為節省環保成本投入，企業對污染物一體化脫除技術需求日益旺盛。研究表明傳統石灰石濕法脫硫工藝通常具有一定的粉塵協同脫除能力，但其粉塵脫除效率波動較大，研究結果差異明顯。雖然傳統濕法脫硫塔具備一定的除塵能力，但仍難以實現粉塵超低濃度排放，因此需要研究如何更高效實現粉煤灰濕法脫硫裝置的粉塵協同脫除。

西安交通大學譚厚章教授開發了一種燃煤工業鍋爐飛灰回用鼓泡(乳化)濕法脫硫除塵一體化系統，通過提純鍋爐燃料燃燒后粉煤灰溶解液中Ca2+以制備脫硫劑達到SOx超低排放目的(無需再使用其他脫硫劑)，同時煙氣可直接進入脫硫系統，省卻了前端布袋除塵器，實現了粉煤灰濕法脫硫及協同除塵，并在某14 MW熱水鍋爐應用，為工業鍋爐低成本實現SOx超低排放及協同除塵提供技術參考。

摘要

針對目前工業鍋爐石灰石濕法脫硫系統易堵塞、運行費用高等問題，開發了一種新型燃煤工業鍋爐飛灰回用鼓泡(乳化)濕法脫硫除塵一體化系統，改變傳統粉煤灰脫硫僅作為脫硫劑載體直接噴入煙道的利用方式，通過提純粉煤灰中Ca2+離子制成堿性漿液實現粉煤灰濕法脫硫，不需添加其他脫硫劑。同時新型脫硫系統不設置噴頭裝置，通過“颶風旋流器”讓煙氣切割脫硫劑形成乳化層達到增加反應時間和反應面積的效果。通過某14 MW工業熱水鍋爐應用結果表明：高、中、低3種負荷下，新型脫硫系統均運行穩定，平均入口煙氣溫度為100 ℃，較改造前鍋爐排煙溫度降低30～50 ℃，有效提升了鍋爐熱效率；中負荷運行條件下，經新型脫硫系統脫硫后SO2含量為10.9 mg/m3，脫硫效率91.2%，同時脫硫系統協同除塵效率達98.94%，再經濕式靜電除塵(霧)器深度除塵后煙塵濃度為4.8 mg/m3，達到超低排放標準。該系統解決了傳統石灰石濕法脫硫噴頭裝置易堵塞問題，同時省卻了傳統布袋除塵器，運營成本低，具有良好的推廣前景。

1 鍋爐概況

該項目原有4×7 MW鏈條鍋爐，技改前熱效率僅為70%；因供熱面積減少，實際運行為2開2備。鍋爐尾氣處理為傳統麻石水膜除塵器，無配套脫硫系統。項目地為沿海地帶，冬季海陸風較多，現場環境惡劣，鍋爐尾氣排放嚴重超標，為匹配實際供熱面積，對鍋爐機組進行技改，拆除原有4臺7 MW機組，采用一臺14 MW機組。

2 新型脫硫系統開發與改造

2.1 粉煤灰脫硫劑提純及濕式脫硫可行性分析

為徹底改變粉煤灰氣固反應脫硫的傳統利用方式，實現粉煤灰濕法脫硫，不添加其他脫硫劑的情況下實現SOx超低排放，本文開發了一套粉煤灰Ca2+提純設備，通過溶解-澄清等方法，提取粉煤灰中Ca2+，使其溶于水后生成堿性漿液進入脫硫設備，通過提純工藝最大化利用粉煤灰。從化學反應角度考慮，無論何種脫硫工藝，理論上只要一個鈣基吸收劑分子就可以吸收一個SO2分子。粉煤灰脫硫工藝總體在氣相、液相和固相之間進行，核心在液相中，反應條件非常理想。

2.2 高效除塵脫硫一體化凈化器

①乳化脫硫作用

本文自主研發了一套“高效除塵脫硫一體化凈化塔”設備。該設備在煙氣進入塔內時進行一道霧化除塵，同時不采用傳統噴頭霧化的方式，脫硫液直接進入除塵脫硫塔，通過設置“颶風旋流器”讓煙氣切割脫硫劑，形成乳化層達到增大反應面、延長反應時間的目的?！帮Z風旋流器”的設計類似風扇葉片原理，通過調整葉片角度來改變旋切風壓(圖1)。

圖1 颶風旋流器示意

氣動乳化實現方式為在一圓形管狀容器中，經加速的含硫煙氣以一定角度從容器下端進入容器，與容器上端下流的不穩定循環液碰撞，煙氣高速旋切下流循環液，循環液被切碎，氣液相互持續碰撞旋切，液粒粉碎得更細，氣液充分混合，形成一層穩定的乳化液；煙氣量較大時，調大葉片角度增加通過面，反之調小角度，達到氣、液平衡。在乳化過程中，乳化液層逐漸增厚，當上升的氣動托力與乳化液重力平衡后，最早形成的乳化液被新形成的乳化液取代。

②協同除塵作用

本文開發的“高效除塵脫硫一體化凈化塔”與傳統工業鍋爐除塵系統相比有以下不同：

1)由于一體塔內不采用噴頭，而是通過“颶風旋流器”使煙氣切割脫硫劑的脫硫方式，因此允許爐膛出口煙氣直接進入一體塔，省卻了前端布袋除塵器的布置，降低了投資成本和維護成本。

2)省卻了布袋除塵器，便無需考慮布袋除塵器內低溫腐蝕問題，因此本文在鍋爐尾部進入凈化塔前增加一道余熱回收裝置，將煙氣溫度從150 ℃降至100 ℃左右，提高了鍋爐整體熱效率。

3)降溫后的煙氣進入凈化塔，體積收縮發生第1步沉降，同時在噴淋的作用下，噴淋漿液大量吸附煙氣中粉塵顆粒形成新的粉煤灰溶液，粉煤灰溶液再經后續固液分離器提純、澄清獲得較潔凈的脫硫漿液重新循環至噴淋管處。由于脫硫漿液較純凈，可以很好地對煙氣進行洗滌，同時配合一體塔氣動乳化原理形成的乳化層能汽水結合捕捉煙氣中的粉塵，實現較高的除塵效率。

③濕式靜電除塵器（WESP）

濕式靜電除塵(霧)器能真正除去PM2.5～PM10微細粉塵、氣溶膠等污染物，減少PM2.5排放。由于粉煤灰脫硫塔后煙氣溫度較低，與大氣溫差較小，還可有效解決“白羽”問題。

④新型脫硫系統流程

新型脫硫系統流程如圖2所示。

圖2 系統流程

3 現場試驗測量

3.1 測量依據及方法

改造完畢后，對SO2及煙塵取樣測量，SO2采用HJ/T 57—2017《固定污染源排氣中二氧化硫的測定 定點位電解法》，煙塵采用HJ 836—2017《固定污染源廢氣 低濃度顆粒物的測定 重量法》。一體化脫硫系統中，脫硫旋流管啟用1根大管(直徑Dn=800 mm)和1根小管(Dn=600 mm)，旋流開度為1/2，試驗選取高、中、低3種負荷。

3.2 脫硫塔入口煙氣溫度

新型脫硫除塵一體化系統不需考慮傳統布袋除塵器低溫腐蝕問題，允許回收熱量后的低溫煙氣直接進入，一體凈化塔入口煙氣溫度如圖3所示。可知鍋爐低負荷、中負荷和高負荷運行時入口煙氣平均溫度為100 ℃，極大提高了鍋爐熱效率。

圖3 一體凈化塔入口煙氣溫度

3.3 粉塵及SOx測量結果

一體凈化塔系統對粉塵具有較強的脫除能力，以中負荷、入口標桿煙氣流量8 802 Nm3/h工況為例，進入高效除塵脫硫一體化凈化塔前煙塵濃度為6 325.4 mg/m3，凈化塔除塵后煙塵濃度為67.2 mg/m3，除塵效率為98.94%。再經濕式靜電除塵(霧)器深度除塵后煙塵濃度為4.8 mg/m3，除塵效率為92.86%，與天然氣的煙塵排放濃度相當。說明高效除塵脫硫一體化凈化塔具有較高的粉塵協同脫除能力，但對于微細顆粒物仍需利用濕式靜電除塵器脫除。

以中負荷、入口標桿煙氣流量8 802 Nm3/h工況為例，“一體塔”進口煙氣SO2含量為376 mg/m3，經粉煤灰溶液脫硫后含量為12.3 mg/m3，脫硫效率達96.7%；SO2排放濃度遠低于超低排放要求(<35 mg/m3)，同時發現煙囪出口SO2濃度進一步降低，推測是由濕式電除塵器(WESP)導致。WESP對SO2的脫除是在氣液擴散的基礎上耦合了電場力和活性基團的作用，即共存在氣液擴散、電子吸附強化傳質、氧化吸收3種吸收機理。研究表明，WESP在無論在干態還是濕態，臭氧產生量都極低，活性基團對SO2基本無脫除效果，即氧化吸收比例很低，噴淋條件下WESP放電對SO2的強脫除作用主要源于SO2吸附電子形成，SO2-強化了氣液傳質，而在干態條件下由于沒有噴淋水的存在，SO2-在靜電力的作用下運動到極板上將電子釋放后，重新回到煙氣中，綜合來看，WESP對SO2的脫除效果強弱順序為：氣液擴散>電子吸附強化傳質>氧化吸收。

3.4 新型脫硫除塵一體化系統經濟性分析

不同脫硫工藝的成本對比見表6，可知新型脫硫除塵一體化系統由于不使用任何傳統脫硫劑，成本較低，本文系統可以直接省卻前端布袋除塵器，降低了除塵系統的建設和運行維護成本，進一步降低鍋爐出口煙溫，提高鍋爐熱效率，具有良好經濟性。

表6 不同脫硫工藝成本對比

4 結論

1)改變傳統粉煤灰脫硫僅作為脫硫劑載體直接噴入煙道的利用方式，通過提純粉煤灰中Ca2+離子制成堿性漿液實現粉煤灰濕法脫硫；新型脫硫系統完全利用鍋爐產生的粉煤灰即可實現SOx超低排放，不需使用其他脫硫劑；同時省卻前端布袋除塵器，回收煙氣余熱，提高鍋爐效率，降低運行成本。

2)新型脫硫系統不設噴頭裝置，脫硫液直接進入除塵脫硫塔，通過“颶風旋流器”使煙氣切割脫硫劑，形成乳化層達到增大反應面、延長反應時間的目的，解決了石灰石濕法脫硫噴頭裝置易堵塞問題。

3)中負荷、入口標桿煙氣流量8 802 Nm3/h工況下經新型脫硫系統脫硫后SO2含量為12.3 mg/m3，脫硫效率96.7%，除塵后煙塵濃度67.2 mg/m3，除塵效率為98.94%。再經濕式靜電除塵(霧)器深度除塵后煙塵濃度為4.8 mg/m3，達到超低排放標準。

請復制鏈接查看“煤炭清潔高效轉化理論與技術”專刊文章

https://wap.jjmjs.com.cn/arttype/110.html

引用格式

趙雪，羅楠洋，韓枝宏，等.燃煤工業鍋爐飛灰回用鼓泡(乳化)濕法脫硫除塵一體化系統研究[J].潔凈煤技術，2021,27(4):11-16.

ZHAO Xue，LUO Nanyang，HAN Zhihong,et al.Research on integrated bubbling(emulsification)wet desulfurization and dust removal system for reuse of fly ash from coal-fired industrial boiler[J].Clean Coal Technology，2021,27(4):11-16.

聯系我們：

電話：010-87986452/87986451

郵箱：jjmjs@263.net

網址：http://www.jjmjs.com.cn

微信客服：438351866