一种带高效除尘的锅炉脱硫脱硝一体化装置的探讨

林文强



一种带高效除尘的锅炉脱硫脱硝一体化装置的探讨

林文强

福建省特种设备监督检验院

目前，国内许多火电厂、化工厂的湿法锅炉脱硫装置均需要进行增容提效改造。该文针对一种带高效除尘的锅炉脱硫脱硝一体化装置技术进行探讨，为同类锅炉烟气脱硫装置增容提效改造工程提供参考。

电石渣 锅炉脱硫 增容提效改造 吸收塔

随着我国环保标准的提高，《锅炉大气污染物排放标准》（GB13271-2014）规定，重点地区燃煤锅炉大气污染物特别排放限值，颗粒物浓度≤30 mg/m3，二氧化硫浓度≤200 mg/m3，氮氧化物浓度≤200 mg/m3。而目前小型蒸汽锅炉、印染企业导热油炉等一般采用水膜除尘器进行简易脱硫除尘，且未设置脱硝设施。颗粒物、二氧化硫、氮氧化物均无法满足环保新要求，小型锅炉的污染物排放提标改造已经刻不容缓。由此研发设计的一种带高效除尘的脱硫脱硝一体化装置，该设备可将烟气同时进行脱硫、脱硝、除尘治理，简化设备，节省设备占地面积，节约环保投资，减少污染气体对环境的破坏，具有高效性和环保性。2016年先后在福建永丰针纺有限公司、福建长乐市联丰染整有限公司及福建德运科技股份有限公司投入应用，经过调试，系统运行正常稳定。

1 湿式电除尘器工作原理

湿式除尘器首先建立了可持续发生电晕电场，即阴极线针刺（芒刺）电极在高压电源的作用下形成强大的电晕电场使气体电离，烟气中的粉尘、雾滴粒子等经过电场时，获得电子而荷电，在电场力、荷电水雾的碰撞拦截、吸附凝并共同作用下荷电粒子被捕集到阳极上（极少部分获得阳离子驱向阴极），顶部喷淋系统间歇运行，对阴极、阳极进行补充冲洗清灰。冲洗水通过湿电下部收集系统通过管道自流进水膜除尘器沉灰池。工作原理见图1。

在湿式除尘器运行过程中，对粉尘颗粒有两种类型的荷电过程，一是场荷电，对于直径大于1μm的颗粒来说，场荷电是主要作用，颗粒碰撞沿电力线运动的负离子而带电，这时电压的强弱是影响这个过程的最主要因素。

二是扩散荷电，对直径小于0.5μm的颗粒来说，扩散荷电是主要作用，亚微米粒子在随机运动时与负离子碰撞而带电，注入的电流密度是影响扩散放电的最重要因素。

图1 湿式电除尘器工作原理图

湿式静电除尘中，因放电极被水浸润后，电子较易溢出，同时水雾被放电极尖端的强大电火花进一步击碎细化，使电场中存在大量带电雾滴，同时水分子为负极性分子，大大增加亚微米粒子碰撞带电的机率，而带电粒子在电场中运动的速度是布朗运动的数十倍，这样就大幅度提高了亚微米粒子向集电极运行的速度，可以在较高的烟气流速下，捕获更多的微粒。

由于烟气在饱和或在高湿条件下，粉尘表面依附大量的水分子，粉尘的工况比电阻适中，不会产生反电晕，适合电除尘捕集。清灰方式为水膜清灰，没有振打装置，不会产生二次扬尘，所以湿式电除尘器捕集微细颗粒物可以达到很高的捕集效率。

测量表明，FGD所排放的粉尘，主要是超细粉尘，其粒径分布绝大部分6μm以下，约90%的粉尘集中在2.5μm以下，且主要分布在0.6～1.2μm。

烟气中的SO3在80℃以下时，如果不存在温度场的急速变化，则不会形成气溶胶，而以H2SO4的微液滴形式存在，其平均颗粒的直径在0.4μm以下，属于亚微米颗粒范畴。这也是干式静电除尘器和FGD对SO3去除率较低的主要原因。湿式静电除尘因对亚微米颗粒的高捕获率，所以对SO3的微液滴有很高的脱除率。

湿式静电除尘能够高效地去除亚微米粒子、雾滴、粒径小至0.01μm的微尘，设置一电场除尘效率一般都可达到70%以上。湿式脱硫后设置湿式电除尘器可以处理湿法脱硫后烟气中存在（或产生）的细粉尘、石膏雨、SO3微液滴、重金属等气溶胶粒子复合污染物。

在现有标准和技术条件下，湿式电除尘器对燃煤电厂及工业锅炉控制PM2.5是十分理想的设备，是相对实用高效、经济可行的。

2 脱硫脱硝工作原理

锅炉烟气中的氮氧化物95%为不溶于水的NO，本装置利用强氧化剂将烟气中NO 氧化成易溶于水的NO2，然后通过碱性吸收液吸收，以达到脱除烟气中氮氧化物的目的。

脱硝反应式：

强氧化剂+NO → NO2

3NO2+H2O → 2HNO3+NO

HNO3+NaOH → NaNO3+H2O

脱硫反应式：

SO2+ H2O → H2SO3

2NaOH + H2SO3→ Na2SO3+ 2H2O

Na2SO3+ H2SO3→ 2NaHSO3

本装置在湿式电除尘下部设置若干层氧化和吸收喷淋层。首先接触烟气的下喷淋层主要功能为氧化烟气中的低价态氮氧化物，使之形成易溶于水的高价态氮氧化物，氧化喷淋液被收集于氧化循环池内循环利用；接着进入碱性吸收的上喷淋层，在此处，被氧化后形成的NO2及烟气中的SO2与碱性喷淋液发生反应，从而被吸收下来，达到脱除的目的，碱性喷淋液同样被收集在碱性循环池内循环利用。

3 结束语

该高效除尘的锅炉脱硫脱硝一体化装置，充分利用了原有设备，提高了脱硫效率，消减了污染物的排放，脱硫产物石膏品质显著提高，可综合利用。并且，在脱硫施工中主机停炉时间短，具有良好的社会、环境和经济效益，对于同类型的脱硫增容提效改造具有良好的参考和借鉴价值。

[1] 刘剑军，赵志华，严学安，等. 湿法脱硫装置SO2吸收系统增容改造方案探讨[J]. 电力科技与环保，2011, 27(6): 33-35.

[2] 李伟. 浅谈电石渣脱硫工艺[J]. 大陆桥视野, 2010(9X): 176-177.