較高，易產(chǎn)生氨氮二次污染。
（4）金屬氧化物法
常用的金屬氧化物法是氧化鎂法。氧化鎂與二氧化硫反應(yīng)得到亞硫酸鎂和硫酸鎂，通過煅燒可重新分解出氧化鎂，使吸收劑得到再生，同時回收較純凈的二氧化硫氣體，脫硫劑可循環(huán)使用。由于氧化鎂活性高于石灰水，故脫硫效率也比石灰法高。金屬氧化物法的缺點是氧化鎂回收需結(jié)晶、分離、蒸發(fā)、煅燒等工序，工藝較復(fù)雜；但若直接采取拋棄法，大量可溶性鎂鹽會進(jìn)入水體導(dǎo)致二次污染，總體運(yùn)行費(fèi)用較高。另外，系統(tǒng)的管路易結(jié)垢，當(dāng)水質(zhì)硬度較高時管路結(jié)晶堵塞更加嚴(yán)重。
（5）納鈣雙堿法
鈉鈣雙堿法（碳酸鈉/氫氧化鈣）結(jié)合了石灰法和鈉堿法的優(yōu)點，利用鈉鹽易溶于水，反應(yīng)活性高的特點，在吸收塔內(nèi)部采用鈉堿吸收二氧化硫，吸收后的脫硫液進(jìn)入堿再生池內(nèi)利用廉價的石灰進(jìn)行再生，從而使鈉離子得到循環(huán)吸收利用。該工藝綜合石灰法與鈉堿法的特點，既解決了石灰法塔內(nèi)易結(jié)垢的缺點，又具備了鈉堿法吸收效率高的優(yōu)點。脫硫副產(chǎn)物為亞硫酸鈣或硫酸鈣（氧化后）。亞硫酸鈣配制合成樹脂可生產(chǎn)新型復(fù)合材料鈣塑，或?qū)⑵溲趸笾瞥墒?，或直接與粉煤灰混合，可增加粉煤灰的塑性，增強(qiáng)煤灰作為鋪路底層墊層材料的強(qiáng)度。與氧化鎂相比，鈣鹽不具備污染性，因此不產(chǎn)生廢渣的二次污染。
本次改造采用鈉鈣雙堿法作為改造工程的脫硫工藝。
2 鈉鈣雙堿法脫硫原理
2.1 優(yōu)點
鈉鈣雙堿法采用純堿啟動、鈉堿吸收SO2以及石灰再生的方法。與石灰石法及其他濕法脫硫工藝相比，納鈣雙堿法具有以下優(yōu)點：①鈉堿吸收劑反應(yīng)活性高、吸收速度快、液氣比小、運(yùn)行費(fèi)用低；②塔內(nèi)鈉基清潔吸收，吸收劑、吸收產(chǎn)物的溶解度大，塔外再生沉淀分離，可大幅降低塔內(nèi)和管道內(nèi)的結(jié)垢；③鈉堿循環(huán)利用，損耗少，運(yùn)行成本低；④吸收過程無廢水排放，吸收液中鹽分不積累濃度穩(wěn)定；⑤排放廢渣無毒，溶解度極小，無二次污染；⑥石灰作為再生劑，安全可靠，成本低廉；⑦噴嘴，水泵，管路不堵塞；⑧運(yùn)行過程液相比重不增加，從水易沉淀分離，可大幅降低水池的投資；⑨操作簡便，系統(tǒng)可長周期循環(huán)運(yùn)行。
2.2 脫硫過程
Na2Co3＋SO2→Na2SO3＋CO2↑ ⑴
2NaoH＋SO2→Na2SO3＋H2O↑ ⑵
Na2SO3＋SO2＋H2O→2NaHSO3 ⑶
以上三式視吸收液酸堿度不同而異：⑴式為吸收啟動反應(yīng)；⑵式為主要反應(yīng)(PH＝9)，當(dāng)堿性降低到中性甚至酸性（5＜PH＜9），則按⑶式發(fā)生反應(yīng)。
再生過程：
2NaHSO3 Ca(OH)2→Na2SO3 CaSO3↓ 2H20 ⑷
Na2SO3 Ca(OH)2→NaOH CaSO3↓ ⑸
在石灰漿液（石灰達(dá)到過飽和狀況）中，中性的NaHSO3很快與石灰反應(yīng)從而釋放出[Na＋]，隨后生成的[SO32-]又繼續(xù)跟石灰反應(yīng)，反應(yīng)生成的CaSO3以半水化合物形式沉淀下來，從而使[Na＋]得以再生，吸收液恢復(fù)對SO2的吸收能力，循環(huán)使用。
從上述反應(yīng)中可以看出，鈉堿僅作啟動反應(yīng)用，實際運(yùn)行中消耗量不大，而主要脫硫劑還是石灰。
二. 除塵工藝：
1、重力除塵法：
利用粉塵與氣體的密度不同，使粉塵靠自身的重力從氣流中自然沉降下來，達(dá)到分離或捕集含塵氣流中粒子的目的，缺點是除塵效率極低，一般用于小型鍋爐中。
2、慣性力除塵法：
利用粉塵與氣體在運(yùn)動中的慣性流不同，使粉塵從氣流中分離出來。在實際應(yīng)用中實現(xiàn)慣性分離的一般方法是使含塵氣流沖擊在擋板上，使氣流方向發(fā)生急劇改變，氣流中的塵粒慣性較大，不能隨氣流急劇轉(zhuǎn)彎，便從氣流中分離出來。
慣性除塵器適用于非粘性、非纖維性粉塵的去除。設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，阻力較小；但分離效率低，只能捕集10－20μm以上的粗塵粒，只能用于多級除塵中的第一級除塵。
3、離心力除塵法：
利用含塵氣體的流動速度，使氣流在除塵裝置內(nèi)沿某一定方向作連續(xù)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，粒子在氣流的旋轉(zhuǎn)中獲得離心力，導(dǎo)致粒子從氣流中分離出來。常用的除塵設(shè)備有旋風(fēng)式除塵器和旋流式除塵器，其中最常用的是旋風(fēng)式除塵器，旋風(fēng)式除塵器的除塵效率較高，對大于5μm以上的顆粒具有較好的除塵效率，它適用于對非粘性及非纖維性粉塵的去除，且可用于高溫?zé)煔獾某龎m凈化，因此廣泛應(yīng)用于鍋爐煙氣除塵、多級除塵及除塵。
4、濕式除塵法：
利用液體（一般為水）洗滌含塵氣體，利用形成的液膜、液滴或氣泡捕獲氣體中的塵粒，塵粒隨液體排出，氣體達(dá)到凈化，液膜、液滴或氣泡主要是通過慣性碰撞，細(xì)小塵粒的擴(kuò)散作用，液膜、液滴使塵粒增濕后的凝集作用及對塵粒的粘附作用，達(dá)到捕獲廢氣中塵粒的目的。
濕式除塵器除塵效率高，特別是高能量的濕式洗滌除塵器，在清除0.1μm以下的粉塵粒子時，仍能保持很高的除塵效率。濕式洗滌除塵器對凈化高溫、高濕、易燃、易爆的氣體具有很高的效率和很好的安全性。濕式除塵器在除去廢氣中粉塵粒子的同時，還能通過液體的吸收作用同時將廢氣中有害有毒的氣態(tài)污染物除去，有較好的脫硫效果。它適用于對非粘性及非纖維性。
5、過濾除塵法：
過濾式除塵是使含塵氣體通過多孔濾料，把氣體中的塵粒截留下來，使氣體達(dá)到凈化。濾料對含塵氣體的過濾，按濾塵方法由內(nèi)部過濾與外部過濾之分。過濾式除塵器的濾料是通過濾料孔隙對粒子的篩分作用，粒子隨氣流運(yùn)動中的慣性碰撞作用，細(xì)小粒子的擴(kuò)散作用，以及靜電引力和重力沉降等機(jī)制的綜合作用結(jié)果，達(dá)到除塵的目的。
目前采用過濾除塵裝置是袋式除塵器，其結(jié)構(gòu)是在除塵器的集塵室內(nèi)懸掛若干個圓形或橢圓形的濾袋，當(dāng)含塵氣流穿過這些濾袋的袋壁時，塵粒被袋壁截留，在袋的內(nèi)壁或外壁聚集而被捕集。
袋式除塵器按清灰方式的不同可分為機(jī)械振打袋式除塵器、氣流反吹袋式除塵器、氣環(huán)反吹袋式除塵器、脈沖噴吹袋式除塵器。脈沖噴吹袋式除塵器。脈沖噴吹袋式除塵器具有處理氣量大、效率高、對濾袋損傷少等優(yōu)點，在大、中型除塵工程中被廣泛采用。
袋式除塵器屬高效除塵器，對細(xì)粉塵具有很強(qiáng)的捕集效果，被廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)廢氣的除塵中，但它不適用于處理含油、含水及粘結(jié)性粉塵，同時也不適于處理高溫含塵氣體，沒有脫硫效果。
6、電除塵法：
電除塵是利用高壓電場產(chǎn)生的靜電力（庫侖力）的作用實現(xiàn)固體粒子或液體粒子與氣流分離。這種電場應(yīng)是高壓直流不均勻電場，構(gòu)成電場的放電極是表面曲率很大的線狀電極，集塵劑則是面積較大的板狀電極或管狀電極。
在放電極與集塵極之間是以很高的直流電壓時，兩極間所形成的不均勻電場使電極附近電場強(qiáng)度很大，當(dāng)電壓加到一定值時，放電極產(chǎn)生電暈放電，生成的大量電子及陰離子在電場力作用下，向集塵極遷移。在遷移過程中中性氣體分子很容易捕獲這些電子或陰離子形成負(fù)離子。當(dāng)這些帶負(fù)電荷的粒子與氣流中塵粒相撞并附者其上時，就是塵粒帶上了負(fù)電荷。荷電粉塵在電場中受庫侖力的作用被驅(qū)動往集塵極，在集塵極表面塵粒放出電荷后沉積其上，當(dāng)粉塵沉積到一定厚度時，用機(jī)械振打等方法將其消除。
電除塵中常用設(shè)備為電除塵器。電除塵器是一種高效除塵器，除塵效率可達(dá)99%以上，去細(xì)微粉塵捕集性能優(yōu)異，捕集最小粒徑可達(dá)0.05μm，并可按要求獲得從低效到高效的任意除塵效率。電除塵器阻力小，能耗低可允許在250－350℃的范圍內(nèi)操作。
電除塵設(shè)備龐大，占地面積大，要求操作人員有較高的技術(shù)水平，設(shè)備投資高，沒有脫硫效果。
三、除塵脫硫裝置的選定
根據(jù)以上各種脫硫除塵方法分析和對中鋁鄭州研究院鋁電解實驗廠的現(xiàn)場勘察和咨詢了解，我廠選擇利用一臺高效脫硫除塵一體化技術(shù)SLTC－1.3型對4t/h燃煤鏈條鍋爐煙氣進(jìn)行脫硫除塵治理。
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