燃煤锅炉烟气脱硫除尘系统的改造
燃煤锅炉烟气脱硫除尘系统的改造
杨海平（东营市供热管理处，山东东营257091)
山东省东营市供热管理处下设3座供热锅炉房，除尘设备为XZDT－20型多管陶瓷除尘器，但无脱硫功能。近年来，随着环保标准的不断提高，加之SO2减排任务的日益艰巨，这3座供热锅炉房在2007年就被列入了当地SO2减排限期治理计划。当年，东营市供热管理处决定对所辖区内的13台无脱硫设备的14 MW燃煤热水锅炉进行脱硫除尘系统的改造，并保留原有的多管陶瓷除尘器作为备用设备，在多管陶瓷除尘器旁新安装了烟气脱硫除尘设备，使锅炉烟气的 SO2和烟尘量达到了排放指标的要求。
1 设计方案
1.1 指导原则
为满足日益严格的环保要求，本次改造工程确定了以下指导原则：一是考虑到可持续发展，要求所选设备的技术先进、工艺成熟可靠；二是充分利用锅炉房的现有条件、现有设备和设施。按现有场地条件布置了脱硫除尘设备，优化流程，使操作维护简便。在烟气治理达标的前提下，做到降低造价、延长设备使用寿命。
1.2 基础参数
基础参数见表1。锅炉出口烟气中的SO2浓度按煤含硫量的1.5％计算，多管陶瓷除尘器出口烟气中的粉尘浓度按除尘效率90％计算。
表1 锅炉烟气的基础参数
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项 目 |
参 数 |
项 目 |
参 数 |
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锅炉热功率，MW |
14 |
锅炉额定耗煤量，t/h |
2.805 |
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锅炉出口烟气量，万m3/h |
4.5～6.0 |
锅炉出口粉尘浓度，mg/m3 |
1800 |
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除尘器出口粉尘浓度，mg/m3 |
231 |
除尘器阻力，Pa |
1000 |
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引风机全压，Pa |
2800～3393 |
引风机电机功率，kW |
75 |
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锅炉出口SO2浓度，mg/m3 |
1122 |
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1.3 排放指标及性能指标
脱硫除尘设备的设计排放和性能指标见表2。
表2 脱硫除尘设备的设计排放和性能指标
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项 目 |
指 标 |
相关标准 |
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净烟气的SO2浓度，mg/m3 |
＜900 |
GB1371-2001锅炉大气污染物排放标准 |
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净烟气的粉尘浓度，mg/m3 |
＜200 |
GB1371-2001锅炉大气污染物排放标准 |
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烟气相对湿度，％ |
≤8 |
HCRJ012－1998湿式烟气脱硫除尘装置 |
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林格曼黑度 |
≤1级 |
GB1371-2001锅炉大气污染物排放标准 |
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设备阻力，Pa |
≤1200 |
HCRJ012－1998湿式烟气脱硫除尘装置 |
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设计除尘效率，％ |
≥97 |
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设计脱硫效率，％ |
≥70 |
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1.4 脱硫工艺
根据国家环境保护总局发布的环发［2002］26号文件“燃煤二氧化硫排放污染防治技术政策”的要求，综合考虑建设用地、脱硫剂和脱硫产物的消化处理及治理目标，在比较各种脱硫厂艺后，决定采用双碱法脱硫工艺。
双碱法脱硫工艺克服了石灰－石膏法易结垢的缺点，采用NaOH、Na2CO3 、NaHCO3和Na2SO3等碱金属盐类水溶液， 在脱硫除尘设备内吸收烟气中的SO2，脱硫液在循环水池内与Ca(OH)2进行再生反应生成亚硫酸钙和石膏，再生后的脱硫液循环使用。在整个脱硫过程中，实际消耗的是Ca(OH)2。这样，烟气的脱硫反应可在脱硫除尘设备内完成，而固硫过程则在循环水池内进行。我们采用了NaOH水溶液作为脱硫液，由于亚硫酸钙和固体石膏的生成过程不在脱硫除尘设备内进行，有效地避免了脱硫除尘设备的结垢和堵塞问题，脱硫效率一般可达90％以上。
2 工艺流程及脱硫除尘设备结构
2.1 工艺流程
脱硫除尘系统的工艺流程见图1。如图1 所示，我们仍旧保留了多管陶瓷除尘器，只是在烟道上安装了闸板，使其与锅炉隔离，作为备用设备。在多管陶瓷除尘器旁边并联安装了脱硫除尘设备。锅炉烟气进入脱硫除尘设备后，先经由雾化装置提供的雾化脱硫液喷淋烟气，脱除烟气中的SO2和粉尘，然后冲击脱硫除尘设备底部吸收液液面，进行水浴脱硫除尘，处理后的净烟气经引风机送入烟囱放散。脱硫液与烟气中的SO2反应后进入循环水池，用Ca(OH)2再生，然后进入沉淀池，沉淀池底部的沉淀物由渣浆泵抽出池外，沉淀池上层的澄清液流入清水池。清水池设有pH值检测仪，清水池旁的碱液罐可自动补充NaOH至清水中，并将脱硫液的pH值控制在8～9。再由循环泵送回脱硫除尘设备循环使用。
图1 锅炉烟气脱硫除尘的工艺流程
2.2 脱硫除尘设备的结构
采用双碱法脱硫除尘工艺的石质湿式冲击式水浴旋流脱硫除尘设备，其本体采用花岗岩砌筑。从而可避免碳钢设备的严重腐蚀问题，石质湿式冲击式水浴旋流脱硫除尘设备结构见图2。
图2 石质湿式冲击式水浴旋流脱硫除尘设备结构图
1－烟气进口；2－下行通道1；3－增速喉部1；4－第1级旋流脱硫除尘装置；5－下行通道2；6－增速喉部2；7－第2级旋流脱硫除尘装置；8－下行通道3；9－增速喉部3；10－脱硫液池；11－旋流脱水装置；12－气水分离室；13－烟气出口；14－设备基础。
如图2 所示，烟气进入脱硫除尘设备后下行，与带有雾化装置的下行通道1的雾化脱硫液充分接触，完成第1次脱硫除尘。烟气下行经增速喉部1时高速冲击脱硫液的液面，由于烟气高速冲击和掠过水面时激起大量液滴和泡沫，粉尘被粘附，SO2与吸收液反应，完成了第2次脱硫除尘。烟气经下行通道1底部的液面改变方向，进入带有雾化装置的第1级旋流脱硫除尘装置，烟气呈螺旋上升，与旋流导向板水膜面及雾化脱硫液充分接触，完成了第3次脱硫除尘。烟气经第1级旋流脱硫除尘装置顶部改变方向进入下行通道2, 与雾化的脱硫液充分接触，完成了第4次的脱硫除尘。烟气经增速喉部2时高速冲击脱硫液的液面后改变运动方向，完成了第5次脱硫除尘。烟气进入带有雾化装置的第2级旋流脱硫除尘装置，完成了第6次脱硫除尘。烟气经过6次脱硫除尘后，改变方向进入下行通道3，经增速喉部3时高速冲击脱硫液液面后，改变方向进入旋流脱水装置，呈螺旋上升，烟气中的液态水被甩至旋流脱水装置内壁，不断凝聚并沿内壁流下。烟气经旋流脱水装置后，进入气水分离室再次进行气水分离，使烟气出口的相对湿度≤8%，最后由引风机送至烟囱排入大气。
3 应用效果
东营市供热管理处下属的滨州路供热锅炉房有3台14 MW的燃煤热水锅炉，供热面积约55万m2。改造前只安装XZDT－20型多管陶瓷除尘器，无脱硫装置。2007年对3台燃煤热水锅炉的脱硫除尘系统进行了上述改造后，在2007～2008年的供热时，对其中2台锅炉的烟气脱硫除尘效果进行了检测，脱硫效果明显，外排烟气达到了国家标准要求的检测结果，见表3。
表3 烟气脱硫脱硫效果的检测结果
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锅炉号 |
烟气中的SO2浓度，mg/m3 |
脱硫效率
％ | |
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脱硫前 |
脱硫后 | ||
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1 |
1808.3 |
315.4 |
82.6 |
|
2 |
1061.2 |
238.8 |
77.5 |
4 结论
（1）采用石质湿式冲击式水浴旋流脱硫除尘设备的脱硫效率较高，净烟气可达到国家标准的要求。
（2）石质湿式冲击式水浴旋流脱硫除尘设备实现了脱硫除尘一体化，脱硫液可循环使用，且无二次污染。设备本体采用花岗岩材料制成，避免因磨损和腐蚀而导致的脱硫除尘效果的下降，提高了设备运行的稳定性，使用寿命长，至少可使用20年。