XZXL型喷雾旋流烟气脱硫除尘技术

19CHINAENVIRONMENTALPROTECTIONINDUSTRY2006.6交流平台CommunicationPlatformXZXL型喷雾旋流烟气脱硫除尘技术黄荣捷（福建鑫泽环保设备工程有限公司，福州350002）摘■要:简易湿法烟气脱硫除尘装置普遍存在堵灰、阻力大、烟气带水和塔板易腐蚀等问题，本文介绍了针对这些问题研制成功的XZXL型喷雾旋流烟气脱硫除尘装置的技术特点。关键词:喷雾旋流;烟气脱硫;除尘装置中图分类号:X701.3文献标识码:B文章编号:1006-5377（2006）06-0019-03FGDandDustRemovalTechnologyofXZXLTypeSprayandSpiralFlowHUANGRong-jie锅炉烟气湿法脱硫工艺是目前世界上应用最多的工艺且技术最成熟，固硫剂价廉易得，副产物便于利用，煤种适应范围宽，并有较大幅度降低工程造价的可能性。目前单机容量在20万kW以上的火电机组容量占火电总装机容量的55%，高参数、大容量的火电机组是当前和今后相当长时间内火电发展的方向。因此，大机组锅炉烟气脱硫是火电厂的工作重点，是控制火电厂大气污染的关键，而湿法脱硫工艺又是当前国际上通用的大机组火电厂烟气脱硫的基本工艺。所以，我国也在重点发展湿法脱硫技术。我国目前的中小型锅炉烟气脱硫以简易碱性湿法、半干法为主导技术，410t/h以上级别的大型锅炉烟气脱硫以湿法即石灰石—石膏法为主导技术。国内中小型锅炉采用的烟气简易碱性湿法脱硫工艺都在不同程度上存在缺陷，主要问题表现在设备内部积灰、阻力大、烟气带水和运行成本高；大型锅炉湿法脱硫工艺存在工程造价、运行成本高等弊端。国内多数环保公司、研究机构也在不断探索，试图从设备结构改进、材料以及脱硫过程的主耗物替代方面寻找突破。而XZXL型喷雾旋流烟气脱硫除尘装置就是针对这些问题研制的。1XZXL型喷雾旋流烟气脱硫除尘技术的基本原理XZXL型喷雾旋流烟气脱硫除尘装置包括：烟气进口导向通道、烟气预处理装置、脱硫除尘主塔、副塔、中心导流柱、脱水旋流板、除雾器、脱硫剂配制系统、作者简介：黄荣捷，男，高级工程师，主要从事Ⅱ类无烟煤和燃油燃气高效节能工业锅炉及脱硫设备的研究与设计。2000年获第五届福建青年科技奖，参与研制的7个项目获福建省科学技术进步二、三等奖。20中国环保产业2006.6交流平台CommunicationPlatform废液再生系统、烟气出口及引风机等设备和部件。从锅炉出来的烟气先经烟道增湿除尘降温预处理后，由塔底切向进入，旋流上升，通过装有两层高效喷嘴的主吸收段。由于烟气高速旋转的离心力作用，喷嘴喷出的部分液体形成雾化，从而增大了气液间的接触面积。烟气继续旋流上升进入导向旋流板进行气水一级分离，同时带动从塔板流下的部分分离水旋转使其雾化，对烟气中残余的SO2进行二次吸收。由于烟气旋转离心力的作用，液滴被甩到塔壁上沿壁流下，经过溢流装置进入到下一层塔板上，再次被气流雾化从而进行气液接触。随后，烟气继续上升进入第二块旋流板、挡水圈进行气水二级分离。如上所述，液体在与气体充分接触后得到有效分离。为避免雾沫夹带，其气液负荷比常用塔板大一倍以上，又由于塔板上液层薄、开孔率大而使压降较低，比达到同样效果的常用旋流板塔约低50%，因此，综合性能优于常用的旋流板塔。SO2吸收液为含NaOH的水溶液，吸收SO2后的相对饱和的亚硫酸钠和亚硫酸氢钠废液流入再生水池，通入空气将亚硫酸钠氧化，加入石灰含量为10%的石灰水进行再生，还原出NaOH，同时生成亚硫酸钙和硫酸钙沉淀，含NaOH的清水溶液溢流到循环水池循环使用，亚硫酸钙和硫酸钙作为沉淀而被去除。该技术的设计性能符合国家环保产品认定技术条件HCRJ040-1999标准（见下表）。2技术创新性（1）通过大量试验，优选了脱硫塔旋流板的最佳矢量角设计值。在确保达标排放的前提下，既保证了气体流通截面又保持了气体旋转速度，达到了消除积灰、降低阻力和提高烟气脱水效率、有效防止烟气带水的效果。（2）将传统垂直喷淋方式改为平行喷淋方式。传统喷嘴的安装一般与气流方向垂直，这样垂直方向的液体必然会对旋转上升的气体产生阻碍作用，增加了阻力，削弱了气体旋转速度和产生的离心力，导致液体雾化能力降低，气液接触不充分，脱硫效率难以提高。平行喷淋是把喷嘴与气流方向平行安装，即喷嘴喷出的液体与气流方向成平行角度，这样就消除了喷出液体对旋转气体的阻挡作用，减少了气液接触的阻力，气体携带液体旋转的能力大大增强，液体雾化效果也随之提高，气液接触面积得到了进一步扩大。（3）传统简易湿法脱硫除尘塔内所用的塔板全部为钢制品，制作安装容易，但腐蚀严重，使用寿命很短，维修工作量较大；该装置塔内组件（除喷嘴外）全部用花岗石代替。尽管一次性制作安装较麻烦，但花岗岩耐腐蚀，既降低了工程造价和维修费用，又延长了设备的使用寿命，可5～10年不需要维修。3该技术解决的关键问题3.1■堵灰一般的简易湿法烟气脱硫除尘器积灰率在40%以上，且通常滞留在旋流板上。造成堵灰的原因除燃料含有易结块因素外，设备本身的主要问题是：设计参数选择不合理，如开孔率的取值。若开孔率取值过小，就会容易积灰；若塔板开孔率取值过大，吸收和除雾效果便难以达到。开孔率的大小与旋流板叶片的矢量角度设计密切相关。该技术通过找到既达到效果又不易造成积灰的旋流板矢量最佳取值，同时在塔板上设计喷水式定期清灰装置，从而彻底解决了堵灰问题。3.2■阻力大一般的简易湿法烟气脱硫除尘器全塔阻力为900～1500Pa。装置阻力大有许多原因，但主要还是主设备的设计问题，如：旋流板矢量角设计不合理造成的设备堵灰，会使烟气通道截面变小、气速升高、阻力加大；喷淋密度（液气比）太小，阻力小，烟气易穿透，在塔内停留时间过短，不易做到达标排放；喷淋密度太大，虽可做到达标排放，但阻力也较大，而且容易引起烟气带水。然而，影响装置阻力的最主要原因还是塔板，因为旋流板矢量角大小与塔板阻力成反比，所以可通过增大旋流板矢量角度来减小载体板阻力。但当旋流板矢量角增加到30°时，阻力值虽有下降，其它参数却也在下降；而通过改性能设计值与国家相关标准项目标准循环水利用率(%)脱硫效率(%)除尘效率(%)折算阻力(Pa)液气比(L/m3)漏风率(%)烟气湿含量(%)国家标准HCRJ040－1999≥85＞60≥94＜1200＜1＜7≤8该技术实际测定9085.399.67810.866.35.021CHINAENVIRONMENTALPROTECTIONINDUSTRY2006.6交流平台CommunicationPlatform变喷嘴方向，使液体方向与气流方向夹角大幅度缩小，减小液体对气流的垂直阻拦作用，同时提高了水气的接触效果，也是降低全塔阻力的一项有效措施。该技术液气比取值较小，而且通过改变流体流态、采用目前国内外最先进的高效喷雾喷嘴以及变化安装形式，使气液接触更充分，实现了降低阻力的目标。3.3■烟气带水一般的简易湿法烟气脱硫除尘器烟气带水现象比较普遍，常见原因有：塔板开孔率小；易堵灰；脱水装置效率低；液气比太大。小的塔板开孔率或堵灰现象易使塔内烟气流通截面积变小、局部气速增大，造成吸收效果差、塔内压降大而导致烟气带水。烟气含湿量的大小与旋流板矢量角大小成正比，因此设计上选择合适的矢量角十分重要。脱水装置效率低，多数情况下是由于旋流板矢量角取值小和脱水装置的结构有问题。该技术选择了最合适的塔板矢量角，利用了流体力学原理，提高了烟气的旋转离心力，加上合理的分离结构，解决了烟气带水的难题。3.4■塔板腐蚀炭钢制塔板在脱硫除尘塔内易被腐蚀的主要原因是带酸性电解质的潮湿环境引起了电化学腐蚀。而花岗岩材料因含生成微电池的电解质成分较低，其耐腐蚀性能比炭钢好。所以该技术将塔板换成花岗石，并研究了塔内花岗岩的安装问题。经过多次试验，证明其是可行的。4技术特点（1）各项技术指标完全满足环保要求和用户要求；（2）脱硫、除尘效率高；（3）防结垢、防堵灰性能好，运行可靠、安全、稳定；（4）操作弹性大，负荷范围宽；（5）液气比低，阻力小，电耗省；基本不需要维修，运行成本低；（6）材料改代，投资省；（7）适用范围广，对煤质适用性强；（8）防腐性能好，使用寿命长。国内塔板式简易湿法脱硫工艺由于普遍存在一些技术问题，难以做到达标排放，一般仅适用于小型锅炉；大型锅炉湿法脱硫工艺应用的主要问题是一次性投资较大。而该技术在解决了简易湿法脱硫普遍存在的几个技术问题后，经过10t/h、35t/h、65t/h几个等级锅炉的成功试验，2005年已在嘉兴某工程220t/h中型锅炉上成功实施了配套设计。在脱硫后的烟气除湿方面，该技术正在努力完善，力求通过引进大型湿法脱硫高效除湿技术，使烟气含湿量≤6%。5经济效益该技术成果实施后，承建方和建设方都取得了良好的经济效益。以某工程3台220t/h中型锅炉为例：承建方经济效益：项目正常经营销售收入（合同金额）1058.70万元；项目正常经营工程材料成本费用747.87万元；项目正常经营、管理、财务、税收及附加费用239.90万元；项目正常经营净利润总额为70.93万元。建设方经济效益：如果建设方建一个同样大小的钢制脱硫除尘器，3台工程造价（合同金额）将超过1500万元，而采用花岗石制作，则3台工程造价（合同金额）为1058.70万元，且使用寿命延长，基本免维修（这些隐形效益尚未计算在内）。根据测算，1台220t/h燃煤锅炉在没有脱硫设施的情况下，每年向大气排放SO2总量为3340.80吨，需向环保部门交纳排污费用约为211万元。因此采用该技术后，每年可节省约633万元。6结语（1）该产品各项技术性能指标已达到《花岗石类湿式烟气脱硫除尘装置》（HCRJ040—1999）国家环境保护产品认定技术条件、《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223—2003）和《锅炉大气污染物排放标准》（GB13271—2001）规定的烟气排放要求，其技术先进、合理、可行。（2）该产品在技术上解决了国内现行简易湿法烟气脱硫除尘装置普遍存在的堵灰、阻力大、烟气易带水、塔内件易腐蚀的关键技术问题。设备及内件（除喷嘴外）均采用花岗石制作，造价低、耐腐蚀、使用寿命长。产品实用性和可靠性好，得到了使用厂家的认可。（3）该技术产品适用于10～220t/h各类型燃煤锅炉的脱硫除尘。根据目前国内现有锅炉配置的基本情况和该产品技术具有的明显优势，该产品推广应用前景广阔，能够带来明显的环境效益、社会效益和经济效益。参考文献：（略）