高效除尘脱硫脱硝一体机处理工艺在环保领域的研究和应用

2022-11-02彭建喜李大力盛鹏飞郑晓江

煤炭加工与综合利用 2022年8期

彭建喜，李大力，盛鹏飞，郑晓江

( 1.山西大同大学；2.山西腾泰环保科技有限公司；3.中煤大同能源有限责任公司，山西大同 037001)

1 燃煤锅炉除尘设备的选择和应用

目前在燃煤锅炉领域除尘技术主要有干式除尘、湿式除尘。山西腾泰环保科技有限公司通过自主创新开发出机械式动力除尘设备，该设备是在湿式除尘工艺上的升级和优化。干式除尘常用的有布袋除尘、静电除尘，湿式除尘技术常用的有喷淋除尘、微雾抑尘，机械式动力除尘是指高效多功能除尘器。

1.1 布袋除尘原理

含尘气体在引风机的抽吸下由吸尘罩吸收，通过管道进入布袋除尘器，布袋除尘器是一个铁皮箱子，里面装满了布袋，布袋大多是圆筒形状，里面有除尘骨架支撑，防止吸瘪，含尘空气进到布袋的里面，灰尘被布袋阻挡下来，干净的气体由布袋口进入净气室，再通过风机由烟囱排放到大气中。

布袋除尘器的优点是价格低，除尘效率高。缺点是：过滤速度较低，不适应湿粘及高温粉尘，滤布使用寿命短，需频繁更换，配套所需设备比较多、运行费用高，布袋卸灰时操作频繁，会容易造成二次扬尘。

应用现状：布袋除尘器虽应用广泛，但由于维护运行成本较高，卸灰时容易造成二次扬尘，实际使用效果不理想。

1.2 静电除尘原理

利用高压直流不均匀电场使烟气中的气体分子电离，产生大量电子和离子，在电场力的作用下向两极移动，在移动过程中碰到气流中的粉尘颗粒使其荷电，荷电粉尘在电场力作用下与气流分离向极性相反的极板或极线运动，荷电粉尘到达极板或极线时由静电力吸附在极板或极线上，通过振打装置使粉尘落入灰斗从而使烟气净化。

静电除尘的优点：净化效率高，阻力损失小，处理量大，允许操作温度高，最高可达350～400 ℃，自动化程度高。

静电除尘的缺点：设备比较复杂，维护管理要求高，受含尘气体的温度、湿度影响较大，卸灰时易产生二次扬尘。应用现状：冶金化工应用较多，其它领域应用较少。

1.3 微雾抑尘原理

微雾抑尘的理念是在产尘点建立密闭的集尘罩，通过安装在恰当位置的超声共振头把产生的超细水雾喷在集尘罩内，弥漫在集尘罩内的水雾有效抑制了产尘点粉尘的扬起，也就是说尘在产生的瞬间就被消灭了，比把尘吸收后再处理单位功耗要低，效果要好。

微雾抑尘的优点：除尘效率高。

微雾抑尘的缺点：工艺复杂，相关易损配件多；维护量特别大，运行成本高；对水质有极高的要求。

1.4 高效多功能除尘器运行原理

山西腾泰环保科技有限公司在充分借鉴国内外现有除尘设备的优点基础上，进行了持续大胆创新，并多次组织技术团队现场反复尝试结构调整，运用流体力学、空气动力学、气液传质等理论，结合工作现场条件及工况，开发一种体积小、处理能力大、净化效率高、运行稳定的除尘设备，综合指标已达到国内先进水平的高效多功能除尘器。其工作原理及实物见图1。

图1 高效多功能除尘器原理图及实物

工作原理：高效多功能除尘器由气液混合器和气液分离器两部分组成。

气液混合器由引风机、洗液分布器组成。引风机将含尘气体吸入气液混合器，引风机叶轮装有 10～48片叶片，高速运转的叶轮赋予含尘气体很高的动压能，洗液由提升泵打入洗液分布器，在高速运转的叶轮作用下，迅速雾化成微小液滴。并获得很高的动能。含尘气体与微小液滴混合，在离心力作用下沿切线方向进入汽液分离器，气液分离器的工作原理类似旋风分离器，微小液滴与气体中尘粒碰撞并在离心力和重力作用下，沿壁螺旋向下运行到底部，经管道流入沉淀池。脱尘后的气体离心力小，由气液分离器的中心部位由下向上进入烟道排空。

沉淀池污泥定期清掏排出，沉淀池溢流清液作为洗涤液循环使用。高效多功能除尘器与传统除尘设备相比较，突出优点是能耗低、投资小、占地小、运行成本低、适应能力强，可配备变频器使用，节能可达65%以上。

(1)高效多功能除尘器的优点：

节能降耗：采用智能节电技术可满足上限设计，下限使用；与传统除尘相比较，可以降耗65%。

流程简单：采用三级脱硫除尘技术，使总处理能力更高。

排放达标：除尘效率 99.5%以上，脱硫效率 95%～99%。

使用条件：适用于燃煤、重油及天然气使用的相关配套锅炉。

净化时效：不会随着使用时间的推移而影响净化效果。

结构新颖：体积小，能耗低，耐腐蚀，耐高温，震动噪声小，寿命长，投资少。

安装简便：新老旧锅炉可以全套安装，老旧锅炉也可以在保留原有净化设备的基础上实施部分整改，并可以在不停炉的情况下对锅炉进行达标改造。

便于维护：定期补水清除沉淀物即可。

(2)高效多功能除尘器的缺点：洗涤液浓度不能太高，且系统内不能缺水，尤其在处理锅炉废气上，因为废气出口含有一定的温度，洗涤液正常运行会对废气起到冷却的作用，一旦洗涤液浓度高、系统缺水，洗涤液固化结石，容易造成脱水系统堵塞或损坏设备。

1.5 除尘技术的对比选择

在同等处理风量12 000 m3/h的技术指标条件下，高效多功能除尘器和其他常用除尘技术对比见表1。

表1 高效多功能除尘器和其他常用除尘技术对比

从表1看出，在燃煤锅炉除尘设备中使用高效多功能除尘器是比较理想的除尘设备。

1.6 高效多功能除尘器的多功能体现

若烟气中含有SO2，则在高效多功能除尘器的循环洗涤液中添加浓度为10%的双碱脱硫剂(NaOH、CaO)，既可以实现除尘，又可以实现脱硫，一机双效。根据燃料中硫含量或烟气中的SO2含量对应配制双碱浓度，经过处理后SO2在20 mg/m3以下，颗粒物在10 mg/m3以下，脱硫除尘效果非常好。

2 创新高效除尘脱硫脱硝一体机处理工艺

山西腾泰环保科技有限公司针对锅炉废气中的烟尘通常含有硝、硫等有害物质，在高效多功能除尘器基础上创造性研发出高效除尘脱硫脱硝一体机处理工艺(图2)。

图2 高效除尘脱硫脱硝一体机处理工艺

具体工艺是锅炉废气(温度850 ℃以上)首先进入旋风除尘器进行预处理，方便密度高、浓度高的粉尘回收，以降低对后续引风机和壳体磨损。比如有浓度高、温度高的粉尘需要配套冲洗水通过管道或混凝土水渠可以直接排入至沉淀池，沉淀池的溢流液进入石英砂、鹅卵石过滤罐，过滤后的清水可以实现闭水循环使用。沉淀池的底流及过滤罐的反洗水全部进入污泥池，并通过污泥脱水工艺进行回收，既可以方便脱硫，同时降温后污泥也可以方便收集和储存，避免了二次污染，旋风除尘机器的除尘效率在65%以上。除去较大固体颗粒的烟气在脱硝除尘(温度350～500 ℃)系统引风机的作用下吸入脱硝反应器，脱硝反应器内部结构设计原理是两组反方向搅拌式超声雾化，超声雾化都采用定压罐，通过在脱硝反应器内部使用脱硝剂(10%浓度尿素或稀氨水)可以实现脱硝，烟气中的NOx与高度雾化的脱硝剂充分接触发生氧化还原反应生成N2而脱除。

脱硝后的尘水进入沉淀池，并按照过滤、污泥脱水进行处理。

脱硝除尘后的烟气在脱硫除尘系统引风机的作用下吸入脱硫除尘系统，脱硫流程同前段的脱硫除尘系统，在此系统烟气中的固体颗粒得到进一步脱除，颗粒物可降至5 mg/m3以下，NOx脱至50 mg/m3以下，SO2脱至20 mg/m3以下，达到超低排放。烟气中的SO2与脱硫剂(浓度为10% NaOH)发生反应生成Na2SO3进入沉淀池，在沉淀池中添加另一种脱硫剂(浓度为10% CaO)，CaO与Na2SO3反应生成CaSO3沉淀(无害)而进入污泥池中排出。

考虑到废气及澄清水存在偏酸或偏碱性，在高效多功能除尘器、污泥脱水设备、旋风除尘器材质选用上，都采用耐酸耐碱的材料，部分设备及管道进行保温。高效除尘脱硫脱硝一体机处理工艺推广应用可以真正实现脱硫、除尘、脱硝、脱泥、脱水、节能高效、代替原引风机、脱硫塔、脱硝塔功能。

3 高效除尘脱硫脱硝一体机处理工艺使用现状

高效除尘脱硫脱硝一体机处理工艺已经陆续在大同、临汾、长治等地区的矿山、煤化工、生物质锅炉领域使用，同时高效除尘脱硫脱硝处理工艺在实际使用上也得到中煤集团、晋能控股集团及长治和临汾热力公司相关专家的高度重视，多次到现场参观指导工作，也是进一步对高效除尘脱硫脱硝一体机处理工艺应用的审核。综合除尘效率大于99.5%，脱硫、脱硝、除尘检测报告符合国家卫生及职业健康标准，且节能高效，处理后的粉尘全部进入污水处理系统，杜绝形成二次污染。