半干法脱硫除尘降雾霾超净排放研发总结

摘  要：电厂运行过程中排放的烟气需要经过环保装置处理，降低其中的粉尘浓度、二氧化硫酸性物质浓度后达标排放。湿法脱硫+湿电处理后的烟气，其中含有大量的水汽，这些水汽中，含有少量的粉尘颗粒。这些带有微量粉尘颗粒的水汽（微小泥浆液滴）直接排入大气中，虽然是达标排放，但是却给空气中雾霾的形成提供了原材料。这种情况需要得到改变。该文对亿金公司的科研项目半干法脱硫除尘降雾霾超净排放研发过程及工艺原理进行了介绍，研发取得的成果进行了总结。同时，给出了研发过程中取得的一些专利技术。

关键词：半干法脱硫除尘降雾霾  超净排放  工艺原理  相关技术

亿金公司根据国家环保形势发展，经过上级有关部门审批，组织该公司大量的人力、物力，投入大量资金研究半干法脱硫除尘降雾霾技术。经过2年多的研发，在广大设计工作者的辛苦努力下，在上级领导的关注下，研发取得了成功，并于2019年初获得江阴市科学技术协会版发的科技创新奖“金桥工程”第一名。

该文针对研发的原理进行介绍，取得的相关技术成果进行总结，同时，对该成果的运用进行展望。

1  工艺原理介绍

锅炉烟气自锅炉出来后，经进口烟气启闭阀通过烟道进入半干法脱硫塔。在脱硫塔内，烟气中的二氧化硫及其他酸性气体与来自喷粉装置和空气斜槽内的碱性灰粉充分混合，在烟气流的托举下，形成翻滚反应床，进行充分接触反应，生成亚硫酸钙和硫酸钙及其他钙盐，将烟气中的酸性气体除去，实现脱酸脱硫功能。反应后的烟气进入后面的旋喷布袋除尘器（或电袋复合除尘器），通过预除尘及布袋的超级精密过滤作用，实现高效除尘功能。

为了保证循环流化床的稳定，该研发系统设置有烟气再循环装置。其作用是，根据脱硫塔入口烟气流量，自动调节返回风量混入脱硫塔风量的大小，保证进入脱硫塔的烟气流量始终在规定的范围内，确保流化床的稳定运行。该系统烟气再循环装置不另外设置风机。

在脱硫塔下部文丘里上方，喷粉装置提供石灰粉，其作用是保证整个脱酸过程始终有足够的石灰粉存在。喷水装置设置在脱硫塔下部锥体中上部（文丘里上方），采用单流体高压力自动调节流量喷枪，其作用是降低脱硫塔内的烟气反应温度在适合的反应温度范围内，加速脱酸的进程。

除尘器灰斗下部出口设置可控流量流化风输送斜槽，将循环灰不断地输送到脱硫塔下部文丘里下方。循环灰在进入脱硫塔的烟气流的带动下，再次返回到流化床内进行反应，这能对循环灰中未反应的石灰粉进行充分利用，优化成本。当反应到一定程度，通过出口检测装置的自动控制，喷粉装置自动开启，同时，除尘器灰斗下的卸灰阀门自动开启，将反应完全的石灰粉外排到下部的中间灰仓，通过中间灰仓下部仓泵直接气力输送到专用储存灰库。反应后生成的粉末状石膏粉具有良好的品质性能，可以作为副产物出售。

该工艺能实现脱硫除尘降雾霾的功能，其脱硫副产物只有固态的粉末状干燥石膏粉，没有污水的产生。它比湿法脱硫能节约大量建设成本和运行维护费用。从系统排出来的烟气中没有带有泥浆的水汽，能实现湿法脱硫不能实现的降雾霾降水汽（无雾霾、水汽零排放）功能。

2  取得的相关技术

亿金公司在研发的过程中，取得了大量的专利技术及技术积累。这些专利技术的采用，使得亿金公司半干法脱硫除尘降雾霾超净排放有了强有力的技术支撑。相关成果如下。

2.1 一种处理循环流化床锅炉烟气的工艺技术

该技术详细阐述了锅炉烟气在整个工艺系统的流动情况，给出了各点的关键数据，对其中的特别之处提出重要说明，从总体上对循环流化床锅炉烟气处理给出了工艺技术及相关要求，并形成专利，专利号：ZL201721272359.X。

2.2 半干法吸收塔结构的设计技术

提供了循环流化床半干法脱硫塔的机构设计数据依据，此依据是根据大量的工程实践和理论计算得出。根据此依据，能进行所有半干法脱硫塔的结构设计（见图1）。

结构设计分为烟气进口、过渡段、文丘里段、扩散段、反应段、渐缩段、塔帽段、烟气出口段。

烟气进口段和烟气出口段：横截面面积的取值范围与通过其截面的烟气流速有关，烟气流速一般取值范围12～15m/s左右。

过渡段：过渡段连接进口烟道和文丘里段，其口径通过两端确定，过渡段长度一般是文丘里段直径的50%。

文丘里段：采用7孔文丘里。每个文丘里进口、喉口、出口的流速取值分别为23～27m/s、45～60m/s、23～27m/s。整個文丘里区域外直径以能满足7孔文丘里的布置为前提。文修理材料采用耐磨材料，然后特殊渗碳处理，增加局部耐磨性。文丘里段长度一般为文丘里区域外直径的1.3倍，文丘里段一般为文丘里外筒体直径的2.3倍。文丘里段夹角一般为30°。

扩散段：扩散段连接文丘里段和反应段，主要确定扩散段的角度β，然后自然可以确定长度。根据经验，β取值一般为40°左右。

反应段：反应段烟气流速控制在4m/s左右，烟气在反应段的时间控制在5s。根据此数据，可以确定塔体反应段直径和长度。

渐缩段：长度在数值上一般等于反应塔中间段直径的0.9倍。

塔帽段：长度一般为反应塔直径，宽度一般为反应塔直径的0.75倍。

2.3 低阻力电袋除尘器技术

提供了一种低阻力超净排放电袋组合除尘器技术。该技术特别适用于半干法脱硫情况下，对烟气中高浓度粉尘的收集，保证过滤后粉尘浓度小于5mg/Nm3，实现超净排放，同时，除尘器阻力小于800Pa。

2.4 旋喷布袋除尘器技术

提供了一种旋喷布袋除尘器的设计理念及结构设计，并形成亿金公司技术诀窍。它包括烟气流速控制技术、花板布置技术、旋喷装置设计技术、旋转驱动装置技术、喷吹管技术、清灰系统技术、流化风系统技术等。该部分技术描述在亿金公司刘立平《旋喷布袋除尘器设计浅谈》中有相关描述。该部分技术暂未申请专利。

2.5 空气斜槽技术

提供了一种改进式的空气输送斜槽。对原有的空气斜槽进行了局部改进，规定长度最大值不得超过1600mm，宽度最大值不得超过500mm。规定斜槽高度在150～200mm之间，这样，可以保证进入斜槽箱体内的罗茨风压力均衡的流出透气布各处，均匀弥散开来。规定了斜槽箱体侧面与垂直面之间的夹角约为20°～30°之间。专利号：ZL201721263861.4。

2.6 反应塔下积灰破拱与输送技术

在反应塔底部，烟气自下而上进入反应塔时，会在迎风面的壁板上偶尔形成积灰堆积。需要对堆积的积灰进行破碎并输送出去，不能影响脱硫塔的正常运行。

一般來说，在迎风面上布置最少3排的吹扫管，每排吹扫管，关于管之间间隔一般为400mm，管子直径DN25。管子插入壁板内，与外界大气接触的地方安装单向阀，防止积灰顺着管路倒流。排与排之间间隔一般为500mm。总的来说，大多数脱硫塔底侧迎风面布置3排即可。每排吹扫管前端都安装有电磁控制阀。

反应塔最下端平坦处设置有螺旋输送机构和自力式翻板阀（见图2）。

工作原理：脱硫塔在运行一段时间后，比如4个小时，首先启动螺旋输送机，让螺旋输送机处于运行状态。隔15s后，开启积灰吹堵装置最上层电磁阀约5s，然后关闭。积灰破拱后落入螺旋输送机被带走。再隔15s后，启动从上往下的第二层电磁阀约5s，然后关闭。以此类推，直到所有的电磁阀都启动完毕。当最后一个电磁阀动作完成后，输送机再继续运行30s，然后关闭螺旋输送机。整个运行过程可以通过自动控制来实现。

自力式翻板阀的作用是保持脱硫塔的密封性能和及时排灰性能。当自力式翻板阀上部积灰数量达到一定程度时，在积灰重力的作用下，自力式翻板阀一次开启关闭阀门，将积灰排出脱硫塔，同时保证脱硫塔的密封性能。

2.7 反应塔喷水（雾）技术

在半干法脱硫中，向塔内喷入雾化水的作用是增大烟气中二氧化硫与石灰粉的化学反应接触面积，加快反应速度。要求控制好喷水量，确保没有液态水出现，确保塔壁没有沾到水汽。保证塔壁不会形成结垢。

工艺原理如下：水箱外可调流量水泵将水引出，通过电磁阀进入单流体喷枪，单流体喷枪有一路回水管，通过可程序控制流量调节阀返回到水箱中。进入单流体喷枪的水在流量调节阀的作用下，有一部分水进入单流体喷枪前面的喷嘴，通过喷嘴，将雾化水喷入脱硫塔内。

关键技术之一：单流体喷枪深入脱硫塔壁板的长度有要求。根据亿金公司多年的设计经验和现场实践运行数据整理，L=0.25D。其中，D为脱硫塔喷枪进入位置横截面圆的直径。

关键技术之二：单流体喷枪在脱硫塔的位置。该位置很关键。确认的最佳性能比的喷枪位置是距离文丘里出风侧向上1800～2500mm范围内。

关键技术之三：流量控制阀与脱硫塔出口温度连锁。通过温度连锁控制，能避免喷入脱硫塔内的水分太多，造成脱硫塔内壁结构，可能对后面的布袋除尘器产生不良的影响等。

关键技术之四：材质及性能。喷枪材质采用316L不锈钢，选型为SPRAY。其余水管路采用普通碳钢结构。

关键技术之五：喷枪喷嘴保护技术。喷枪枪头及喷嘴部分在脱硫塔内部，承受高浓度粉尘以极高速度（20～30m/s左右）对其的冲刷磨损。为了保护喷嘴，采用耐磨保护套对其进行保护。保护套采用耐磨角钢制作，角钢采用加厚型，迎风面贴有耐磨套磁层，厚度5mm。角钢在布置上是沿着迎风面的两边与垂直轴呈22.5°的夹角，这样，可以对烟气流进行分流，减缓磨损。

2.8 反应塔喷（石灰）粉技术

提供了一种用于半干法脱硫的石灰粉输送装置。

结构组成：消石灰仓、仓顶除尘器、可变频流量控制阀、输灰管道。

原理描述：消石灰仓接收来自灰罐车的石灰粉，仓顶除尘器用于正压释放及过滤。当系统反馈信号要求输灰系统工作时，变频流量控制阀启动，石灰粉顺着输灰管直接送入脱硫塔内部。

关键技术之一：实际管径值大于理论最大流量下的管径1.5～2倍。让输灰管有一定的输送余量，可以保证在输送石灰粉的时候，不会发生卡料或者是气塞现象。

关键技术之二：输入脱硫塔的落灰口位置。根据亿金公司的设计经验，其位置在文丘里下口处往下1000～1500mm之内。

关键技术之三：输灰管角度要求及距离要求。要求输灰管角度不得小于65°，输送距离中的长度不得超过20m。因此，喷粉装置总是与脱硫塔伴随建造。

与先前的石灰粉输送装置比较：取消了先前的罗茨风机组。石灰粉的输送不再用流化风，节约了建设成本。同时，由于与脱硫塔整体布置结构更加紧凑，节约了现场建设用地。

2.9 循环灰进入脱硫塔位置技术

对循环灰进入脱硫塔的位置进行了改进。

以前的半干法脱硫塔设计，循环灰进入脱硫塔的位置一般位于七孔文丘里的上方，靠文丘里喉口出来的强烈烟气流吹送斜槽输送来的积灰，将积灰吹送起来，类似于开水冒泡一样的情景，形成烟气与粉尘混合的流化床形态，增加脱硫反应。这是脱硫反应的原理过程。由于脱硫石灰粉不是很均匀地混合在烟气中，脱硫效率最高一般在90%左右。

在后来的改进设计中，将进口位置挪动七孔文丘里的下方。这样做的目的是：输送来的积灰随同烟气流一起经过文丘里，在文丘里内部超高速烟气流的作用下，积灰（石灰粉）与烟气流充分混合并达到雾化程度（关键因素，主要是因为风速高的缘故），大大加快了脱硫反应的速度。这是半干法脱硫能高效率的关键。其脱硫效率在实际运行时甚至可以达到99%。因此，一个不经意的循环灰进口位置挪动，使半干法脱硫效率等同于湿法脱硫。因此，文丘里的耐磨性对于设备正常运行的影响就显得至关重要。

另外，从空气斜槽输送来的石灰粉积灰粉比重比较轻，在空气斜槽流量控制阀的作用下，循环灰被从脱硫塔底部上升来的14～18m/s的烟气流带动，吹入文丘里。不会发生积灰落入脱硫塔底部的情况。

循环灰的入口位置是半干法脱硫技术的核心技术之一。

循环灰管不应该停留在塔壁处，应从塔壁向内延伸至塔径中心处。迎风面采用耐磨材料制作并加装保护角钢。

根据实际运行经验和理论计算，循环灰进入脱硫塔的位置一般位于七孔文丘里下方，距离七孔文丘里下端约2500～3000mm范围内。

该技术专利号：201721263780.4。

2.10 烟气再循环自动控制技术

提供了一种循环流化床烟气再循环及紧急保护的工艺技术。

根据图3可知正常运行时，在风机的作用下，循环流化床的烟气首先经过关断阀A，接着进入脱硫塔和布袋除尘器，然后经过风机从可调节阀门B流出，最后从烟囱排出。这样就完成这个正常运行时的烟气处理过程。当锅炉烟气量不足时，PLC通过流量控制仪A检测到烟气下降，此时立刻，可调阀门A开启一定角度，可调阀门B关闭一定角度并监视调节后流量，随时根据流量B进行调节阀门开度，保证流量在设计范围内。这样，反应塔有额定的烟气量供应，就会正常运行，不会出现反应塔流化床踏床的现象。

当锅炉出现异常状况或者设备需要进行维护保养时，开启关断阀B，随后关闭关断阀A和可调节阀门B，烟气通过烟道直接排入烟囱。这就是烟气系统的紧急旁通保护技术。

3  成果展望

亿金公司组织研发的半干法脱硫除尘降雾霾超净排放项目取得了成功，获得了上级领导及相关政府部门的肯定和表扬。该成果在当前能更好地应用于钢厂及电厂脱硫除尘烟气达标排放的场合，它能彻底消除雾霾产生的元凶（含有微量粉尘的水汽），能保证粉尘排放小于5mg/Nm3，SO2排放小于15mg/Nm3。因此，在可预见的将来的一段时间内，它将是钢厂及电厂脱硫除尘降雾霾的首选工艺及设备。

4  结语

亿金公司组织研发的半干法脱硫除尘降雾霾技术研究到此告一段落。在这里，衷心感谢亿金公司设计工程师的努力奋斗和上级领导同志的关心，也对同行业各单位的支持表示感激。接下来的时间内，亿金公司将把此技术不断地投入到实际应用中，在运用中取得更多的经济、技术成果和社会效益，并根据实际应用情况不断地优化该工艺技术。

具体实施时，可以根据工程项目的要求，对其中的关键技术进行优化组合和改善，使之能更加适合工程实际使用情况，满足业主的要求和国家更加严格的排放标准。同时，对采用了此技术的各项目进行及时必要的技术总结，不断的改进设备组成、结构及开发新的专利技术，使该半干法脱硫除尘降雾霾技术不断得到发展，能为国家的碧水蓝天做出新的贡献。

参考文献

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