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烟气干式脱硫对除尘器性能影响的分析沈阳建筑大学刘飞林豹摘要简单介绍了三种干法脱硫技术，喷雾干燥法，炉内喷钙法，循环流化床脱硫法的工艺流程。分析了三种脱硫系统运行后除尘器入口处烟气温度、湿度及粉尘的比电阻，粒径，粘性等性质改变，分析了粉尘性质改变后，对电除尘器和布袋除尘器过滤效率等性能的影响，以及减小不利影响的一些措施和办法，并提出了布袋除尘器更适合脱硫后烟气的除尘。关键词喷雾干燥法炉内喷钙法循环流化床脱硫法电除尘器布袋除尘器TheanalysisofperformanceofthedustcatcherinfluencedbydryfluegasdesulphurizationSchoolofMunicipal&EnvironmentalEngineering,SHENYANGJIANZHUUniversityLiufeiLibaoABSTRACTIntroducethreekindsoftechnicsondryFGD.Accountforthechangesoftemperature,humidity,resistivityontheentranceofdustcatcherafterdesulphurizationdevicerunning.AnalysetheperformanceofESPandbagfiltersinfluencedbythesechanges.KEYWORDSspraydryingmethodLIFACCFB-FGDESPbagfilters1前言所谓干式烟气脱硫是指无论加入的脱硫剂是干态还是湿态，脱硫的最终反应产物都是干态。与之相对的是湿法烟气脱硫，该法整个脱硫系统位于烟道的末段，除尘系统之后，脱硫过程在溶液中进行，脱硫剂和脱硫产物均为湿态。干式烟气脱硫工艺与常规湿式工艺相比，具有投资费用较低，脱硫产物呈干态，无需装设除雾器，设备不易腐蚀，不易发生结垢及堵塞等优点。据国际能源机构煤炭研究组织调查表明，目前干式烟气脱硫装置约占全世界烟气脱硫容量的15%左右。最主要的干式烟气脱硫技术有三种：喷雾干燥法，炉内喷钙法，循环流化床脱硫法[1]。由于干式烟气脱硫装置运行之后，除尘器入口处烟气的温度，湿度，化学成份，粉尘的粒径，比电阻等相关特性都发生了一定的变化，所以其对除尘器性能有什么影响，就成了设计人员与用户关心的问题，本文分析了它对除尘器性能的具体影响。2喷雾干燥法脱硫装置对除尘器性能的影响2.1喷雾干燥法该法利用喷雾干燥原理，在吸收剂进入吸收塔以后，一方面吸收剂与烟气中SO2发生化学反应，生成固体灰渣；一方面将热量传递给吸收剂使之干燥，反应后形成的废渣为固体粉尘状态，一部分在塔内分离排出，一部分随烟气进入除尘器。一般该法的吸收剂选用生石灰（CaO），制浆后雾化进入反应塔与烟气中SO2发生反应。由于吸收剂微粒无法完全干燥，反应后烟气中会有一定量的吸收剂，反应塔后烟气粉尘浓度上升（大致增加了五倍）。由于吸收剂雾滴含有水分，物料一接触烟气即迅速降低了烟气温度。湿度也有所增加。另外为了提高脱硫效率则反应塔出口烟气温度越接近露点温度反应速率越高。2.2脱硫装置运行后对除尘器性能影响总的来说装置运行后除尘器入口处烟尘浓度上升，同时烟气湿度增大，温度下降。对在燃煤锅炉除尘领域广泛使用的电除尘器而言，其对烟尘性质较为敏感，所以脱硫后烟尘性质的改变会对其性能产生一定影响。电除尘器对所净化的气体含尘浓度有一定的适应范围，如果超出一定范围除尘效果会降低，含尘浓度达到某一极限时通过电场的电流趋近于零，发生电晕闭塞，反应塔后烟气粉尘浓度上升肯定会使电除尘器除尘效率下降，而粉尘中钙硫含量的明显增加会导致粉尘比电阻较大上升，也会使除尘效率下降。烟气温度和湿度对电除尘器性能有很大影响，如有可能，电除尘器还是在比较低的温度下工作，可提高除尘效率。湿度的增加会降低粉尘的比电阻，随着空气含湿量的上升，电场击穿电压相应提高火花放电较难出现，对于电除尘器这是具有实用价值的[2]。但是也应考虑到烟气中含有SO3，同时设备运行中难免出现漏风等情况，温度降低湿度增大会导致除尘器出现糊板，腐蚀，破坏绝缘，影响电除尘器正常运行。布袋除尘器在燃煤锅炉除尘领域应用较少，由于它具有除尘效率高，不受烟气量波动影响，不受粉尘比电阻限制，适应性强等优点，所以粉尘浓度增加，粉尘比电阻上升对它性能影响不大，但是也应注意到在烟气的湿度增加温度下降的情况下，如果除尘器漏风将导致出现结露现象，堵塞滤袋，影响清灰，运行阻力上升的现象，在运行管理时特别要注意。鉴于该法反应生成物粉末太细小，并且除尘器入口处粉尘浓度较大，锅炉燃烧状态不稳定，起伏较大，笔者认为还是采用布袋除尘器为佳，但是在实际使用中应注意运行管理，防止由于结露，腐蚀设备，堵塞滤袋。3炉内喷钙法脱硫装置对除尘器性能的影响3.1炉内喷钙法炉内喷钙脱硫法由两步固硫反应组成，首先作为固硫剂的石灰石粉料喷入炉膛尾部热烟气中，CaSO3热解后生成的CaO随烟气流动，与其中SO2反应脱除一部分SO2；然后烟气进入锅炉后部活化反应器，通过喷水增湿，一部分尚未反应的CaO转变成Ca(OH)2继续与烟气中SO2反应。完成脱硫过程。炉内喷钙使烟尘的性质发生了很大的改变。吸收剂喷入炉内后高温下被煅烧成CaO在脱硫反应中利用率很低，仍有大量的CaO存在，进入活化反应器。而活化反应器中出于脱硫反应的要求，烟气温度越接近露点越好。一般控制活化反应器出口烟气温度高于露点温度5~10℃，从活化反应器出来增湿后烟气温度在55~60℃。3.2脱硫装置运行后对除尘器性能影响装置运行后烟尘浓度上升，并且随着Ca/S的增大而增大，特别是1μm左右亚微米颗粒成倍增加。由于烟尘中CaO和MgO的含量上升，并导致烟尘中SO2含量下降，所以烟尘的比电阻将明显上升，最高能达到1012数量级。烟气湿度增加。如果烟尘浓度有较大上升，超出电除尘器净化的适应范围，也将使排放量增加，造成环境污染，对于电除尘器而言，比电阻增加使粉尘层与极板之间可能形成电场，产生反电晕放电，导致电能消耗增加，除尘性能恶化，甚至无法工作。但当烟气进入活化器后，由于烟气流速降低，粉尘中部分大颗粒及由于喷雾化水发生凝聚生成的大颗粒下沉，从活化器底部排出，活化器的除尘效率可达30%~50%。而炉后增湿（烟气通过活化反应器时通过喷入雾化水进行增湿）则可以使烟尘的比电阻下降。有资料表明，在温度小于200℃时，标准烟尘的比电阻为108~1012Ω·cm，而炉内喷钙后，比电阻约增加了3-4个数量级，正是由于比电阻的增加，导致电除尘器的除尘效率下降约8%。但是通过烟气增湿可以使烟尘的比电阻下降到108Ω·cm，使电除尘器除尘效率提高约5%.FGD投入使用后入口浓度增加，使烟气与烟尘之间相对滑移程度加剧，烟气与烟尘间速度梯度增加，从而切向应力增加，内摩擦阻力增大，造成更大的阻力损失。烟气含湿量增加，温度降低有利于改善电气运行特性，可提高运行电压，降低运行电流，即达到同样的运行电流，需要更高的运行电压，这样电场强度可提高20%-40%。同时由于烟气温度接近露点，会导致酸凝结使设备腐蚀，影响设备正常使用[3]。鉴于布袋除尘器的特点，炉内喷钙脱硫法对于布袋除尘器主要的影响是炉后增湿使烟气湿度增加，烟气温度降低，这将容易使布袋除尘器出现结露现象，堵塞滤袋。该工艺对电除尘器的影响，不能单纯看某一项烟尘性质的改变，例如比电阻增加不利于除尘效率，但是炉后增湿却能改善这种影响。有学者认为FGD运行后对电除尘器的综合影响是有利的，这种影响取决于ESP本体的机构设计和电源配置[4]。笔者认为虽然如此，但是考虑到投资和对微小颗粒的过滤效率，仍然是采用布袋除尘器更为合适。4循环流化床法脱硫装置对除尘器性能影响4.1循环流化床法循环流化床是一种使高速气流与所携带的稠密悬浮颗粒充分接触的技术。该法主要由石灰浆制备系统，脱硫反应系统，和收尘引风系统组成。工艺流程为从炉膛出来的烟气流经空气预热器，冷却到248~356℃，引入循环流化床吸收塔，烟气流经吸收塔底部时与吸收剂混合。吸收剂与烟气中SO2产生反应，生成亚硫酸钙。带有大量固体颗粒的烟气从吸收塔顶部排出，然后进入除尘器，在此烟气中大部分颗粒被分离出来，经过一个中间仓返回吸收塔，达到吸收剂再循环的目的[3]。该方法通过脱硫剂的再循环，与烟气中的SO2反复接触，达到脱除和减少SO2的排放的目的，提高脱硫率和脱硫剂的利用率。但是这将大为增加除尘器的负荷。此外烟气进入吸收塔前要喷入一定量水，以降低烟气温度增加湿度，提高脱硫效率[5]。4.2脱硫装置运行后对除尘器性能影响相比于前面的两种方法，该方法吸收塔出口处粉尘浓度增加较大，同时发现除尘器入口烟尘颗粒变细，这是由于烟气湿度增加温度下降，较多吸附水的存在使得粉尘粘性增加，从而微细粒子团聚成较大李粒子。这对电除尘器而言，影响亦较大。随着气体含尘量的增加,荷电尘粒所形成的空间荷电将会增大,抑制电晕放电,导致除尘效率下降,严重时可产生电晕闭塞现象，一般在电除尘器前预设一预除尘器，以降低烟气粉尘浓度，由于预除尘器的存在,大颗粒都被预分离,使进入电除尘器入口粉尘颗粒变细,在静电除尘器中,荷电尘粒的驱进速度（ω）与其粒径有关,一般情况下驱进速度与粒径大小成正比，因此颗粒的粒径变小,电除尘器的除尘效率下降。脱硫装置运行后,烟尘的成份发生了很大变化,钙和硫的百分含量明显升高,导致粉尘的比电阻增加。烟气脱硫时，反应塔内采用喷水降温,以确保脱硫效率,致使经过塔后的烟气含湿量提高，含湿量的提高对于电除尘器是有利的,烟气的湿度增加较大,使比电阻大大降低,在低温时这种变化尤为明显，粉尘比电阻恢复到一定的范围内。以上情况综合作用的结果就是比电阻在合适的范围内，有利于提高除尘效率[6]。但是如果电除尘器保温性能不好,致使烟气温度降至露点以下,加之一定量SO2和SO3的存在,易对除尘器电极系统及壳体造成腐蚀。另外由于烟气湿度的增加,会使电除尘器的运行电压，电流升高,略高于额定值。通过将电除尘器的自动电压调节运行方式转换为定压调节运行方式，可以使电除尘器稳定运行。而对于布袋除尘器而言，主要是在FGD运行后运行阻力略有上升[7]。根据资料显示，Solvay电厂锅炉改造，脱硫系统采用循环流化床脱硫法，除尘系统为布袋除尘器，结果在运行初期，由于烟气湿度增大，粉尘结团，造成布袋除尘器堵死，以及烟气和副产品相接触的金属设备腐蚀现象[3]。经分析主要原因是烟气温度低，湿度大，加之烟气中含有一定量的SO2和SO3，且运行不当。由此可见对于布袋除尘器而言，如何防止由烟气温度湿度改变所导致的滤袋堵塞，以及设备腐蚀等问题的发生，仍是设备可靠安全运行的关键。对于ESP而言使用，虽然脱硫装置的运行对其产生了一定的影响，但是通过一定的措施如增设预除尘器，改变电气调节方式，ESP仍能满足要求，但是这需要增加投资，改进设备，如果单纯从提高脱硫效率的角度考虑，笔者认为，布袋除尘器还是具有很大的发展前景，应该在该领域中有着更广泛的应用。5结束语总的来说，当脱硫系统运行以后，使烟气的浓度，温度，湿度，比电阻等性质发生了改变，对除尘系统产生了一定的影响。特别对电除尘器，因其对烟尘粉尘性质更为敏感，影响相对更大，如不改善设备，会使电除尘器除尘效率下降，设备腐蚀，影响稳定运行。但是，通过一定的措施，如增加预除尘器，增加烟气湿度等方法，可以使影响降低，提高除尘效率。满足使用要求。而布袋除尘器由于自身的固有特点，及最近几年滤袋技术的发展，相比较电除尘器而言，具有更好的发展前景。特别是含尘浓度较高，烟气量变化较大时。另外布袋除尘器对脱硫的贡献率较电除尘器大，在干法脱硫中，布袋除尘器的滤袋相当于一个固定床反应器，脱硫率可达总脱硫率的15%~30%，粉尘层越厚其对应脱硫效率越高，这是电除尘器不能相比的。随着国家更为严格的环境标准出台，干法脱硫装置会得到更广泛的应用，其对除尘器性能的影响将更应给予重视。参考文献[1]郝吉明，陆永琪.燃煤二氧化硫污染控制技术现状及技术经济分析.中国环保产业，1998，2:20-22[2]张殿