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1、等离子体技术一种处理废弃物的理想方法典型烟气净化装置选择和工艺设计方法 2011年03月10日一、 电除尘器选择和工艺结构设计方法 电厂烟气净化系统总体方案决定采用电除尘器，则工艺设计需要进行的是电除尘器选型设计。经过多年努力，我国电除尘器行业自主开发和引进专利技术制造的电除尘器完全可以满足各种除尘场合需要，尤其是类似电厂锅炉这样电除尘器重点用户的需要。由于电除尘器是一种价格昂贵的大型设备，需要通过现场设计者和电除尘器厂家技术人员合作，设计和制造出最适合现场使用条件的电除尘器。除非一些特殊烟气和特殊现场条件、特殊要求，而且电除尘器尺寸很小，目前已经很少有现场设计人员设计和组织制造电除尘器。 现
2、场设计者需要做的工作是：（1）通过调查和试验、测试等方法，确定待处理烟尘和烟气的性质，明确可以布置电除尘器的空间范围并确定电除尘器大致尺寸（通过绘制布置工艺图纸确定）。此外，还要收集与电除尘器选型有关的一些资料，如当地气候、安装地点工程地质情况等。把这些信息整理成电除尘器设计条件书，和电除尘器厂家协商（有可能修改部分条件），定做符合要求的电除尘器；（2）厂家完成电除尘器设计后，对设计方案和图纸进行审查，认定是否满足用户要求，确定后进行制造；（3）厂家制造和安装电除尘器后，配合制造厂家进行试运行并进行验收，出现问题和厂家共同解决；（4）制定电除尘器操作规程，培训操作人员，提出管理制度等，最后进行
3、移交。 在收集资料中，最重要的是根据燃煤煤质和采用锅炉类别估计待处理工况烟气量、烟尘的比电阻和趋进速度。毕业设计可以利用统计资料，实际设计时最好要通过小型试验实测烟尘的比电阻和计算趋进速度，以便根据烟尘特性和需要的除尘效率准确确定需要的电除尘器收尘极板面积。现场设计者还需要根据处理烟气量和选择的电厂风速，计算电除尘器断面积，以及宽度和高度；根据粉尘特性选择通道宽度（同极距）和收尘板形式，计算需要的通道数；根据要求的除尘效率、粉尘趋进速度和选择的电场风速，确定需要的电除尘器电场数，确定电除尘器本体长度。设计计算方法见除尘工程设计手册p205,除尘装置系统及设备选用手册p540。 电除尘器厂家一般
4、还需要了解烟尘的分散度，化学成分，真密度、堆积密度和安息角，以便正确选择极板和电晕线形式、灰斗角度等结构参数。除尘器中烟气正常运行温度，最高运行温度，对选择电除尘器极板和壳体材料至关重要，烟气的露点温度是另外一个重要参数，必须保证电除尘器内，特别是绝缘室内气体温度高于露点一定度数，防止腐蚀和绝缘失效，造成事故。运行中烟气在电除尘器内的正常负压也是一个重要数据，以便电除尘器厂家合理确定电除尘器壳体结构和钢板厚度。需要指出，烟气量、烟气温度和烟尘浓度一般都存在波动，在进行上述选型设计计算时要考虑波动因素，以便要求制造的电除尘器在处理不同工况的烟气都能够达到排放标准。 现场设计者需要了解当地气象条件
5、，并提供给除尘器厂家。包括当地最高气温，最低气温、风荷载和雪荷载，风向和风速，降雨和降雪情况等。根据气候情况，是否对灰斗采取加热措施，需要采取何种措施（电加热或蒸汽加热）。 现场设计者最重要的任务是根据可利用空间，初步进行电除尘器布置，分析前面设计计算得到的电除尘器宽度和长度布置是否有困难，留给进口封头和出口风头的空间有多大，根 据锅炉出口和风机接口标高，适宜采取的进出口封头形式。灰斗设计要考虑灰的利用方式和储存方式，以及设施的布置，以便选择合适的灰斗形式。 现场设计者还可以提出其它要求，这些要求和提供的设计条件是电除尘器厂家进行设计的主要依据，但电除尘器最终结构图和安装图都由厂家提供。毕业设
6、计无法做到利用最终图纸进行系统布置。 电力环境保护VOL17NO1讨论了炉内喷钙活化对电除尘器影响，以及电除尘器的主要设计参数。VOL15NO4讨论了电除尘器的分级除尘特性。1988年第4期介绍比电阻和趋进速度关系，1990年第3期介绍趋进速度与粒径关系。2003年第2期介绍淮北厂电除尘器设计情况。 二、 预除尘器选择与工艺结构设计方法 对于小型循环流化床锅炉，当锅炉出口浓度高于选用的最终除尘器对进口浓度限制要求，或者一级除尘器由于进口烟尘浓度过高而无法达到要求的出口烟尘排放标准，就需要在最终除尘器前加一级预除尘器。选用预除尘器的另外两种情况是：（1）选用湿式除尘器但又有干灰利用要求；（2）选
7、用布袋除尘器但燃烧设备不断有热碳粒等飞出，可能损坏布袋，需要设置预除尘器保证布袋安全。 预除尘器常采用惯性除尘器、旋风除尘器或多管旋风除尘器。惯性除尘器需要自己设计，其他两种除尘器在市场上有很多种产品可以选择，现场设计者主要是选型设计。选择市场提供的除尘器作为预除尘器，除了要满足处理能力要求和回收有用物料要求外，最主要的是尽可能降低系统阻力。实际考察表明，一些二级除尘系统，选择的预除尘器除尘效率过高，对 改进系统总除尘效率没有多少帮助，但增加的系统阻力却不少，这样做不经济的。烟气量比较大时，往往需要选用多个预除尘器并联使用，需要注意对称布置，并采取措施保证风量分布均匀。 一般来说，已经开发的旋
8、风除尘器种类繁多，可以满足于除尘器选型需要。但多数旋风除尘器开发时期的目标是作最终除尘设备，追求的是高除尘效率。满足预除尘要求的产品比较少，特别是满足现场除尘效率要求而阻力低的除尘器不一定能够在市场中找到，这就需要自己设计满足要求的除尘器，具体设计方法见通风除尘设备设计手册p91-95，除尘设备设计p41-65，除尘工程设计手册p104-135。 三、 烟气脱硫塔选择与工艺结构设计方法 随着脱硫技术发展，脱硫塔结构也不断进步。目前，最流行的石灰石/石膏工艺脱硫塔，同时起预洗涤塔、洗涤塔和氧化槽的作用。在日本，还有的石灰石/石膏工艺，采用待遇洗涤塔的脱硫塔结构，目的是减轻残余飞灰、氯化物和氟化物
9、对石膏品质的影响。 脱硫塔要起以下作用：（1）通过喷洒脱硫液吸收去除二氧化硫和其他酸性气体；（2）经化烟气和脱硫液分离（除雾）；（3）灰浆中和，达到控制pH，提供石灰石溶解和亚硫酸钙氧化的合适条件；（4）鼓入空气就地氧化生成硫酸钙；（5）硫酸钙在合适的饱和度条件下生成晶粒比较大，容易分离和脱水的石膏产品。 脱硫塔结构设计要考虑烟气和脱硫液形成水雾充分混合，保证烟气气流的均匀分布，脱硫雾滴在烟气中的均匀分布，并且烟气和脱硫液都有一定停留时间，保证吸收反应、氧化反应、结晶反应都能够完成。脱硫塔设计的结构设计应该尽可能使得塔体和各部件对硫酸钙结垢不敏感，或则不容易结垢，保证安全运行。所以，脱硫塔设计
10、有相当难度。 国际流行的脱硫塔有六种结构类型：喷淋塔、填料塔、液柱塔、鼓泡塔、气泡喷射反应器、双回路塔等，前四种塔通过引进在我国都有应用。目前最流行的脱硫塔为喷淋塔，其次是液柱塔和填料塔。 喷淋脱硫吸收塔设计方法-钟秦书p75。示范工程表明，国外设计的喷淋塔采用主要工艺参数如下：喷淋吸收塔的空塔气速一般在3m/s左右，液气比825L/m3；吸收区高度5-15m;，接触反应时间秒；一般布置3-6个喷淋层，喷雾覆盖率200-300，喷嘴设计见钟秦书p79-85。要求喷嘴出口速度10m/s左右，水压在0.05-0.2Mpa。 电力环境保护VOL18NO.4介绍广东连州脱硫塔的一些参数，包括除雾器设计
11、参数。VOL18NO.2介绍重庆珞璜电厂脱硫塔结构和防腐蚀设计。VOL15NO3介绍太原热电厂简易塔设计。 重庆珞璜电厂一期采用栅格填料塔，二期采用液柱塔，也取得了比较好的脱硫效果。作为练习，设计脱硫塔可以采用化学工程中设计吸收塔的方法，具体设计方法可以查阅化学工程工艺设计手册，或其他设计手册。 整个脱硫系统阻力大约（德国）2940Pa，需要设置脱硫风机。 四、 湿式除尘设备和脱硫设备除雾器选择和工艺结构设计方法 除雾器湿式除尘设备、脱硫设备、以及化工塔设备的重要部件，在有关设计手册中都有选型和设计方法介绍。在湿式烟气除尘和脱硫设备中，除雾器的正确选型设计和使用十分关键。因为除雾器是最容易出现
12、故障的湿式净化设备部件之一，尽管结构简单，实际设计中仍需要认真对待。烟气除雾后，要求残余水滴浓度100mg/m3，如果超过200mg/m3系统就容易出现问题。 常用除雾器有以下几种：折流板除雾器、旋流板除雾器、丝网除雾器、填料除雾器、以及其它类型除雾器。实际上，所有除尘器都可以用作除雾器，只是雾滴一般粒度比较大，净化过程还会凝并，不需要对细颗粒有很高效率，但需要用水流定期冲洗，防止积灰，所以多数除雾器采用简单的结构形式。常用于化工生产中的丝网除雾器和填料除雾器不容易清洗，不适合烟气净化领域，实际应用的主要是折流板除雾器和旋流板除雾器，后者主要用在中小型设备中。 除雾器设计涉及两个部分：除雾器本
13、体设计和冲洗系统设计。对于折流板除雾器，除了选择合适的结构形式、叶片间距(30-50mm)、叶片高度、叶片材质和加工方法、除雾器的级数和布置形式等结构设计参数，还需要确定除尘器最优临界流速。所谓最优临界流速，是指不会引起二次带水的最高烟气流速，和叶片结构，布置方式，烟气带水负荷和带水水滴分散度，气流方向等有关。常用来计算最优临界流速公式 v = K(PW-PG)/PG0.5，m/s 式中，系数K=0.107-0.305，垂直烟流方向取小值，水平烟流方向取大值；PW-水的密度；PG-烟气密度。不同手册推荐值不同。郭东明便著书中，值为0.05-0.13，立式布置许用速度是水平布置的1.5-2.5倍
14、。雾滴中有颗粒物，允许速度更高一些。 一般尽可能接近最大烟气速度。实际选用值要小于计算值（3.5-5.5m/s），因为烟气流速并不是均匀的，有可能局部发生二次带水。但降低流速又不利于脱出微细雾滴，具体取值要根据实验或者实际运行数据确定，手册也有推荐值。除雾器冲洗系统主要由冲洗喷嘴、冲洗泵、管路、阀门和压力仪表、以及控制装置组成。一般采取双面冲洗的方式，选择的喷嘴，要能够形成是新税务并有冲击力，喷嘴的扩散角要保证覆盖除雾器，一般在75-90?范围内。喷嘴距离除雾器距离小于1米。 冲洗水压过高容易引起带水，过低不能起到清洗作用，一般在0.25Mpa（正面）和0.15Mpa（背面）以上。冲洗水量每小
15、时每平方米1-4立方米水。冲洗覆盖率100-300%，2小时为一个冲洗周期。具体设计方法见电力环境保护2001NO.4和钟秦书p75-77。 五、 石灰石/石膏法脱硫塔氧化槽工艺结构设计方法 回收脱硫副产物可以提高脱硫系统的经济性能，就地氧化是目前流行的回收石膏副产品的重要工艺环节。目前大型脱硫公司实际采用的就地氧化技术，因空气导入脱硫浆和空气在脱硫浆中分散方式不同而分成多种方式。应用较普遍的方式有两种：固定式空气喷射器式（Fixed air aparger FAS）和搅拌器和喷射枪组合式(agitater air lance assemilies ALS)。 固定式空气喷射器是就地氧化槽有点
16、类似污水处理中的曝气池，槽内布置很多喷气喷嘴，每一个喷嘴大约负责0.3平方米面积充氧，相当于3.5个喷嘴/平方米。在喷嘴上方布置搅拌器，负责把已经充氧的脱硫液和没有得到充氧的脱硫液混合，也防止石灰石粉和石膏晶体沉淀。进行这种方式的氧化槽设计，主要要确定氧化槽容积、深度、氧化空气流量和布置喷嘴数量与方式、搅拌器类型、数量、和布置方式。该类技术对喷嘴浸没深度敏感，至少需要3米以上。该方式必须保证一定空气流量（30%），否则将堵塞喷嘴。 搅拌器和喷射枪组合式（ALS）依靠强搅拌器形成的高速液流分散空气，对浸没深度要求较低，对低流量的限制也小得多。但该方式对搅拌器性能和搅拌浆叶的耐磨性能要求很高，否则
17、磨损很快，不能保证系统正常运行。有关设计方法参考-钟秦书p75和电力环境保护VOL18NO.2 P52-54。一些参数目前只能借鉴示范工程设计和运行情况有关数据，如脱硫液水力停留时间4-8分钟。氧化1摩尔石膏需要1摩尔氧气，氧化风机的压力需要0.05-0.086Mpa, 六、 湿式脱硫系统烟气再热器选择与工艺结构设计方法 湿式烟气脱硫系统出口烟气浓度一般很低，都接近烟气水露点。除了造成烟囱白色烟雾景观污染外，还造成烟道和烟囱腐蚀，风机积灰发生异常振动，成为安全生产的隐患。比较完整的湿式烟气脱硫系统，都配备烟气再热系统。 湿式烟气脱硫系统的烟气再热可以采取多种方式，设计湿式脱硫系统是首先要选择合
18、适的烟气再热方式。对于大型电厂，实际工程采用的烟气再热方式有：（1）利用锅炉出口热烟气加热净化后的冷烟气，采用的热交换器有回转蓄热式换热器、管壳式换热器，以及热管换热器；（2）利用发电机用后的乏蒸汽进行加热冷烟气，采用的换热器有管壳式换热器，热管换热器等；（3）利用电除尘器排出还没有脱硫的热烟气直接参入冷烟气，或者洁净能源天然气或煤气燃烧产生的热烟气参入冷烟气，提高排放烟气温度。 最后一种方式要牺牲脱硫效率，或者要额外消耗能源，增加企业运行费用。我国有一些电厂采用低硫煤，然后采用部分不脱硫烟气进行加热，二氧化硫排放浓度仍然可以达到排放标准。确定选用的烟气再热方式后，需要设计换热器或者冷热烟气混
19、合设施。 一般脱硫塔出口烟温45-55，德国明确规定烟囱入口要提高到72，从再热器到烟囱入口还会降温5-10，所以需要加热到77-82。 （1） 烟气换热器的设计或选用方法 现场设计人员很难自己设计回转蓄热式换热器和热管换热器，主要是选型设计。管壳式换热器可以自己设计，也可以选择先由厂家生产产品。和电除尘器选型设计一样，现场设计人员的任务是选择换热器类型，并提供生产厂家设计和生产换热器必要的基础资料。在确定选用的换热器类型后，需要通过调查确定： l 冷烟气量和烟气温度、残余烟尘浓度、腐蚀特性，和确定需要通过换热提高冷烟气的温度值； l 采用热烟气量的热量加热冷烟气，则需要提供热烟气数量、烟气温
20、度和烟尘浓度、腐蚀特性等； l 采用乏蒸汽加热，则要确定可利用的乏蒸汽温度和压力，提高烟气温度需要的乏蒸汽量； l 粗略估计需要的换热面积，初步从现有产品中选择换热器； l 调查现场可以布置换热器的空间，并进行换热器初步布置，确定连接烟道尺寸要求。如果布置有困难，更换或改变换热器部分尺寸，提出定制要求； l 向厂家提出订货或定制要求 管壳式换热器设计计算方法见有关设计手册。电力环境保护VOL18NO2介绍连州电厂采用蒸汽加热冷烟气的设计。郭东明著刘旦污染物防治工程技术及其应用112页介绍再热器类型和选择方法。 热管式换热器设计计算方法见设计手册。设计中要注意防止酸露点腐蚀问题，关键是避开发生低
21、温酸腐蚀温度区域。 （2） 冷热烟气混合设施及其设计方法 一般烟气脱硫系统都比较紧凑，从冷热烟气混合点到风机等对烟气中水滴比较敏感的设施距离不会很大。冷热烟气要尽快充分混合，以便水滴有充分时间蒸发，减轻水滴引起烟道积灰和腐蚀等不利影响。冷烟气和热烟气所走的路线阻力差别很大，混合过程还需要采取措施平衡两条支路的阻力，保证冷热烟气按设计流量运行。 风机混合装置脱硫装置电除尘器锅炉烟气 混合装置结构类似喷射泵，热烟气从喷口高速流出，带动冷烟气流动，把压力能转换成动能，起到两个分支阻力的作用。计算方法见 七、 石膏副产品回收和处理系统工艺设计方法 石膏副产品能否占有市场，关键是它的质量。石膏副产品回收
22、系统合理设计和运行是保证石膏质量和降低处置费用的主要措施之一。 商业上对石膏质量的要求主要是：杂质含量少；颜色白；平均粒度在100微米左右；含水率小于10%。石膏中的杂质主要指混入的飞灰、未反应的石灰石、以及氯离子等。除了强化烟气除尘，防止飞灰进入脱硫系统外，最主要的措施是控制氧化槽石膏结晶工艺条件，保证结晶颗粒均匀且比较大，不要生成针状或层状细小结晶。后者不仅脱水困难，而且对脱硫浆液中杂质去除非常不利。 一般氧化槽中循环脱硫液固体颗粒浓度在15-25%。保持较大的固体浓度，使用粒度加工合格的石灰石粉（20），劣质煤循环倍率低（3-4s），石灰石粉再循环流化床内停留时间（1h），验证高温分离器
23、射击队石灰石粉加入的适应性； n 灰平衡计算（估计飞灰数量和飞灰中煤灰、碳粒、硫酸钙、氧化钙的粗略比例）。 电力环境保护VOL18NO1介绍河南用循环流化床锅炉情况（石灰石粒径2mm）。VOL16NO2介绍内将电厂用循环流化床脱硫系统设计。 十、 炉膛喷粉系统工艺设计方法 采用路内喷钙技术进行烟气脱硫，必然涉及锅炉喷钙工程实践问题。这里主要指大型电厂煤粉锅炉（室燃锅炉），是发电厂核心设备之一。一般煤粉锅炉内流场都经过详细测试和调整，以便保证燃料充分燃烧和高的燃烧效率。在锅炉上开洞并借助气流喷入石灰石粉，一是要尽可能不影响锅炉内流场，二是要把石灰石粉送到合适烟气温度区，保证石灰石的煅烧活性和在该
24、温度区内足够的停留时间；三是要保证含石灰石的烟气和所有烟气充分混合，保证产生的二氧化硫有足够的机会和石灰石粉反应得到固定。目前要做到上述三点，还没有完整的理论方法，主要靠经验。 十一、 活化塔工艺结构设计 活化塔的作用是通过喷雾增加烟气中水汽含量，降低烟气温度并保持烟气温度在水露点温度以上，提高煅烧形成氧化钙的反应活性，进一步完成脱硫反应。活化塔工艺设计包括烟气露点计算，喷水量计算和烟气在塔内理论停留时间计算，他截面积计算等内容。 烟气露点和烟气中含的水蒸气、酸性气体数量有关，尤其是和三氧化硫、氯化氢气体含量有关，计算公式见除尘工程设计手册p409。进活化塔的烟气温度由锅炉低温受热面设计和运行
25、情况决定，冷却达到的温度由要求的氧化钙脱硫反应活性和运行安全共同决定，大约高于露点温度12-15。要求喷雾水量达到降温要求，同时要求雾滴在活化塔全部蒸发，需要进行热平衡计算，确定喷水量。活化塔的高度不仅要考虑雾滴完全蒸发需要的时间，还要考虑达到要求的脱硫效率，烟气需要的停留时间。除尘工程设计手册介绍了水底完全蒸发需要实践的经验确定方法（查图法），根据水滴平均直径，塔体对数平均温差，查出需要的时间。需要的二氧化硫反应时间则只能根据模型试验确定，或有模型试验总结出来的经验公式计算确定。我国对喷雾干燥法脱硫塔进行过大比例模型试验并总结出经验公式，对火花他还没有类似研究成果。但南京下关电厂和浙江钱清电
26、厂活化塔设计高度（大约26米）可以参考，条件是采用类似的进口烟温和出口烟温，并采用类似的喷嘴和喷水压力。 活化塔可以采用顺流方式或逆流方式，即喷雾和水雾运动方向和烟气流动方向可以同向或反向。顺流活化器，水的蒸发强度较大，水滴有足够的蒸发时间，增湿效果好，所以常采用，但烟气需要走比较长的路。活化塔进口断面需要设置整流设施（导流栅），使得塔体断面上烟气均匀分布。塔体需要考虑防腐设计。 活化塔内烟气速度可以取1-2m/s，该值是一个试验经验数据，由此计算处理锅炉烟气量需要的塔体直径。塔内喷嘴采用压缩空气物化的两相喷嘴，满足对水滴平均直径的要求。可以参考电除尘器增湿塔结构设计方法，见水泥厂工艺设计手册
27、下p43-45。电力环境保护2001年2期介绍下关电厂工艺。VOL17NO3介绍两相流喷嘴用于增湿塔。 十二、 除尘脱硫一体化系统工艺设计方法（略） 脱硫剂的选择；脱硫塔类型选择；脱硫塔结构设计；烟气再热器设计；石灰粉磨和消化设施设计；灰水沉淀池设计；循环泵房设计；脱硫用水系统管路设计；灰水分离设施设计 十三、 烟气净化装置容器和非标准件结构设计和制作方法（略） 烟气净化装置多数是金属结构容器，例如脱硫塔、换热器、石灰石粉仓、粉煤灰仓等，为了方便安装和操作，还安装有爬梯、操作平台、支架、人孔门等，它们不仅要满足工艺的要求，要有足够的强度，能承受各类动静负荷，方便制作和使用。虽然这部分设计工作主要有机械工程师和结构工程师承担，但工艺设计师也需要有一定了解，以便在与机械工程师和结构工程师互相沟通时有共同语言，在编制工程概算时避免漏项。有关内容见容器设计和非标设备制作安装手册等书籍。 特别声明：1：资料来源于互联网，版权归属原作者2：资料内容属于网络意见，与本账号立场无关3：如有侵权，请告知，立即删除。
