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1、锅炉烟气处理刘宾 热能1003班 2010000874工业锅炉主要是以煤为燃料。煤在锅炉内燃烧后，产生大量的烟尘及硫和氮的氧化物等有害气体，这些有害气体排放到大气中，严重地污染了周围大气环境。尤其工业锅炉大多集中在城市和市郊区，又属于低空排放，对生产、人民生活和人体健康都会造成极大伤害。因此，通过消烟除尘措施，将锅炉排放的烟尘污染降低到国家规定的允许范围内，对改善大气环境质量是至关重要的。目前布袋除尘效率最高，煤粉中的硫会在燃烧中生成硫氧化物，会腐蚀管道以及污染大气形成酸雨。关键词：烟气 烟尘 硫氧化物 布袋除尘器 双碱除硫1.、烟尘的危害燃煤锅炉排烟中的烟尘由两部分组成。一部分是煤在燃烧过程
2、中放出的硫及氮的氧化物气体，以及碳氢化合物在缺氧条件下分解和裂化出来的微小碳粒（炭黑），烟气中炭黑多时即形成黑烟。另一部分是由于烟气的扰动作用而被带走的灰粒和未燃尽的煤粒，也称飞灰，。这些微粒具有很强的吸附能力。很多有害气体、液体或某些金属元素（如镍、铬、锌等）都能吸附在烟尘粒子上，随人的呼吸而被带入人体内，刺激呼吸道，造成气管炎、支气管炎、哮喘，以至进入人体肺泡，引起肺气肿和肺心病等，甚至引起肺癌等病症。烟尘降落到植物叶面上，会妨碍植物的光合作用，造成植物叶片褪绿，农作物产量降低，园林受害。烟尘使空气污染，降低了空气的可见度，会增加城市交通事故；由于烟尘的遮挡，减弱了太阳紫外线辐射，会引起儿
3、童佝偻病；另外，大量废热排入空中，使空气中的灰尘起到形成水蒸气凝结核的作用，会使空气的温度、湿度及雨量发生变化。空气中烟尘浓度大，还将影响某些工业如纺织、食品及仪表等产品质量。总之，锅炉排放的烟尘是一种空气的污染物，对人体、环境、生态及经济都有严重的危害，必须加以限制，不能任意排放。1.1.布袋除尘器虽然布袋除尘器的使用已经有了一百多年的历史，但其在电力行业中锅炉上使用了还不到30年。自1973年，美国圣勃雷燃煤电厂（总装机容量为176MW）的四台锅炉将静电除尘改为布袋除尘器以来，布袋除尘器在大容量的电站锅炉上开始广泛地应用，特别是在美国、欧洲和澳大利亚。例如，在澳大利亚新南韦尔斯州的电站锅炉
4、中80%已经采用布袋除尘器。现在布袋除尘器不但在新设计的电厂上广泛使用，有些国家更在对原有的静电除尘器进行改造。目前安装布袋除尘器的最大机组为850MW。为什么布袋除尘器之所以能在电站锅炉上得到如此迅速地发展，这是因为它有其自身的优点：1、除尘效率高，其效率一般在99.5%以上，高的能达到99.99%；2、对亚微米级的粉尘的收集效果很好，除尘器出口的气体含尘浓度都能低于30mg/m3,好的能低于5mg/m3；3、处理的气体量和含尘浓度的允许化范围大，且除尘效率稳定；4、对粉尘的特性不敏感，（对煤尘来说，不受比电阻的影响）；5、设备简单，维修方便，不需要高技术的工种。1.2、布袋除尘器的原理现在
5、不对布袋除尘器的原理作深入的阐述，因为在一些教材中都已经对此作过详细的论述。不过，有必要在此把一些已经成为当今工业术语，并且对设计和评估布袋除尘器的性能非常有用的一些关键概念作一介绍。大家都有戴口罩的经历，口罩就是一种简易的过滤除尘设备。布袋除尘器的除尘机理很简单，它与口罩的除尘机理一样，是通过滤材料对烟气中飞灰颗粒的机械拦截来实现的。但除此之外，先收到的飞灰颗粒在滤料表面还形成了一层稳定的稠密的灰层（一般称为滤饼或滤床），它又起到了很好的过滤作用，特别是用编制布做滤袋的除尘器，这层滤床起到了主要的过滤作用。过滤组件。过滤组件可以由棉毛纤维、玻璃纤维或各种化学纤维经过纺织（或针刺）成滤料，再缝
6、制成垂直悬挂的滤袋，不同场合要选用不同的滤料。在滤袋上收集到的粉尘通过周期性的机械抖动、过滤后的烟气反吹或压缩空气的脉冲反吹等途径使布袋变形而将灰清除。烟气能够通过滤袋和滤料表面所形成的滤饼（滤床）是依靠滤层两边的压差这个压差通常称为管板压差d.p.（有时也称为滤床压差）。飞灰收集中，一个特殊的参数是过滤烟速每分种每平方米的滤布所过滤的气量。滤床的压差d.p.是与烟速呈线性比例关系，因此也与烟气流量呈线性比例关系。这个固定的比例关系系数通常称为滤阻。按此定义，滤阻与烟气流量无关，有点类似于电阻的概念。我们把平均的过滤速度表示为，气布比它是烟气量与整个过滤面积之比（单位用m3/m2/min表示）
7、。这个参数在布袋除尘器的选择和设计中是一项非常重要的技术指标。布袋除尘器其余的压力损失是由布袋除尘器进口法兰之间的烟道和挡板门所产生的。这个压降的大小与烟气的流速的平方成正比关系，因此整个布袋除尘器的压降p.与烟气量是二次方的关系。p total=K1Q1+K2Q2K1=Kdrag/A(Kdrag=滤阻，A=过滤的表面积)K2=烟气道和挡板门的压损系数Q=烟气量注：在设计最大的过滤压降是选择锅炉吸风机容量的约束条件1.3、布袋除尘器的分类布袋除尘器的分类从除尘本质上讲是没有实际意义的，它只是便于人们对布袋除尘器的掌握和记忆，因此，按照不同的定义就有不同的分类。按气布比来划分：（仅针对电站锅炉而
8、言）1、高气布比的布袋除尘器，通常气布比：大于1.0m3/m2/min。2、低气布比的布袋除尘器，通常气布比：小于0.8m3/m2/min。布袋除尘器气布比的选定是根据布袋除尘器的使用场合、布袋的滤料、清灰的方式、需除尘介质的含尘浓度或成分、场地的大小以及布袋除尘器的布置等方面的因素来考虑的。按布袋除尘器的清灰方式划分主要有：1、烟气反吹式布袋除尘器：它是利用过滤后清洁烟气低速反向吹布袋，使得布袋变形来达到清灰的目的。布袋在袋的封口端垂直悬挂着，灰在袋内收集。该形式的除尘器在清灰时作用在布袋上的机械张力较小，适用于玻璃纤维滤袋的除尘器。2、机械抖动式（振动式）布袋除尘器：与烟气反吹布袋除尘器一
9、样，灰也是在袋内收集。它对滤袋的机械强度要求较高，所以对玻璃纤维滤袋不适用。3、脉冲清灰式布袋除尘器：与前两种型式的袋除尘器不同，灰是在滤袋外被收集，滤袋靠袋内部的金属笼支撑。它的清灰是靠清洁的压缩空气周期性地喷入滤袋内，使滤袋变形，把存积在滤袋外面的灰除去。压缩空气的压力、脉冲的强度和持续时间随不同的使用场合调节，根据这些参数可以把脉冲反吹式布袋除尘器又分为：高压脉冲式：压缩空气压力为：0.60-0.80Mpa中压脉冲式：压缩空气压力为：0.20-0.40Mpa低压脉冲式：压缩空气压力为：0.06-0.10Mpa选择什么形式的布袋除尘器，一般是根据布袋除尘器的使用场合、布袋的滤料、场地的大小
10、、制造厂的设计特点和运行维护的管理等因素来考虑。1.4、布袋除尘器的结构和清灰控制在前面布袋除尘器的分类一节中已经介绍了根据不同的清灰方式所分的三种形式的布袋除尘器，事实上，还有其它一些清灰的方式，比如磁振动式，声波助振荡式等等。不管采用哪种形式的清灰装置，清灰的目的和需要遵循的原则是一样的。即当滤袋上的积灰不断增加，滤袋的前后压差增加到某一个值时，就要对滤袋进行清灰，使滤袋恢复到比较理想的清洁状态。有两点需注意的是：1、清灰不能太频繁太剧烈，滤袋表面必须保存一层滤层（不能把滤料上面已经收集到的一层滤层清掉），这就要在清灰强度（包括清灰频率）设计时加以考虑。2、需要清灰的滤袋压差设定点要根据滤
11、袋的使用情况合理设定。压差设定点不能定得太高，否则，运行时间不长细灰颗粒就会嵌入滤袋太深，影响滤袋使用寿命。在滤袋使用寿命的后期，因细灰颗粒嵌入滤袋已较多，清灰的频率要增加。随着科技的不断发展，清灰的控制现在都采用PLC程控。理论上最理想的清灰程序是每一个滤袋前后压差达到设定值时开始清灰，到压差降到某一个设定值时停止清灰。但事实上测定每个滤袋的压差是不可能的。因此，一般清灰程序都是按每个过滤单元前后的压差和压差变化的时间长短这两个参数来设计的。在正常情况下，清灰系统会根据所测量到的参数按照预先编制好的各种清灰程序进行自动清灰（“定时清灰”或“定压清灰”）。在特殊情况下（比如测量组件故障，运行工
12、况异常等），可以切换到手动控制进行清灰。当然PLC程控装置具有自动报警功能，出现异常情况会随时报警，提醒运行人员注意或采取应急措施。不同的清灰方式，有不同的清灰特点，自然其结构也明显不同，就是相同清灰方式的布袋除尘器，因不同的制造厂有各的技术专利，其结构也有不同，因此，在这里只可能把几种类型的布袋除尘器的清灰控制，结合其结构作简单介绍。烟气反吹式布袋除尘器这种形式的布袋除尘器在美国电站使用初期用得较多。含尘烟气从布袋除尘器的下部经过进口阀后，流过灰斗上面的缓冲板进入滤袋后，滤袋为圆形。一定数量的滤袋以方阵布置组成一个除尘单元。在前面已经介绍过，布袋是在袋的封口端垂直悬挂着，下部口袋用卡环固定在
13、管板上，袋内没有笼骨（长的滤袋有支撑环），烟气进入袋内把袋鼓起，灰在袋内收集。为了防止滤袋未张紧在底部下垂，滤袋上部的固定有弹簧式和重锤式两种，过滤后的清洁烟气经过出口提板阀排出。当滤袋两边压差达到设定值时进行清灰。清灰时，要被清灰的这一个除尘单元的出口提升阀关闭，打开反吹提升阀（反吹风由一个低压反吹风机提供），一股低压风进入清洁烟气室与清洁烟气一起反向吹向滤袋，使滤袋压瘪变形，灰抖落掉入灰斗达到清灰的目的。清灰结束，被清灰单元的出口提升阀打开，反吹风提升阀关闭，该单元投入运行。然后转到下一个除尘单元进行清灰。这种方式的清灰动作比较缓慢，作用在滤袋上的机械张力较小，对滤袋的损伤也较轻。但清灰效
14、果相对而言要差一些，所以有时候需连续反吹几次再转到下一个单元清灰。这种清灰方式所配的反吹风机的参数一般为：压头：H=50（mmH2O），流量：Q=总风量/过滤单元（m3/h）。另外，每个除尘单元的出口提升阀的严密性非常重要的，否则反吹风会泄露掉，影响清灰的效果。机械抖动式（振动式）布袋除尘器机械抖动式（振动式）布袋除尘器：与烟气反吹式布袋除尘器相类似；滤袋也是在袋的封口端垂直悬挂着，袋内没有笼骨（长的滤袋有支撑环），烟气进入袋内把袋鼓起，灰在袋内收集，不同的是：它是依靠滤袋顶部的支承机构的机械抖动（振动）使滤袋摆动起到变形作用，使灰从滤袋上清理下来。抖动（振动）的方式因滤袋上端的悬挂方式不同而
15、略有不同，一般是靠马达驱动滤袋顶部反承机构抖动。当滤袋前后压差达到设定值时进行清灰，要被清灰的这一个单元的进出口门关闭，除尘单元处于停用状态。马达启动抖动开始（一台马达带动一片组滤袋抖动），持续一段时间后停止，达到清灰的目的。清灰结束，被除尘单元的进出口门打开，该单元投入运行，然后转到下一个除尘单元进行清灰。这种清灰方式的振打“强度”的设计是很重要的。振打“强度”太大对滤袋的损伤太大，因此振打“强度”不能超过极限（振打“强度”的增大并不能使滤袋清理得更干净）。相反振打“强度”太小又不能起到很好的清灰效果。振打“强度”是由振幅、振动频率（该两项参数也就确定了振动加速度）和振动持续时间三个主要因素
16、所组成的，它们之间又相互影响。因此，在清灰程序的编制和有关值确定的时候，当振幅或频率确定之后，振动持续时间的长短是很重要的。在调试期间还要根据经验资料和现场情况综合考虑。这种清灰方式的布袋除尘器与其它方式的布袋除尘器比较，对滤袋的机械强度要求最高，而清灰效果不是最好。上述两种清灰形式的布袋除尘器所选用气布比都必须是低气布比，因此，体积庞大，造价高。另外，含尘烟气从袋口进入滤袋，袋口处局部烟速大，并存在涡流区，虽然管口设有防磨短管，但滤袋还是比较容易损坏。随着科技的进步，现在已经不主张采用这两种形式的布袋除尘器。脉冲清灰布袋除尘器与前两种形式的布袋除尘器明显的区别是灰在滤袋内部被收集，滤袋靠袋内
17、部的金属笼骨支撑，上端用各种方式固定在花板上。它的清灰是靠清洁的压缩空气周期性地脉冲喷入滤袋，使滤袋变形，使积存在滤袋外面的灰去掉。前面已经讲到它们有高压脉冲、中压脉冲和低压脉冲三种形式，其结构、滤袋的固定方式、脉冲压缩空气的参数等都各不相同。2 烟气硫处理技术在锅炉燃烧中，由于供应的空气是过量的，产生的烟气中除了烟尘外，还有SO2、SO3、NO和 NO2，以及碳氢化合物等。其中SO2、SO3浓度超标会诱发人体呼吸道疾病，会腐蚀工业设备及建筑物，更严重的会造成酸雨，破坏植被、森林、庄稼和生态平衡。而NO对人体的危害与煤气CO相同，被吸入人体后，使人会因缺氧而麻痹和痉挛。NO2本身毒性比NO和S
18、O2都强，不仅对人体肺部有危害，而且对各种器官和造血组织都有损害。因此，对燃烧后排放的烟气进行脱硫与脱硝是刻不容缓的。烟气脱硫通常有三种途径：1.煤燃烧前脱硫。常用的方法是洗煤和煤气化后脱硫，这两种方法难于应用在工业锅炉中。2.煤在燃烧过程中脱硫，即炉内脱硫：常用的方法有型煤固硫和向锅炉炉膛直接喷固硫剂。这在技术上都是可行的，但设备投资与运行管理费用大。3.烟气脱硫。目前有回收法和抛弃法两大类。回收法可回收硫，但流程长，设备多，投资大，效率低和成本高。抛弃法分为喷雾干燥烟气脱硫和石灰湿法脱硫。这两种方法对工业锅炉尤为适用。喷雾干燥烟气脱硫，是把石灰粉加水搅拌成石灰乳液，经喷雾器雾化成细雾进入脱
19、硫干燥塔，与烟气充分接触反应，吸收SO2并蒸发干燥，生成CaSO4颗粒，随烟气进入袋式除尘器、电除尘器或高效除尘器而排出系统，烟气则得到净化。这种方法，系统简单、投资小，只要雾化和脱硫塔设计、运行良好，可得到较高的脱硫效率。石灰湿法脱硫，是以石灰水为吸收剂，在脱硫塔内，烟气与吸收液充分接触反应，最后生成硫酸钙与亚硫酸钙水溶液，经沉淀池处理达到可循环使用后的标准后，返回使用。但系统中设备及管道易结垢，需经常冲洗。此外，采用流化床直接脱硫，也可以不设置投资很大的排烟脱硫装置而达到脱硫的目的。煤在高温燃烧后产生的氮氧化物与硫化物不同，改变燃烧条件2.1脱硫技术现状为了控制大气中二氧化硫，早在19世纪
20、人类就开始进行有关的研究，但大规模开展脱硫技术的研究和应用是从二十世纪50年代开始的。经过多年研究目前已开发出的200余种SO2控制技术。这些技术按脱硫工艺与燃烧的结合点可分为：燃烧前脱硫(如洗煤，微生物脱硫)；燃烧中脱硫(工业型煤固硫、炉内喷钙)；燃烧后脱硫，即烟气脱硫(Flue Gas Desulfurization，简称FGD)。FGD是目前世界上唯一大规模商业化应用的脱硫方式，是控制酸雨和二氧化硫污染的最主要技术手段。烟气脱硫技术主要利用各种碱性的吸收剂或吸附剂捕集烟气中的二氧化硫，将之转化为较为稳定且易机械分离的硫化合物或单质硫，从而达到脱硫的目的。FGD的方法按脱硫剂和脱硫产物含水
21、量的多少可分为两类：湿法，即采用液体吸收剂如水或碱性溶液(或浆液)等洗涤以除去二氧化硫。干法，用粉状或粒状吸收剂、吸附剂或催化剂以除去二氧化硫。按脱硫产物是否回用可分为回收法和抛弃法。按照吸收二氧化硫后吸收剂的处理方式可分为再生法和非再生法（抛弃法）。2.2低阻高效喷雾脱硫工艺喷淋塔也成为喷雾塔，是在吸收塔内上部布置几层喷嘴，脱硫剂通过喷嘴喷出形成液雾，通过液滴与烟气的充分接触，来完成传质过程。空塔喷淋吸收塔主体为矩形塔体，塔体内配置有多个高效喷嘴及高效除雾装置，浆液在吸收塔内通过高效雾化喷嘴雾化，雾化覆盖面积可达200%，形成良好的气液接触反应界面，烟气进入塔内之后，在塔内匀速上升，与雾状喷
22、液进行全面高效混合接触，脱除SO2等酸性气体。根据燃煤含硫量、脱硫效率等，一般在脱硫塔内布置几层喷嘴。喷嘴形式和喷淋压力对液滴直径有明显的影响。减少液滴直径，可以增加传质表面积，延长液滴在塔内的停留时间，两者对脱硫效率均起到积极的作用。液滴在塔内的停留时间与液滴直径、喷嘴出口速度和烟气流动方向有关。带雾点的烟气上升至高效除雾装置时，通过除雾装置的作用，气液进行接触二次吸收并同时得到有效分离，从而避免烟气夹带雾沫，最大限度地减少烟气带水现象。2.3脱硫系统组成整个工艺由五大部分组成：(1)脱硫剂制备系统由成品石灰（粒径小于10mm（100）的粉状石灰）运至厂里后手工加入石灰消化池进行消化，消化后
23、的石灰浆液自流至再生池中进行脱硫液再生反应。钠碱由运输车给料至钠碱池，在池中与工艺水进行混合直至达到所需的浓度，自流到再生池。(2)烟气系统热烟气自锅炉出来后进入吸收塔，向上流动穿过喷淋层，在此烟气被冷却到饱和温度，烟气中的SO2等污染物被脱硫液吸收。经过喷淋洗涤后的饱和烟气，经除雾器除去水雾后，通过烟道经引风机进入烟囱排空。从锅炉出口至脱硫塔进口段的连接烟道采用A3钢制作，并根据需要设置膨胀节。连接烟道上设有挡板系统，以便于烟气脱硫系统事故时旁路运行。挡板采用手动抽板阀门，包括1个入口挡板、1个旁路挡板和1个脱硫装置出口挡板。在正常运行时，入口挡板和出口挡板开启，旁路挡板关闭。在故障情况下，
24、开启烟气旁路挡板，关闭入口挡板和出口挡板，烟气通过旁路烟道绕过烟气脱硫系统直接排到烟囱。(3)SO2吸收系统在吸收塔内，脱硫液中的氢氧化钠与从烟气中捕获的SO2、SO3、HF、HCl等发生化学反应，生成亚硫酸钠和亚硫酸氢钠等物质。脱硫后的净烟气通过除雾器除去气流中夹带的雾滴后排出吸收塔。采用喷淋塔作为吸收塔，喷淋塔是目前中小型锅炉脱硫装置中应用较为广泛的脱硫塔，其具有气液流通量大、压降低、操作弹性宽、不易堵、效率稳定等优点。吸收塔脱硫主要反应原理如下：a）吸收在吸收塔中，烟气中的SO2和SO3按照以下反应式被溶液中的水吸收：SO2 + H2O H2SO3SO3 + H2O H2SO4b）中和反
25、应H2SO3和H2SO4必须很快被中和以保证有效的SO2和SO3.吸收。H2SO3、H2SO4 、HCl和HF与悬浮液中碱按以下反应式发生反应：Na2CO3 + H2SO3 Na2SO3+CO2 +H2ONa2CO3 + H2SO4 Na2SO4 + CO2 + H2ONa2CO3 + HCl NaCl +CO2 +H2ONa2CO3 + HF NaF +CO2 +H2Oc）副反应烟气中所含的氧量将把脱硫反应中生成的亚硫酸钠(Na2SO3)氧化成硫酸钠(Na2SO4)：2 Na2SO3+O2 2 Na2SO4(4)脱硫液循环系统与脱硫渣处理系统泵前池的脱硫液通过循环水泵泵送到脱硫塔内与烟气接触
26、反应后，从脱硫装置底部排出，排出的含有CaSO4、CaSO3及少量粉尘渣（大部分烟尘在原除尘器中除去）的混合渣浆液体进入再生池、沉淀池，与从石灰浆液池过来的石灰浆液发生再生反应，并进行脱硫副产物的沉淀，上清液流经泵前池，经沉淀后的池底渣浆由人工清出，滤液返流回泵前池，由循环水泵抽送到脱硫装置进行脱硫循环利用。 (5)电气控制系统供电方式系统内的动力设备为分散式布置，均为三相电源供电，厂内民用动力和民用照明为单路三相电源供电分配使用，设计处理系统供电采用放射式供电方式，优点是安全可靠。接地系统处理系统低压配电系统接地接零保护采用TN-C-S系统，所有电气设备金属外壳均需可靠接地和接零，民用动力、
27、照明接地接零保护采用TT系统。低压配电位置的确定设计要求低压配电位置尽可能靠近负荷中心，由于区内大功率用电设备主要为循环泵、渣浆泵等，其它动力及照明负荷较小，故在泵房内设一电控室，安装电源总柜、动力柜和仪表柜等。动力设备起动和控制方式所有动力设备均设有欠压、短路和过载保护，电源总柜设过流保护。民用动力和民用照明设有短路、过载和漏电保护。动力电缆采用铠装电缆沿电缆沟暗敷设，无电缆沟地方软电缆和信号电缆均采用穿钢管埋地暗敷设，电缆沟支架均可靠接地，形成接地网。脱硫系统内所有设备间电缆的设计、供货由供方负责。供货及岛外部分（分界点为脱硫岛外1米）的敷设由业主方负责。脱硫岛采用手动控制.本工程系统涉及的所有规范、标准或材料规格（包括一切有效的补充或附录）均为最新版本，即以合同生效之日作为采用最新版本的截止日期。对脱硫系统及其辅助系统进行启/停控制、正常运行的监视和调整以及异常与事故工况的报警。工艺系统和仪表、控制设备的设计、供货能够满足上述要求。 本系统供电电源均采用380V，50HZ交流电源，配电柜和动力控制柜根据用电负荷由设计院负责设计。参考文献：钠碱法脱硫工艺简介 袋除尘器的基本原理、结构和控制布置 脱硫工程设计方案 双碱法烟气处理技术
