半干法脫硫除塵降霧霾超凈排放研發(fā)總結

摘? 要：電廠運行過程中排放的煙氣需要經過環(huán)保裝置處理，降低其中的粉塵濃度、二氧化硫酸性物質濃度后達標排放。濕法脫硫+濕電處理后的煙氣，其中含有大量的水汽，這些水汽中，含有少量的粉塵顆粒。這些帶有微量粉塵顆粒的水汽（微小泥漿液滴）直接排入大氣中，雖然是達標排放，但是卻給空氣中霧霾的形成提供了原材料。這種情況需要得到改變。該文對億金公司的科研項目半干法脫硫除塵降霧霾超凈排放研發(fā)過程及工藝原理進行了介紹，研發(fā)取得的成果進行了總結。同時，給出了研發(fā)過程中取得的一些專利技術。

關鍵詞：半干法脫硫除塵降霧霾? 超凈排放? 工藝原理? 相關技術

億金公司根據國家環(huán)保形勢發(fā)展，經過上級有關部門審批，組織該公司大量的人力、物力，投入大量資金研究半干法脫硫除塵降霧霾技術。經過2年多的研發(fā)，在廣大設計工作者的辛苦努力下，在上級領導的關注下，研發(fā)取得了成功，并于2019年初獲得江陰市科學技術協(xié)會版發(fā)的科技創(chuàng)新獎“金橋工程”第一名。

該文針對研發(fā)的原理進行介紹，取得的相關技術成果進行總結，同時，對該成果的運用進行展望。

1? 工藝原理介紹

鍋爐煙氣自鍋爐出來后，經進口煙氣啟閉閥通過煙道進入半干法脫硫塔。在脫硫塔內，煙氣中的二氧化硫及其他酸性氣體與來自噴粉裝置和空氣斜槽內的堿性灰粉充分混合，在煙氣流的托舉下，形成翻滾反應床，進行充分接觸反應，生成亞硫酸鈣和硫酸鈣及其他鈣鹽，將煙氣中的酸性氣體除去，實現脫酸脫硫功能。反應后的煙氣進入后面的旋噴布袋除塵器（或電袋復合除塵器），通過預除塵及布袋的超級精密過濾作用，實現高效除塵功能。

為了保證循環(huán)流化床的穩(wěn)定，該研發(fā)系統(tǒng)設置有煙氣再循環(huán)裝置。其作用是，根據脫硫塔入口煙氣流量，自動調節(jié)返回風量混入脫硫塔風量的大小，保證進入脫硫塔的煙氣流量始終在規(guī)定的范圍內，確保流化床的穩(wěn)定運行。該系統(tǒng)煙氣再循環(huán)裝置不另外設置風機。

在脫硫塔下部文丘里上方，噴粉裝置提供石灰粉，其作用是保證整個脫酸過程始終有足夠的石灰粉存在。噴水裝置設置在脫硫塔下部錐體中上部（文丘里上方），采用單流體高壓力自動調節(jié)流量噴槍，其作用是降低脫硫塔內的煙氣反應溫度在適合的反應溫度范圍內，加速脫酸的進程。

除塵器灰斗下部出口設置可控流量流化風輸送斜槽，將循環(huán)灰不斷地輸送到脫硫塔下部文丘里下方。循環(huán)灰在進入脫硫塔的煙氣流的帶動下，再次返回到流化床內進行反應，這能對循環(huán)灰中未反應的石灰粉進行充分利用，優(yōu)化成本。當反應到一定程度，通過出口檢測裝置的自動控制，噴粉裝置自動開啟，同時，除塵器灰斗下的卸灰閥門自動開啟，將反應完全的石灰粉外排到下部的中間灰倉，通過中間灰倉下部倉泵直接氣力輸送到專用儲存灰?guī)?。反應后生成的粉末狀石膏粉具有良好的品質性能，可以作為副產物出售。

該工藝能實現脫硫除塵降霧霾的功能，其脫硫副產物只有固態(tài)的粉末狀干燥石膏粉，沒有污水的產生。它比濕法脫硫能節(jié)約大量建設成本和運行維護費用。從系統(tǒng)排出來的煙氣中沒有帶有泥漿的水汽，能實現濕法脫硫不能實現的降霧霾降水汽（無霧霾、水汽零排放）功能。

2? 取得的相關技術

億金公司在研發(fā)的過程中，取得了大量的專利技術及技術積累。這些專利技術的采用，使得億金公司半干法脫硫除塵降霧霾超凈排放有了強有力的技術支撐。相關成果如下。

2.1 一種處理循環(huán)流化床鍋爐煙氣的工藝技術

該技術詳細闡述了鍋爐煙氣在整個工藝系統(tǒng)的流動情況，給出了各點的關鍵數據，對其中的特別之處提出重要說明，從總體上對循環(huán)流化床鍋爐煙氣處理給出了工藝技術及相關要求，并形成專利，專利號：ZL201721272359.X。

2.2 半干法吸收塔結構的設計技術

提供了循環(huán)流化床半干法脫硫塔的機構設計數據依據，此依據是根據大量的工程實踐和理論計算得出。根據此依據，能進行所有半干法脫硫塔的結構設計（見圖1）。

結構設計分為煙氣進口、過渡段、文丘里段、擴散段、反應段、漸縮段、塔帽段、煙氣出口段。

煙氣進口段和煙氣出口段：橫截面面積的取值范圍與通過其截面的煙氣流速有關，煙氣流速一般取值范圍12～15m/s左右。

過渡段：過渡段連接進口煙道和文丘里段，其口徑通過兩端確定，過渡段長度一般是文丘里段直徑的50%。

文丘里段：采用7孔文丘里。每個文丘里進口、喉口、出口的流速取值分別為23～27m/s、45～60m/s、23～27m/s。整個文丘里區(qū)域外直徑以能滿足7孔文丘里的布置為前提。文修理材料采用耐磨材料，然后特殊滲碳處理，增加局部耐磨性。文丘里段長度一般為文丘里區(qū)域外直徑的1.3倍，文丘里段一般為文丘里外筒體直徑的2.3倍。文丘里段夾角一般為30°。

擴散段：擴散段連接文丘里段和反應段，主要確定擴散段的角度β，然后自然可以確定長度。根據經驗，β取值一般為40°左右。

反應段：反應段煙氣流速控制在4m/s左右，煙氣在反應段的時間控制在5s。根據此數據，可以確定塔體反應段直徑和長度。

漸縮段：長度在數值上一般等于反應塔中間段直徑的0.9倍。

塔帽段：長度一般為反應塔直徑，寬度一般為反應塔直徑的0.75倍。

2.3 低阻力電袋除塵器技術

提供了一種低阻力超凈排放電袋組合除塵器技術。該技術特別適用于半干法脫硫情況下，對煙氣中高濃度粉塵的收集，保證過濾后粉塵濃度小于5mg/Nm3，實現超凈排放，同時，除塵器阻力小于800Pa。

2.4 旋噴布袋除塵器技術

提供了一種旋噴布袋除塵器的設計理念及結構設計，并形成億金公司技術訣竅。它包括煙氣流速控制技術、花板布置技術、旋噴裝置設計技術、旋轉驅動裝置技術、噴吹管技術、清灰系統(tǒng)技術、流化風系統(tǒng)技術等。該部分技術描述在億金公司劉立平《旋噴布袋除塵器設計淺談》中有相關描述。該部分技術暫未申請專利。

2.5 空氣斜槽技術

提供了一種改進式的空氣輸送斜槽。對原有的空氣斜槽進行了局部改進，規(guī)定長度最大值不得超過1600mm，寬度最大值不得超過500mm。規(guī)定斜槽高度在150～200mm之間，這樣，可以保證進入斜槽箱體內的羅茨風壓力均衡的流出透氣布各處，均勻彌散開來。規(guī)定了斜槽箱體側面與垂直面之間的夾角約為20°～30°之間。專利號：ZL201721263861.4。

2.6 反應塔下積灰破拱與輸送技術

在反應塔底部，煙氣自下而上進入反應塔時，會在迎風面的壁板上偶爾形成積灰堆積。需要對堆積的積灰進行破碎并輸送出去，不能影響脫硫塔的正常運行。

一般來說，在迎風面上布置最少3排的吹掃管，每排吹掃管，關于管之間間隔一般為400mm，管子直徑DN25。管子插入壁板內，與外界大氣接觸的地方安裝單向閥，防止積灰順著管路倒流。排與排之間間隔一般為500mm。總的來說，大多數脫硫塔底側迎風面布置3排即可。每排吹掃管前端都安裝有電磁控制閥。

反應塔最下端平坦處設置有螺旋輸送機構和自力式翻板閥（見圖2）。

工作原理：脫硫塔在運行一段時間后，比如4個小時，首先啟動螺旋輸送機，讓螺旋輸送機處于運行狀態(tài)。隔15s后，開啟積灰吹堵裝置最上層電磁閥約5s，然后關閉。積灰破拱后落入螺旋輸送機被帶走。再隔15s后，啟動從上往下的第二層電磁閥約5s，然后關閉。以此類推，直到所有的電磁閥都啟動完畢。當最后一個電磁閥動作完成后，輸送機再繼續(xù)運行30s，然后關閉螺旋輸送機。整個運行過程可以通過自動控制來實現。

自力式翻板閥的作用是保持脫硫塔的密封性能和及時排灰性能。當自力式翻板閥上部積灰數量達到一定程度時，在積灰重力的作用下，自力式翻板閥一次開啟關閉閥門，將積灰排出脫硫塔，同時保證脫硫塔的密封性能。

2.7 反應塔噴水（霧）技術

在半干法脫硫中，向塔內噴入霧化水的作用是增大煙氣中二氧化硫與石灰粉的化學反應接觸面積，加快反應速度。要求控制好噴水量，確保沒有液態(tài)水出現，確保塔壁沒有沾到水汽。保證塔壁不會形成結垢。

工藝原理如下：水箱外可調流量水泵將水引出，通過電磁閥進入單流體噴槍，單流體噴槍有一路回水管，通過可程序控制流量調節(jié)閥返回到水箱中。進入單流體噴槍的水在流量調節(jié)閥的作用下，有一部分水進入單流體噴槍前面的噴嘴，通過噴嘴，將霧化水噴入脫硫塔內。

關鍵技術之一：單流體噴槍深入脫硫塔壁板的長度有要求。根據億金公司多年的設計經驗和現場實踐運行數據整理，L=0.25D。其中，D為脫硫塔噴槍進入位置橫截面圓的直徑。

關鍵技術之二：單流體噴槍在脫硫塔的位置。該位置很關鍵。確認的最佳性能比的噴槍位置是距離文丘里出風側向上1800～2500mm范圍內。

關鍵技術之三：流量控制閥與脫硫塔出口溫度連鎖。通過溫度連鎖控制，能避免噴入脫硫塔內的水分太多，造成脫硫塔內壁結構，可能對后面的布袋除塵器產生不良的影響等。

關鍵技術之四：材質及性能。噴槍材質采用316L不銹鋼，選型為SPRAY。其余水管路采用普通碳鋼結構。

關鍵技術之五：噴槍噴嘴保護技術。噴槍槍頭及噴嘴部分在脫硫塔內部，承受高濃度粉塵以極高速度（20～30m/s左右）對其的沖刷磨損。為了保護噴嘴，采用耐磨保護套對其進行保護。保護套采用耐磨角鋼制作，角鋼采用加厚型，迎風面貼有耐磨套磁層，厚度5mm。角鋼在布置上是沿著迎風面的兩邊與垂直軸呈22.5°的夾角，這樣，可以對煙氣流進行分流，減緩磨損。

2.8 反應塔噴（石灰）粉技術

提供了一種用于半干法脫硫的石灰粉輸送裝置。

結構組成：消石灰倉、倉頂除塵器、可變頻流量控制閥、輸灰管道。

原理描述：消石灰倉接收來自灰罐車的石灰粉，倉頂除塵器用于正壓釋放及過濾。當系統(tǒng)反饋信號要求輸灰系統(tǒng)工作時，變頻流量控制閥啟動，石灰粉順著輸灰管直接送入脫硫塔內部。

關鍵技術之一：實際管徑值大于理論最大流量下的管徑1.5～2倍。讓輸灰管有一定的輸送余量，可以保證在輸送石灰粉的時候，不會發(fā)生卡料或者是氣塞現象。

關鍵技術之二：輸入脫硫塔的落灰口位置。根據億金公司的設計經驗，其位置在文丘里下口處往下1000～1500mm之內。

關鍵技術之三：輸灰管角度要求及距離要求。要求輸灰管角度不得小于65°，輸送距離中的長度不得超過20m。因此，噴粉裝置總是與脫硫塔伴隨建造。

與先前的石灰粉輸送裝置比較：取消了先前的羅茨風機組。石灰粉的輸送不再用流化風，節(jié)約了建設成本。同時，由于與脫硫塔整體布置結構更加緊湊，節(jié)約了現場建設用地。

2.9 循環(huán)灰進入脫硫塔位置技術

對循環(huán)灰進入脫硫塔的位置進行了改進。

以前的半干法脫硫塔設計，循環(huán)灰進入脫硫塔的位置一般位于七孔文丘里的上方，靠文丘里喉口出來的強烈煙氣流吹送斜槽輸送來的積灰，將積灰吹送起來，類似于開水冒泡一樣的情景，形成煙氣與粉塵混合的流化床形態(tài)，增加脫硫反應。這是脫硫反應的原理過程。由于脫硫石灰粉不是很均勻地混合在煙氣中，脫硫效率最高一般在90%左右。

在后來的改進設計中，將進口位置挪動七孔文丘里的下方。這樣做的目的是：輸送來的積灰隨同煙氣流一起經過文丘里，在文丘里內部超高速煙氣流的作用下，積灰（石灰粉）與煙氣流充分混合并達到霧化程度（關鍵因素，主要是因為風速高的緣故），大大加快了脫硫反應的速度。這是半干法脫硫能高效率的關鍵。其脫硫效率在實際運行時甚至可以達到99%。因此，一個不經意的循環(huán)灰進口位置挪動，使半干法脫硫效率等同于濕法脫硫。因此，文丘里的耐磨性對于設備正常運行的影響就顯得至關重要。

另外，從空氣斜槽輸送來的石灰粉積灰粉比重比較輕，在空氣斜槽流量控制閥的作用下，循環(huán)灰被從脫硫塔底部上升來的14～18m/s的煙氣流帶動，吹入文丘里。不會發(fā)生積灰落入脫硫塔底部的情況。

循環(huán)灰的入口位置是半干法脫硫技術的核心技術之一。

循環(huán)灰管不應該停留在塔壁處，應從塔壁向內延伸至塔徑中心處。迎風面采用耐磨材料制作并加裝保護角鋼。

根據實際運行經驗和理論計算，循環(huán)灰進入脫硫塔的位置一般位于七孔文丘里下方，距離七孔文丘里下端約2500～3000mm范圍內。

該技術專利號：201721263780.4。

2.10 煙氣再循環(huán)自動控制技術

提供了一種循環(huán)流化床煙氣再循環(huán)及緊急保護的工藝技術。

根據圖3可知正常運行時，在風機的作用下，循環(huán)流化床的煙氣首先經過關斷閥A，接著進入脫硫塔和布袋除塵器，然后經過風機從可調節(jié)閥門B流出，最后從煙囪排出。這樣就完成這個正常運行時的煙氣處理過程。當鍋爐煙氣量不足時，PLC通過流量控制儀A檢測到煙氣下降，此時立刻，可調閥門A開啟一定角度，可調閥門B關閉一定角度并監(jiān)視調節(jié)后流量，隨時根據流量B進行調節(jié)閥門開度，保證流量在設計范圍內。這樣，反應塔有額定的煙氣量供應，就會正常運行，不會出現反應塔流化床踏床的現象。

當鍋爐出現異常狀況或者設備需要進行維護保養(yǎng)時，開啟關斷閥B，隨后關閉關斷閥A和可調節(jié)閥門B，煙氣通過煙道直接排入煙囪。這就是煙氣系統(tǒng)的緊急旁通保護技術。

3? 成果展望

億金公司組織研發(fā)的半干法脫硫除塵降霧霾超凈排放項目取得了成功，獲得了上級領導及相關政府部門的肯定和表揚。該成果在當前能更好地應用于鋼廠及電廠脫硫除塵煙氣達標排放的場合，它能徹底消除霧霾產生的元兇（含有微量粉塵的水汽），能保證粉塵排放小于5mg/Nm3，SO2排放小于15mg/Nm3。因此，在可預見的將來的一段時間內，它將是鋼廠及電廠脫硫除塵降霧霾的首選工藝及設備。

4? 結語

億金公司組織研發(fā)的半干法脫硫除塵降霧霾技術研究到此告一段落。在這里，衷心感謝億金公司設計工程師的努力奮斗和上級領導同志的關心，也對同行業(yè)各單位的支持表示感激。接下來的時間內，億金公司將把此技術不斷地投入到實際應用中，在運用中取得更多的經濟、技術成果和社會效益，并根據實際應用情況不斷地優(yōu)化該工藝技術。

具體實施時，可以根據工程項目的要求，對其中的關鍵技術進行優(yōu)化組合和改善，使之能更加適合工程實際使用情況，滿足業(yè)主的要求和國家更加嚴格的排放標準。同時，對采用了此技術的各項目進行及時必要的技術總結，不斷的改進設備組成、結構及開發(fā)新的專利技術，使該半干法脫硫除塵降霧霾技術不斷得到發(fā)展，能為國家的碧水藍天做出新的貢獻。

參考文獻

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