新穎高效水膜旋紊脫硫除塵技術(shù)研究與應(yīng)用

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簡介： 為執(zhí)行北京市與國際接軌的DB11/139—2002《鍋爐污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》，而成功開發(fā)了新穎高效水膜旋紊脫硫除塵新技術(shù)。它以輕燒氧化鎂一鍋爐沖渣水或氧化鈣一鍋爐沖渣水，或石灰石一鍋爐沖渣水，或生化外排水為脫硫液，通過水膜、旋流，紊流相組合的濕式脫硫除塵設(shè)備，用較省的投資，較低的運(yùn)行費(fèi)用，在總量控制范圍內(nèi)，滿足北京市嚴(yán)格的《鍋爐污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》，不產(chǎn)生二次污染，不產(chǎn)生結(jié)垢、堵塞、帶水等現(xiàn)象。該脫硫除塵新技術(shù)，于2002年成功應(yīng)用于北京郵電大學(xué)（20t/h采暖鍋爐），北京燕京啤酒股份有限公司（20t/h工業(yè)蒸汽鍋爐），外排煙氣中的SO2<30mg/m3（第II時(shí)段標(biāo)準(zhǔn)為150 mg/m3），煙塵<30mg/m3（第II時(shí)段標(biāo)準(zhǔn)為50mg/m3）。NOx<180mg/m3(第Ⅱ時(shí)段標(biāo)準(zhǔn)為300mg/m3)。該新技術(shù)，目前正在各地推廣應(yīng)用。
關(guān)鍵字：水膜旋紊脫硫除塵 脫硫除塵 水膜除塵器

1 研究背景

為了改善并提高大氣環(huán)境質(zhì)量，北京市1998年就開始實(shí)施控制大氣污染緊急措施，2002年又頒布了與國際接軌的DB11/139—2002《鍋爐污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》，按該標(biāo)準(zhǔn)，特別是2003年11月1日起開始執(zhí)行的第II時(shí)段標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)有鍋爐，即使是大量配有麻石水膜除塵器的鍋爐，外排煙氣中的SO₂，煙塵等污染物也均不能達(dá)標(biāo)。

針對(duì)大量配有麻石水膜除塵器的鍋爐，外排煙氣不能達(dá)標(biāo)的現(xiàn)狀，如果采取全部拆除或部分拆除的辦法，再重新上煙氣脫硫除塵設(shè)施，不但投資大，而且產(chǎn)生大量難以處理的固體廢棄物，對(duì)企業(yè)，特別是資金緊缺的企業(yè)都難以接受。目前，最好的途徑，就是立足現(xiàn)狀，用較省的投資，較低的運(yùn)行費(fèi)用，來滿足新的更嚴(yán)格的煙氣排放標(biāo)準(zhǔn)。據(jù)此，成功開發(fā)了新穎高效水膜旋紊脫硫除塵新技術(shù)，2002年首先在北京郵電大學(xué)（20t/h采暖鍋爐）獲得成功應(yīng)用，緊接著在北京燕京啤酒股份有限公司（20t/h工業(yè)蒸汽鍋爐）再次獲得成功應(yīng)用。

2 煙氣脫硫技術(shù)展望

針對(duì)我國經(jīng)濟(jì)實(shí)力薄弱，環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)日益與國際接軌的國情，我們不能選擇工業(yè)發(fā)達(dá)國家現(xiàn)行的高投入控制環(huán)境問題的模式，立足國內(nèi)，依靠自己的技術(shù)，研究投資省，運(yùn)行費(fèi)用低，處理效果好的國產(chǎn)化煙氣脫硫技術(shù)，是必由之路，使企業(yè)上得起，也用得起，在我國才具有廣闊的實(shí)用前景。

下面是我國近年來運(yùn)行效果好的部分實(shí)用技術(shù)。

程志久、殷廣瑾等人發(fā)明的兩項(xiàng)發(fā)明專利技術(shù)，均都授權(quán)，第一項(xiàng)，“半干式煙氣脫硫與生產(chǎn)磁化肥的一體化方法和設(shè)備”（證書號(hào)：86016號(hào)），第二項(xiàng)，“煙道氣處理焦化剩余氨水或全部焦水廢水的方法”（證書號(hào)：84133號(hào)），二項(xiàng)發(fā)明專利解決了目前煙氣脫硫費(fèi)用高的難題，都是半干式脫硫技術(shù)，都是利用專利技術(shù)中的特殊設(shè)備，將煙氣脫硫與焦化等高濃度難降解有機(jī)工業(yè)廢水處理一體化，都是以廢治廢技術(shù)，不僅處理效果好，還具有投資省，運(yùn)行費(fèi)用低，廢水經(jīng)處理后零排放，不產(chǎn)生二次污染的優(yōu)勢(shì)，1999年，首先在江蘇省淮鋼集團(tuán)獲得成功應(yīng)用，接著在山西省太鋼集團(tuán)臨鋼公司，山東省萊鋼集團(tuán)獲得成功應(yīng)用。目前正在四川、河南、河北等地推廣應(yīng)用，推廣應(yīng)用階段，又將原專利技術(shù)進(jìn)行了改進(jìn)，改進(jìn)后的技術(shù)，技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)更大，實(shí)用性更強(qiáng)。

此外，漏塔板沸騰層濕法廢氣脫硫技術(shù)，旋流板旋流層濕法廢氣脫硫技術(shù)，以及這二項(xiàng)技術(shù)組合的濕法廢氣脫硫技術(shù)，目前在我國都有應(yīng)用實(shí)例，都是脫硫除塵一體化技術(shù)，都具有上馬快，效率高，實(shí)用性強(qiáng)的特點(diǎn)。

新穎高效水膜旋紊脫硫除塵新技術(shù)，對(duì)鍋爐煙氣處理，特別是對(duì)已配有麻石水膜除塵器的鍋爐煙氣處理，可為最適合我國國情的脫硫除塵一體化的環(huán)保實(shí)用技術(shù)，它具有改動(dòng)量小，上馬快，不另行占地；投資省，運(yùn)行費(fèi)用低，脫硫除塵效率高；設(shè)備不結(jié)垢，不堵塞，不帶水，不產(chǎn)生二次污染的巨大優(yōu)勢(shì)。

根據(jù)國務(wù)院關(guān)于兩控區(qū)酸雨和二氧化硫污染防治“十五”計(jì)劃的批復(fù)：確保2005年兩控區(qū)內(nèi)二氧化硫排放量比2000年減少20%。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，2000年我國二氧化硫排放總量為1995萬噸，而兩控區(qū)內(nèi)二氧化硫排放量為1316.4萬噸，約占總量的66%，按“十五”計(jì)劃要求，到2005年，兩控區(qū)內(nèi)二氧化硫排放量不僅不能增加，還要比2000年減少20%，即減少263.3萬噸，可見，我國兩控區(qū)二氧化硫污染防治任務(wù)十分艱巨。

3 水膜旋紊脫硫除塵新技術(shù)

對(duì)已配有麻石水膜除塵器的鍋爐，在保留原水膜除塵器的基礎(chǔ)上，只在主塔內(nèi)部進(jìn)行改造，即原水膜除塵器外型結(jié)構(gòu)不變，就連作業(yè)場(chǎng)地的平面布局也基本維持現(xiàn)狀，不存在另行占地問題。

在主塔內(nèi)增設(shè)了旋流器，紊流器，擋水器以及噴霧設(shè)施。其中旋流器、紊流器、噴霧設(shè)施，材質(zhì)均為316不銹鋼，以下以北京郵電大學(xué)工程為例，介紹本工藝設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)及運(yùn)行效果。

3.1 工藝流程

鍋爐煙氣，首先經(jīng)原文丘里管，在管內(nèi)和霧化狀的脫硫液混合并接觸，煙氣中的SO₂被初步吸收，煙塵被浸濕，并相互碰撞形成顆粒狀，隨液流流向主塔下部，煙氣和霧狀脫硫液由切向進(jìn)入主塔下部，并沿著塔壁旋轉(zhuǎn)向上，煙氣中的塵粒在離心力作用下甩向塔壁，隨液流沿塔壁流向主塔下部，并同時(shí)發(fā)生脫硫反應(yīng)，煙氣中的SO₂，煙塵得到初步凈化。初步凈化后的煙氣上升到由旋流器構(gòu)成的旋流層，煙氣被二次凈化。二次凈化后的煙氣繼續(xù)上升到由紊流器構(gòu)成的紊流層，煙氣被再次凈化。經(jīng)多次凈化后的煙氣，經(jīng)主塔上部的擋水器，副塔及外置脫水器脫水后，由引風(fēng)機(jī)經(jīng)煙囪達(dá)標(biāo)排放。脫硫除塵后的廢水（PH 5—6），由主塔下部排水口排出，與鍋爐沖渣水一起依次排入沉渣池，沉淀池，清水池（即PH調(diào)節(jié)池），清水池的水用脫硫液調(diào)至PH 8—9，循環(huán)使用不外排，沉渣池中的渣，外運(yùn)制磚，整個(gè)工藝過程不產(chǎn)生二次污染。

本工藝設(shè)有脫硫劑乳化液制備系統(tǒng)。北京郵電大學(xué)煙氣脫硫劑為輕燒氧化鎂，采用鍋爐沖渣水配制氧化鎂乳化液，這是以廢治廢措施，節(jié)約水資源。也可以采用生化外排廢水為脫硫液，這也是以廢治廢措施，不僅節(jié)約水資源而且節(jié)省脫硫劑費(fèi)用，北京燕京碑酒股份有限公司就是如此，不僅脫硫除塵效率高，而且運(yùn)行費(fèi)用非常低。

本系統(tǒng)安裝了SLEP—2000工程在線監(jiān)測(cè)儀，主要監(jiān)測(cè)項(xiàng)目有：SO₂，煙塵，煙氣量，煙氣溫度，煙氣流速及氧氣含量等參數(shù)。

為了防止系統(tǒng)堵塞，擋水器及外置脫水器均設(shè)有反沖洗裝置。

本工藝操作簡單，通過液氣比、脫硫劑量等關(guān)鍵參數(shù)的控制，可以有效地控制外排煙氣中SO₂, 煙塵的排放濃度。對(duì)于含硫量低于0.5%的燃煤，脫硫劑氧化鎂的加入量為理論計(jì)算量的1/2時(shí)，外排SO₂濃度可控制在<30mg/m³，當(dāng)液氣比為0.8時(shí)，外排煙塵濃度可控制在<30mg/m³。

3.2 研究的指導(dǎo)思想及效果分析

水膜除塵器，在我國歷史上是作出了環(huán)保貢獻(xiàn)的，它的優(yōu)點(diǎn)是，投資省，運(yùn)行費(fèi)用低，除塵效率比較高，設(shè)備耐磨，抗腐，使用壽命長，操作簡單，維修方便。它的不足之處，就是脫硫率很低，針對(duì)新的煙氣排放標(biāo)準(zhǔn)，除塵效率還需要進(jìn)一步提高。

本研究的指導(dǎo)思想，就是充分利用水膜除塵器的優(yōu)點(diǎn)，采取措施克服它的不足之處。首先在文丘里管內(nèi)布設(shè)了噴霧設(shè)施，脫硫液以霧化狀與煙氣接觸，不僅大大增加了接觸面積，而且增加了碰撞動(dòng)力，有利于提高脫硫效率和除塵效率。第二個(gè)措施，也是最主要的措施，就是在主塔內(nèi)，設(shè)置了旋流器，煙氣和脫硫液，在旋流器上通過高速旋轉(zhuǎn)碰撞，不僅增加了脫硫反應(yīng)的反應(yīng)動(dòng)力，而且進(jìn)一步增加了碰撞動(dòng)力，當(dāng)煙氣通過旋流器后，已獲得較高的脫硫除塵效率，經(jīng)實(shí)測(cè)，SO₂，煙塵均都達(dá)到北京市地方標(biāo)準(zhǔn)中的第II時(shí)段標(biāo)準(zhǔn)?？梢?，增設(shè)的旋流器，對(duì)提高脫硫除塵效率，起到了決定性作用。第三個(gè)措施，就是增設(shè)了紊流器，煙氣和脫硫液，在紊流器的上方，形成了激烈的水、氣、固三相紊流反應(yīng)層，在紊流反應(yīng)層中，脫硫反應(yīng)更加充分，更加完善，在紊流反應(yīng)層中，即使粒徑很小的煙塵也都能除去。今年3月份，北京郵電大學(xué)2臺(tái)20t/h燃煤鍋爐，在滿負(fù)荷甚至超負(fù)荷的狀態(tài)下，經(jīng)權(quán)威監(jiān)測(cè)單位監(jiān)測(cè)，SO₂濃度很低，甚至檢測(cè)不出；煙塵濃度也很低，有時(shí)測(cè)塵的濾紙都是白色的?？梢?，紊流器在旋流器的基礎(chǔ)上，又進(jìn)一步提高了脫硫除塵效率。紊流器對(duì)旋流器而言，起到了總量控制的效果。

主塔內(nèi)增設(shè)的旋流器，是脫硫除塵的主角，它可以確保煙氣達(dá)標(biāo)排放；而增設(shè)的紊流器，不僅確保煙氣達(dá)標(biāo)排放，還確保煙氣在總量控制范圍內(nèi)達(dá)標(biāo)排放。

北京市是我國兩控區(qū)中的SO₂污染控制區(qū)，兩控區(qū)的目標(biāo)，2000年開始工業(yè)污染源實(shí)行SO₂達(dá)標(biāo)排放和總量控制。主塔內(nèi)增設(shè)的紊流器，它確?？偭靠刂?，確保實(shí)現(xiàn)兩控區(qū)的目標(biāo)。

3.3 本工程發(fā)生的主要脫硫反應(yīng)

本工程為濕法脫硫技術(shù)，脫硫反應(yīng)復(fù)雜。

脫硫劑為輕燒氧化鎂，采用鍋爐沖渣水配制氧化鎂乳化液，即脫硫液，該脫硫液主要成份就是懸浮態(tài)的Mg(OH)₂，此外還含有沖渣水中的Ca(OH)₂等堿性化合物。

Mg(OH)₂是中等強(qiáng)度的堿性化合物，溶解部分按堿的型式離解。它首先與酸性氧化物SO₂，在水溶液中發(fā)生酸堿中和反應(yīng)。

Mg(OH)₂+ SO₂+H₂O→Mg SO₃+2H₂O ……………………………………………………（1）

反應(yīng)產(chǎn)物為Mg SO₃，MgSO₃又繼續(xù)與SO₂，在水溶液中反應(yīng)，生成Mg(HSO₃)₂

MgSO₃+ SO₂+H₂O→Mg(HSO₃)₂……………………………………………………………（2）

Mg(HSO₃)₂是很不穩(wěn)定的化合物，它和Mg(OH)₂反應(yīng)生成MgSO₃。

Mg(HSO₃)₂ +Mg(OH)₂→2Mg SO₃+2H₂O …………………………………………………（3）

Mg SO₃也是不穩(wěn)定的化合物，它在O₂存在的條件下，本系統(tǒng)進(jìn)行催化氧化反應(yīng)，催化劑為粉煤灰中的鐵、銅化合物，最終反應(yīng)生成物為穩(wěn)定的MgSO₄

Mg SO₃+1/2 O₂→MgSO₄……………………………………………………………………（4）

MgSO₄與沖渣水中的Ca(OH)₂反應(yīng)生成CaSO₄沉淀，并同時(shí)再生Mg(OH)₂

MgSO₄+Ca(OH)₂→CaSO₄↓+Mg(OH)₂………………………………………………… （5）

上述這些反應(yīng)，是本工程發(fā)生的主要脫硫反應(yīng)。

化學(xué)反應(yīng)是向沉淀方向進(jìn)行的，可見反應(yīng)（5）生成CaSO₄沉淀的化學(xué)反應(yīng)，不僅活化了Mg(OH)₂，提高了SO₂吸收率，還減少了MgO的用量，降低了循環(huán)液中硫酸根的濃度。

3.4 主要工藝參數(shù)

脫硫劑為輕燒氧化鎂；

脫硫液為輕燒氧化鎂——鍋爐沖渣水；

Mg/S：0.6；

液/氣：0.5—1.0 l/m³；

系統(tǒng)阻力：1100—1300Pa

3.5 北京郵電大學(xué)工程總投資及年運(yùn)行費(fèi)用

2臺(tái)20 t/h采暖鍋爐工程總投資74.05萬元，包括主塔改造，脫水器，引風(fēng)機(jī)等設(shè)備費(fèi)用。

年運(yùn)行費(fèi)，按采暖季節(jié)，每年2900小時(shí)運(yùn)行時(shí)間計(jì)算，一臺(tái)20t/h鍋爐年增加的運(yùn)行費(fèi)用為4.21萬元，其中脫硫劑費(fèi)用1.09萬元，電費(fèi)2.44萬元，維修等費(fèi)用0.68萬元，2臺(tái)20t/h鍋爐年增加的運(yùn)行費(fèi)用為8.42萬元。由此增加的采暖費(fèi)為每建筑平方米0.15—0.20元。這是普通百姓可以接受的費(fèi)用。

3.6 北京郵電大學(xué)工程運(yùn)行效果

工程于2002年11月1日投產(chǎn)，至2003年3月底，已連續(xù)正常運(yùn)行了5個(gè)月，經(jīng)海淀區(qū)環(huán)保局，北京市環(huán)保局以及工程在線監(jiān)測(cè)儀監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，北京郵電大學(xué)鍋爐外排煙氣，SO₂，煙塵等各項(xiàng)污染物，均超前達(dá)到北京市2003年11月1日起執(zhí)行的DB11/139—2002《鍋爐污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》中的第II時(shí)段標(biāo)準(zhǔn)，即SO₂<150mg/m³，煙塵<50mg/m³，NO_x<300mg/m³，煙氣黑度達(dá)林格曼I級(jí)。

表1為總量控制污染物，SO₂，煙塵的實(shí)測(cè)結(jié)果。

表1 北京郵電大學(xué)鍋爐外排煙氣實(shí)測(cè)結(jié)果

監(jiān)測(cè)結(jié)果

監(jiān)測(cè)單位

北京郵電大學(xué)是采暖鍋爐，而北京燕京啤酒股份有限公司是工業(yè)蒸汽鍋爐，自2002年11月投產(chǎn)至今，已連續(xù)正常運(yùn)行了10個(gè)多月，監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，本工程技術(shù)可行，運(yùn)行穩(wěn)定、效果好，能確保鍋爐外排煙氣，在總量控制范圍內(nèi)滿足北京市嚴(yán)格的《鍋爐污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》，且不產(chǎn)生二次污染，不產(chǎn)生結(jié)垢、堵塞、帶水等現(xiàn)象。

4 北京郵電大學(xué)工程獲得的環(huán)境經(jīng)濟(jì)效益

4.1 環(huán)境效益

每年減少SO₂排放量約100噸，鍋爐外排煙氣中的SO₂，煙塵等各項(xiàng)污染物均超前達(dá)到北京市2003年11月1日起執(zhí)行的地方標(biāo)準(zhǔn)中的第II時(shí)段標(biāo)準(zhǔn)。脫硫除塵后的廢水，循環(huán)使用不外排，廢渣外運(yùn)制磚，整個(gè)工藝過程不產(chǎn)生二次污染。有利于改善北京市區(qū)的大氣環(huán)境質(zhì)量和生態(tài)環(huán)境質(zhì)量，環(huán)境效益顯著。

4.2 經(jīng)濟(jì)效益

不考慮節(jié)約水資源費(fèi)，超標(biāo)煙塵排污等費(fèi)用，僅考慮節(jié)約SO₂排污費(fèi)，每年12萬元，扣除年運(yùn)行費(fèi)用8.42萬元，每年至少為北京郵電大學(xué)創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益3.58萬元。此外，還避免了因SO₂超標(biāo)排放，每次10萬元的罰款損失，本工程獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益。

5 結(jié)論

新穎高效水膜旋紊脫硫除塵新技術(shù)，是適合我國國情的脫硫除塵一體化的環(huán)保實(shí)用技術(shù)，它具有六大經(jīng)濟(jì)技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

5.1 投資省，運(yùn)行費(fèi)用低；

5.2 脫硫除塵效率高，不產(chǎn)生二次污染；

平均脫硫率>95%，平均除塵效率>98%，煙氣達(dá)標(biāo)排放，廢水循環(huán)使用不外排，廢渣綜合利用，整個(gè)工藝過程不產(chǎn)生二次污染。

5.3 環(huán)境經(jīng)濟(jì)效益好；

5.4 技改工作量小，上馬快，不另行占地；

5.5 設(shè)備耐磨，抗腐，不易堵塞，不帶水，主體設(shè)備使用壽命長，>15年（材質(zhì)為316不銹鋼）；

5.6 適應(yīng)范圍廣，實(shí)用性強(qiáng)。

適用于改造現(xiàn)有麻石水膜除塵器的各類大、中、小型鍋爐，窯爐等的煙氣脫硫除塵，也適用于新建的各種鍋爐、窯爐等的煙氣脫硫除塵，能確保在總量控制范圍內(nèi)，滿足各種煙氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的要求。