脱硫脱硝除尘技术调研

PAGE101脱硫工艺国内外的烟气脱硫方法按脱硫吸收工艺的不同，可以分为湿法、干法和半干法等。其中，湿法脱硫工艺根据吸收药剂的不同，又可分为钙法、氨法、镁法、钠法等。湿法脱硫工艺的脱硫率和吸收剂利用率相对较高，但处理系统复杂，存在水污染问题。传统干法脱硫工艺的脱硫率较低，国际先进的干法脱硫工艺的处理系统简单、脱硫率高，但投资较大。3种不同的脱硫工艺大致分为干法、半干法、湿法脱硫。1.1干法脱硫工艺干法脱硫的化学反应是在无液相介入的完全干燥状态下进行的，反应产物为干粉状，不存在腐蚀、结露等问题。其优点是处理后的烟气温度降低很少，从烟囱排出时容易扩散，脱硫效率高，但操作技术要求也高。目前，国外部分企业采用干法脱硫工艺，而国内还没有采用这种方法的玻璃企业。1.2半干法脱硫工艺半干法脱硫是利用烟气显热蒸发脱硫浆液中的水分，同时在干燥过程中，脱硫剂与烟气的SO2发生反应，并使最终产物为干粉状。由于这种方法加入系统的脱硫剂是湿的，而从系统出来的脱硫产物是干的，故称之为半干法。使用较多的半干法脱硫工艺有喷雾干燥法、循环流化法等，脱硫效率比传统干法高、比湿法低，在现有技术条件下最高脱硫效率可达85%。目前，国外大部分企业采用半干法脱硫工艺，国内采用这种方法的不多，但近年来呈上升趋势。以下简单介绍几种半干法脱硫工艺：循环流化床CFBCFB最早由鲁奇（LURGI）公司开发，目前已达到工业应用的CFB法工艺有三种：LURGI的CFB（循环流化床）、WULFF的RCFB（内回流式烟气循环流化床脱硫技术）、FLS的GSA（气体悬浮），我国分别由龙净环保、凯迪电力、龙源环保等公司引进，半干半湿法（BGBS）由中国环境科学研究院开发，目前多在中小机组上运用，其中WULFF和BGBS在国内已签定了几套不同中大型机组FGD系统的合同，正在执行中。WULFF的CFB工艺主要采用干态的消石灰粉作为脱硫剂，由锅炉排出的烟气经预除尘器（ESP1）后，从流化床的底部进入，经过吸收塔底部的文丘里装置，烟气速度加快，并与很细的脱硫剂粉末相混合。同时通过CFB下部的喷水，使烟气温度降低到70～90℃。在此条件下，脱硫剂与烟气中的二氧化硫反应，生成亚硫酸钙和硫酸钙，经脱硫后带有大量固体的烟气由吸收塔的上部排出，排出的烟气进入后置除尘器（ESP2）中，被分离出来的颗粒经过再循环系统大部分返回到吸收塔，余灰用气力输送到脱硫渣库外运。喷雾干燥法脱硫工艺喷雾干燥法脱硫工艺以石灰为脱硫脱硫剂，石灰经消化并加水制成消石灰乳，消石灰乳由泵打入位于吸收塔内的雾化装置，在吸收塔内，被雾化成细小液滴的脱硫剂与烟气混合接触，与烟气中的SO2发生化学反应生成CaSO3和CaSO4，烟气中的SO2被脱除。与此同时，脱硫剂带入的水分迅速被蒸发而干燥，烟气温度随之降低。脱硫反应产物及未被利用的脱硫剂以干燥的颗粒物形式随烟气带出吸收塔。脱硫后的烟气经除尘器除尘后排放。为了提高脱硫脱硫剂的利用率，一般将部分脱硫灰加入制浆系统进行循环利用。喷雾干燥法脱硫工艺有两种不同的雾化形式可供选择，一种为旋转喷雾轮雾化，另一种为气液两相流雾化。具该工艺有技术成熟、工艺流程较为简单、系统可靠性高等特点，脱硫率可达到85%以上。1.3湿法脱硫工艺湿法脱硫工艺是目前使用范围最广的脱硫方法，占脱硫总量的80%以上。湿法脱硫根据脱硫的原料不同又可分为石灰石/石灰法、氨法、钠碱法、双碱法等。其中钠碱、双碱法使用较为普遍，这两种方法的脱硫效率均可以达到95%以上。目前国内有90%以上的企业采用这种方法。石灰石/石膏湿法石灰石/石膏湿法脱硫技术是目前世界上技术最为成熟、应用业绩最多的脱硫工艺，应用该工艺的机组容量约占电站脱硫装机总容量的85％以上，应用单机容量已达1000MW。其脱硫副产物—石膏有抛弃和回收两种方法，主要取决于市场对脱硫石膏的需求、石膏质量以及是否有足够的堆放场地等因素。湿法工艺技术比较成熟，适用于各种含硫量的煤种和机组容量的烟气脱硫，脱硫效率最高可达99％。国内已有多家公司分别引进了世界上先进的几家大公司的湿法烟气脱硫工艺技术：B&W、斯坦米勒、KAWASAKI（川崎）、三菱、GE等。石灰石/石膏湿法脱硫工艺采用价廉易得的石灰石作脱硫脱硫剂，石灰石经破碎磨细成粉状与水混合搅拌制成吸收浆液，也可直接用湿式球磨机将20mm左右的石灰石磨制成吸收浆液。在吸收塔内，吸收浆液与烟气接触混合，烟气中的SO2与浆液中的碳酸钙以及鼓入的氧化空气进行化学反应被脱除，最终反应产物为石膏。脱硫后的烟气经除雾器除去带有的细小液滴，经气气加热器（GGH）加热升温后排入烟囱。脱硫石膏浆液经脱水装置脱水后回收。由于吸收浆液的循环利用，脱硫脱硫剂的利用率很高。锅炉烟气在FGD内的流程为：经旁路烟道切换风门，通过升压风机加压，经GGH降温至约100℃后进入吸收塔，在吸收塔内烟气被喷淋的石灰石浆液进行充分洗涤，从吸收塔出来的净化烟气温度约为47℃，经GGH升温至80℃后从烟囱排放。该工艺技术比较成熟，脱硫效率和脱硫剂的利用率高，Ca/S可底至1.03-1.05，脱硫效率可高于95％，能够适应各种煤种，适应大容量机组，运行可靠，可用率高，副产品石膏具有商业价值。其主要不足之处是：脱硫工艺复杂，占地面积大，投资和运行费用都很高，不适用于小机组的脱硫。氨法脱硫氨法具有丰富的原料。氨法以氨为原料，其形式可以是液氨、氨水和碳铵。氨法是高效、低耗能的湿法。氨法是气液相反应，反应速率快，吸收剂利用率高，能保持脱硫效率95-99%。氨在水中的溶解度超过20%。氨法的最大特点是SO2和NOx的可资源化，可将污染物SO2回收成为高附加值的商品化产品。副产品硫铵是一种性能优良的氮肥氨法脱硫的特点完全资源化--变废为宝、化害为利，没有二次污染脱硫副产物价值高装置阻力小，节省运行电耗防腐先进、运行可靠装置设备占地小，便于老锅炉改造同时脱硫脱硝-适应环保更高要求2脱硝工艺目前烟气脱硝的工艺主要有，选择性催化还原法（SCR）、选择性非催化还原法（SNCR）技术和湿法脱硫技术。SCR脱硝工艺选择性催化还原法脱除NOx技术，使用氨水或尿素作还原剂，在催化剂的催化作用下，使NH3与NO在催化剂表面进行还原反应而生成氮气和水。SCR可分为高温、中温、低温三种不同的工艺。高温SCR一般指的是催化剂的适用温度在450℃～600℃及以上，中温SCR是指催化剂的适用温度在280℃～420℃，而低温SCR是指催化剂的适用温度在120℃～300℃。目前商业上应用比较广泛的是运行温度处于280℃～420℃的中温催化剂，以TiO2为载体，上面负载钒、钨和钼等主催化剂或助催化剂。4NH3+4NO+O2=4N2+6H2O（1）8NH3+6NO2=7N2+12H2O（2）4NH3+2NO2+O2=3N2+6H2O（3）在催化剂作用下，向温度约280℃～420℃的烟气中喷入氨，将NOX还原成N2和H2O、NH3与烟气均匀混合后一起通过一个填充了催化剂（如V2O5-TiO2、白金）的反应器，NOx与NH3在其中发生还原反应，生成N2和H2O。V2O5作为催化剂，TiO2或者WO3抑制SO2氧化。SCR脱硝效率高达90%以上，催化剂的正常使用寿命为24000h，脱硝效果稳定。浮法玻璃配方中重碱用量较大，烟尘中含有一定数量的Na2O，烟气中SO3含量较高，还含有砷等重金属成分，碱金属如果与催化剂表面接触，能够直接与活性位发生作用而使催化剂钝化，造成催化剂碱中毒。SNCR脱硝工艺选择性非催化还原（SNCR）脱除NOx技术是把含有NHx基的还原剂（如氨气、氨水或者尿素等）喷入炉膛温度为800℃～1100℃的区域，该还原剂迅速热分解成NH3和其它副产物，随后NH3与烟气中的NOx进行SNCR反应而生成N2。SNCR的脱硝效率为50%左右，但是成本较低，因此往往和低氮燃烧器混合使用，也可以和SCR混合使用，从而降低脱硝费用。浮法玻璃窑炉结构和工业锅炉差异较大，可能使用的位置就是蓄热室，温度能够达到反应要求，具体运用技术还有待于开发。3除尘工艺目前烟气除尘中应用最多的除尘工艺为静电除尘器和布袋除尘器3.1除尘工艺介绍静电除尘技术静电除尘器的工作原理是利用高压电场使烟气发生电离，气流中的粉尘荷电在电场作用下与气流分离。负极由不同断面形状的金属导线制成，叫放电电极。正极由不同几何形状的金属板制成，叫集尘电极。静电除尘器的性能受粉尘性质、设备构造和烟气流速等三个因素的影响。粉尘的比电阻是评价导电性的指标，它对除尘效率有直接的影响。比电阻过低，尘粒难以保持在集尘电极上，致使其重返气流。比电阻过高，到达集尘电极的尘粒电荷不易放出，在尘层之间形成电压梯度会产生局部击穿和放电现象。这些情况都会造成除尘效率下降。袋式除尘技术布袋除尘器是基于过滤原理的过滤式除尘设备，利用有机纤维或无机纤维过滤布将气体中的粉尘过滤出来。除尘过程表现为：含尘气体由进气口进入中部箱体，从滤袋外进入布袋内，粉尘被阻挡在滤袋外的表面，净化的空气进入袋内，再由布袋上部进入上箱体，最后由排气管排出。是一种除尘效率高，占地面积小，运行稳定、性能可靠，维修方便的大型除尘设备，广泛应用于电力、冶金、铸造、建材、矿山、化工等行业。4除尘系统本项目采用直通式脉冲布袋除尘器作为系统的除尘设备。除尘器结构由上箱体、中箱体、灰斗和支架、喷吹装置、滤袋及袋笼、进口喇叭及气流分布装置等组成。上箱体包括花板、滤袋、袋笼、喷吹装置、净气小屋（出口风管）等。中箱体包括含尘烟气进口风管、气流分布装置、壳体。本方案中箱体利用原有电除尘气箱体，滤袋吊挂在中箱体空间内。灰斗用于收集从滤袋上清落的粉尘。烟气从袋式除尘器的中箱体进入，经气流分布装置风量分配后流入过滤空间，由外向内流经滤袋进行过滤，粉尘被阻留在滤袋外表，大颗粒粉尘因重力作用落入灰斗，干净烟气在袋内上升，经袋口和上箱体后排出。滤袋表面的粉尘不断增加，导致过滤阻力降的不断增加，达到一定上限值时，需要对滤袋清灰。清灰采用脉冲喷吹方式，以压缩空气为动力，通过喷吹装置逐排对滤袋清灰；过滤阻力下降到下限值时停止清灰。直通式脉冲袋式除尘器结构示意图4.1滤袋数量和过滤风速滤袋尺寸为ф130×6000mm，每条滤袋的过滤面积为2每个仓室布置过滤单元4×2个，共有单元8个。每个单元有滤袋16排，共计128排(脉冲阀为128位)。滤袋总数为1800条。总过滤面积为4410m2，按照热态总烟气量240000m3/h（270℃喷吹装置1)为了进一步增强清灰效果，将滤袋的排距和袋距都相应增大，以增加滤袋开放空间，利于粉尘沉降。2)沿布袋除尘器长度方向布置4个单元、每单元布置15排滤袋。3)每位脉冲阀供15条滤袋清灰，每套喷吹装置共计滤袋225条。上箱体1)为了保证喷吹管与花板的袋孔能够严格对中，从而保证清灰效果和保护滤袋，本方案将增设独立的上箱体。上箱体座落于除尘器顶部。2)每一过滤单元对应一座上箱体。3)上箱体的顶部应做成斜坡，由内向外逐渐向下倾斜。坡度根据流体力学最优化设计，按3%左右取。4)上箱体不设隔板，以便净气从前向后流向出口。断面最大风速(位于末端)为3.90m/s，这一风速比设置烟道条件下的风速小得多，相应阻力也会小得多。5)由于上箱体不设隔板，在设计和安装时需要特别注意，两个相邻上箱体的接缝应当严密满焊，不得有任何虚焊、漏焊、砂眼等导致漏气之处。进气方式与气流分布进气方式和气流分布直接影响到袋式除尘器的运行阻力和滤袋寿命。本方案对进出口喇叭进行烟气分布器优化设计，采用直进直出的进气方式，分别设置进出口闸阀和伸缩节。为节省材料，减少工作量，进口喇叭在原有基础上进行改造，改进后的进口喇叭主要具备粉尘预分离和气流分布的功能，对脱硫后高浓度粉尘进行预分离的同时，合理进行气流分布和气流组织，以有效降低袋式除尘器负荷及其设备阻力。脉冲阀与喷吹装置脉冲阀和喷吹装置是决定清灰效果和降低运行阻力的关键。本方案采用固定管式喷吹，脉冲阀采用国外品牌产品。寿命可达100万次（5年）。管式脉冲喷吹是逐排、逐条对滤袋进行清灰的，喷吹气流全部进入滤袋，压气能量利用率高、节能。通过科学测试，管式脉冲喷吹所产生的滤袋表面变形加速度在众多清灰方式中是最大的，即清灰能力和效果要明显优于其它类型的袋式除尘器（包括回转脉冲袋式除尘器）。管式喷吹除尘器内部没有任何机械活动部件，无故障点，不会发生机械故障。管式喷吹特点还在于：为防止滤袋安装后互相碰撞，管式喷吹所配套的圆形滤袋可以方便的进行袋底间距的调整。滤料与滤袋由余热锅炉排出的烟气温度最高可达270℃从耐温、耐腐蚀性、强度及价格等方面综合比较的结果，玻璃针刺毡被认为是最适于玻璃窑炉烟气净化的滤料之一，本方案推荐采用耐高温耐腐蚀的玻璃针刺毡滤料，单重550g/m2，滤料制作的后期进行热定型、防水、防油、防酸等表面处理。滤袋规格采用Φ130×60袋笼袋笼以20#钢冷拔钢丝制作，直径Φ4mm。袋笼的竖筋数量根据滤