0.前言

《火電廠(chǎng)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》、《中華人民共和國(guó)大氣污染防治法》等標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)相繼實(shí)施，給鍋爐煙氣排放提出新的環(huán)境整治目標(biāo)。同時(shí)，它也給大量投運(yùn)的除塵設(shè)備提出升級(jí)換代的要求。

本文通過(guò)對(duì)濕法煙氣凈化裝置及系統(tǒng)的優(yōu)化討論，以期在提高煙氣排放控制指標(biāo)、完善煙氣凈化設(shè)備系統(tǒng)等方面有所裨益。

1.濕法煙氣凈化裝置現(xiàn)狀

水膜除塵器具有除塵、洗滌氣體污染物的功效。六、七十年代，水膜除塵器發(fā)揮了足有成效的除塵功能；八十年代，酸雨化現(xiàn)象加劇，要求設(shè)備具有脫硫功能；九十年代，按照標(biāo)準(zhǔn)要求，必須向濕法除塵效率的極值挑戰(zhàn)。

1.1水膜除塵器

七十年代初，曾對(duì)國(guó)內(nèi)鍋爐水膜除塵器進(jìn)行綜合調(diào)研〔1〕，發(fā)現(xiàn)洗滌柵式水膜除塵器水膜不穩(wěn)，易粘灰、堵灰，直接威脅機(jī)組正常運(yùn)行。拆除部分柵棒，卻又導(dǎo)致除塵效率的惡化。生產(chǎn)與環(huán)境的矛盾，推動(dòng)煙氣除塵技術(shù)的發(fā)展。各種濕法、干法除塵器問(wèn)世，緩解了兩者矛盾。幾種典型的水膜除塵器結(jié)構(gòu)與特性列于表1。

表1 幾種典型的水膜除塵器結(jié)構(gòu)與特性

除塵器型式 斜棒柵式 泡沫式 水平文丘里、倒錐體 倒錐體 垂直文丘 垂直文丘里、圓錐體 Pc4300 里、倒錐體 進(jìn)口型式 水平傾斜 　 水平蝸殼 蝸殼 蝸體 切向下傾3° 出口型式 水平 　 軸向引出 軸向+導(dǎo)向 水平 軸向引出 鍋爐容量  t/h 410 75 400 220/230 170 120 進(jìn)口煙溫   ℃ 　 　 170 140-170 155 160 每臺(tái)煙量m3/h 186000 　 ≥232650 112000 80000 125000 總高度   mm 　 19.98m 16024 13000 　 11200 洗滌劑 河水 河水 工業(yè)水 　 　 　 水耗kg/Nm3 0.2573 　 0.17-0.2 0.28 0.126-0.327 0.17-0.2 煙氣壓降 Pa 764/1031 1167 470-1270 1300 　 1500-2000 除塵效率 % 97.97 >98 97.7 95 95 97.7 　 內(nèi)襯料: 篩板二 內(nèi)襯瓷磚 麻石砌筑 內(nèi)襯瓷磚 煙氣壓降大 備    注 瓷磚 層,麻石 耗鋼60噸 麻石砌筑

1.1.1 除塵器型式對(duì)煙速的敏感性

文丘里式除塵器對(duì)煙速變化特別敏感。固定截面積的文丘里管喉口速度對(duì)除塵效率影響明顯，當(dāng)機(jī)組負(fù)荷100%降到75%時(shí)，該速度降低約25%，效率也由96.5%下降四個(gè)百分點(diǎn)。負(fù)荷越低，效率下降幅度越大。實(shí)際使用中，除塵效率差次不齊,一般在92-96%；另外，系統(tǒng)漏風(fēng)或機(jī)組運(yùn)行工況不佳，造成相當(dāng)大的煙氣壓降。國(guó)外市場(chǎng)上可調(diào)喉口截面的文丘里管結(jié)構(gòu)，通過(guò)調(diào)節(jié)裝置，維持最佳的壓降范圍。圖1為AirPol可調(diào)節(jié)型文丘里管裝置。

斜棒式是洗滌柵除塵器的發(fā)展。它的斜棒以40~45○垂直傾斜布置在除塵器進(jìn)口煙道內(nèi)。當(dāng)煙速不大于10m/s時(shí)，斜棒柵上可建立穩(wěn)定的水膜層。機(jī)組負(fù)荷變化對(duì)除塵性能的影響較小，煙氣壓降小。

泡沫式對(duì)機(jī)組負(fù)荷的適應(yīng)性好，篩板上維持一定的小孔流速，對(duì)煙氣起到均流作用，又強(qiáng)化了氣、液、固體的質(zhì)量交換。

1.1.2 除塵器的氣密性

 除塵器的氣密性差，是個(gè)普遍性的問(wèn)題，客觀上反映管理水平。如水平文丘里除塵器一例，檢修前測(cè)得漏風(fēng)率11%，設(shè)備完好后漏風(fēng)率3%。

1.1.3 除塵器筒體結(jié)構(gòu)

煙氣量容積強(qiáng)度對(duì)凈化性能指標(biāo)影響較大。為此，國(guó)內(nèi)對(duì)筒體干、濕段高度，煙氣進(jìn)、出口結(jié)構(gòu)，水膜建立方式進(jìn)行了大量實(shí)踐。然而，空塔結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，空氣動(dòng)力場(chǎng)工況不佳，且普遍存在煙氣帶水。  

1.1.4單位水耗 

它是衡量設(shè)備運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的指標(biāo)之一。用高壓霧化器取代低壓霧化器，消除供水系統(tǒng)管道布置產(chǎn)生的水力偏差影響，提高除塵效率幾個(gè)百分點(diǎn)，單位水耗一般在0.25%~0.37%間。  

“開(kāi)式”灰水系統(tǒng)水耗大，且造成二次污染。近年投運(yùn)的機(jī)組雖配備“閉式”灰水回用系統(tǒng)，但由于多種原因棄而不用。這方面仍須加大整治力度。

在環(huán)境治理的可行性研究中，應(yīng)對(duì)水污染與大氣污染問(wèn)題作全面綜合考慮。

圖1 AirPol可調(diào)節(jié)型文丘里管裝置

1.2 簡(jiǎn)易濕法煙氣脫硫裝置 

用水洗滌的除塵器具較弱 的脫硫功能。實(shí)踐表明：煙氣SO2濃度低，灰水中SO2溶解微量，其溶解度與灰水溫度、PH值有關(guān)，一般可脫硫~20%左右。泡沫式除塵器使用河水洗滌時(shí)，獲得30%以上的脫硫效率。

在煙氣SO2排放總量控制要求下，對(duì)濕法煙氣凈化器進(jìn)行試驗(yàn)研究〔2〕，也引進(jìn)了一些簡(jiǎn)易濕法FGD裝置〔3〕。表2為國(guó)內(nèi)一些簡(jiǎn)易濕法煙氣脫硫裝置的使用情況。

表2 國(guó)內(nèi)簡(jiǎn)易濕法煙氣脫硫裝置

用  戶(hù) 貴 陽(yáng)電 廠(chǎng) 保定石化自備電廠(chǎng) 濟(jì)南某熱電廠(chǎng) 濰坊化工廠(chǎng) 南寧化學(xué)公司 鎮(zhèn)江某自備廠(chǎng) 長(zhǎng)壽化工廠(chǎng) 吸收塔結(jié)構(gòu) 文丘里 文丘里 流化床脫硫 煙囪組合 非填充 噴淋塔 噴氣 除塵器 除塵器 除塵一體化 液柱塔型 噴射型 鼓泡型 煙氣量Nm3/h 75000 35T/h 35T/h 93300 45000 35t/h 61000 入口SO2PPm 　 　 　 1050 2790 　 2410 脫硫劑 Ca(OH)2 廢堿液 石灰+鈉鹽 電石泥 電石泥 2%氨水 電石泥 除硫效率% 63-70 70-80 80 80.59 79.6 >90% 80 除霧器 無(wú) 無(wú) 旋流式 有 有 無(wú) 有 煙氣加熱狀況 無(wú) 無(wú) 無(wú) 無(wú) 摻合煙氣 無(wú) 不加熱 副產(chǎn)品及處理 拋棄 拋棄 拋棄 石膏 石膏 銨肥 石膏 空氣氧化處理 　 無(wú) 無(wú) 有 有 無(wú) 有 固體分離 自然沉降 自然沉降 自然沉降 自然沉降 離心脫水   沉淀 自然沉降 煙降mm H2O 130~150 130~150 ~100 23 　 幾十 240

1.2.1 簡(jiǎn)易濕法FGD工藝

市場(chǎng)推出的簡(jiǎn)易濕法脫硫系統(tǒng)大致有以下幾種：

•  強(qiáng)化氣、液質(zhì)量交換方式，如噴泡型FGD，煙囪組合液柱塔FGD，氣液乳化脫硫塔。

•  常規(guī)濕法脫硫系統(tǒng)簡(jiǎn)化方式，如旁路1/3煙氣量摻合尾部煙氣，省去煙氣預(yù)熱器。

•  文丘里管內(nèi)噴注+捕滴器回用堿性溶液方式，如噴石灰漿、燒堿廢液等。

AirPol公司推出的可調(diào)節(jié)文丘里管+吸收塔也屬此類(lèi)，采用Ca(OH)2時(shí)，脫硫效率>75%。

從表2可見(jiàn)，上述各種FGD工藝的脫硫效率均可達(dá)70%─80%的水平。

1.2.2 液氣比

液氣比對(duì)FGD性能影響明顯，它反映著有限空間內(nèi)氣、液兩相碰撞的程度和化學(xué)反應(yīng)的有效性。如文丘里管液氣比(按Ca/S為0.47-O.53的洗滌劑)由0.2L/Nm3增加至0.27 L/Nm3，文丘里管脫硫率達(dá)37-42%，捕滴器液氣比1.23 L/Nm3時(shí)，可達(dá)63%-70%。當(dāng)噴注廢堿液(NaOH)從0增至5t/h，塔內(nèi)依舊噴淋廢堿液+灰水時(shí)，液氣比由0.35 L/Nm3提高到0.51 L/Nm3，脫硫效率由56.9%上升到72.1%。

2. 濕法煙氣凈化技術(shù)

重新審視煙氣凈化裝置的設(shè)計(jì)思想，完善煙氣凈化工藝，降低能耗、水耗，充分利用廢堿液及廉價(jià)的吸收劑資源，尋找煙氣凈化技術(shù)指標(biāo)與經(jīng)濟(jì)的平衡點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控操作管理，這對(duì)于簡(jiǎn)易濕法煙氣凈化技術(shù)的推廣應(yīng)用十分必要。

2.1 任務(wù)與要求

煙氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)與法規(guī)，對(duì)煙氣凈化裝置性能指標(biāo)有著明確的規(guī)定性：

•挑戰(zhàn)濕法煙塵凈化極限，相應(yīng)新建或改造的煤粉鍋爐除塵率必須提高到98%以上，對(duì)高灰分燃料，除塵率要求99%以上。

•根據(jù)煙氣S02 排放總量控制的原則，要求S02 達(dá)標(biāo)排放。

•要求改變落后的手操管理模式為監(jiān)控管理。

2.2 除塵脫硫一體化

實(shí)踐證明：簡(jiǎn)易濕法煙氣凈化器有著很大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

2.2.1 工作特點(diǎn)

文丘里管，煙氣速度高。氣流穿越噴霧水膜層，受水膜攔截、進(jìn)行降溫除塵脫硫的過(guò)程。通過(guò)切向管或蝸殼引入捕滴器，甩出灰粒，實(shí)現(xiàn)二次除塵脫硫。

斜棒柵式，則利用內(nèi)置煙道的斜棒柵管 將煙氣分割成多束片狀氣流，實(shí)現(xiàn)除塵脫硫。斜棒柵管通道覆蓋率增加，水膜過(guò)濾煙氣、捕獲灰粒的機(jī)率相應(yīng)提高。煙速適當(dāng)時(shí)，管束上形成穩(wěn)定厚度的水膜，獲得低阻、高效的效果。

泡沫式，依靠多層篩板將煙氣分割成多股細(xì)柱狀小流束，氣流沖撞篩板上的水層，形成泡沫，產(chǎn)生強(qiáng)烈的傳熱傳質(zhì)過(guò)程，實(shí)現(xiàn)降溫、除塵、脫硫。它具有自清洗功能。

流化床凈化器屬填料型結(jié)構(gòu)，除篩網(wǎng)上放置流化用的小球外，其特點(diǎn)同泡沫式。

氣動(dòng)脫硫除塵塔以氣液乳化為特征，它利用旋渦動(dòng)力學(xué)原理將吸收劑溶液粉碎成氣溶膠狀態(tài)，懸浮在塔內(nèi)，煙氣通過(guò)多管并聯(lián)的氣動(dòng)乳化過(guò)濾器，實(shí)現(xiàn)除塵脫硫的過(guò)程。

2.2.2 多級(jí)凈化組合方式

要提高設(shè)備的煙氣凈化能力，多級(jí)煙氣凈化組合是個(gè)好辦法。客觀上，除塵、脫硫一體化符合設(shè)備自身的發(fā)展規(guī)律。各種凈化原理組合應(yīng)用時(shí)，必須受到兩個(gè)條件的約束。

• 設(shè)備煙氣壓降及外形尺寸必須在現(xiàn)有系統(tǒng)允許的范圍內(nèi)

• 設(shè)備同比投資費(fèi)用小，運(yùn)行費(fèi)用低

2..3 凈化指標(biāo)分析

2.3.1凈化指標(biāo)

目前使用的濕法凈化器以文丘里管式的居多，斜棒柵式及泡沫式次之，其綜合性能見(jiàn)表3

表3 煙氣凈化綜合指標(biāo) 

型式 除塵率% 脫硫率% 煙氣壓降Pa 煙氣帶水 溫降 噴水單耗 水洗 石灰/堿液 一級(jí) 二級(jí) kg/Nm3 文丘里式 95-97 10-20 63/80   500    1500-2000 嚴(yán)重 嚴(yán)重 0.15-0.37 斜棒柵式 96-98 30 　   138       764 無(wú) 嚴(yán)重 0.158-0.2 泡沫式 >98 33 　 ~1100 加除霧器 嚴(yán)重 　 氣動(dòng)乳化 >99 　 90 1000-1600 同上 嚴(yán)重

由表3可見(jiàn)，煙氣壓降：斜棒柵式最小，泡沫式次之，文丘里管煙壓降最大。煙氣帶水：斜棒柵式不帶水，其它兩種帶水嚴(yán)重。濕法凈化，溫降均為嚴(yán)重。

2.3.2 煙氣帶水與溫降

煙氣帶水與煙氣凈化機(jī)理有著密切聯(lián)系。斜棒柵式，煙速低，在除塵工況下，捕滴器煙速5.6m/s時(shí)仍不發(fā)生帶水現(xiàn)象。文丘里管式、泡沫式均存在水滴飛揚(yáng)的問(wèn)題。盡管用提高捕滴器干段高度，改變煙氣引出方式，效果仍不令人滿(mǎn)意。因而，人們意識(shí)到裝除霧器的重要性。

煙氣嚴(yán)重溫降是濕法煙氣凈化方法普遍的現(xiàn)象。然而，加裝氣-氣熱交換器，投資費(fèi)用大，尚未被國(guó)內(nèi)市場(chǎng)認(rèn)可。

總之，對(duì)現(xiàn)有濕法煙氣凈化器，應(yīng)剔除其缺陷，優(yōu)化組合煙氣凈化級(jí)，它不失為一種經(jīng)濟(jì)、有效的節(jié)能環(huán)保產(chǎn)品。

3.系統(tǒng)優(yōu)化討論

3.1 問(wèn)題提出

FGD產(chǎn)業(yè)是項(xiàng)新興產(chǎn)業(yè)，又同基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)緊密關(guān)聯(lián)。雖然常規(guī)濕法FGD工藝較為成熟，但是價(jià)格昂貴，其系統(tǒng)至今仍欠完善。

簡(jiǎn)易濕法煙氣凈化器存在的種種問(wèn)題，究其原因，大致歸于兩類(lèi)：

• 管理理念

缺乏環(huán)境綜合治理理念。不明產(chǎn)品適應(yīng)范圍和作用。

•工藝系統(tǒng)設(shè)計(jì)

燃煤品種、成分多變；再則，設(shè)備運(yùn)行、設(shè)備完好程度，導(dǎo)致處理煙氣量寶很大波動(dòng)，大大超越了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)范圍。這是產(chǎn)生諸問(wèn)題的癥結(jié)。

濕法煙氣凈化器運(yùn)行性能的優(yōu)次，在相當(dāng)程度上取決于工藝技術(shù)的成熟度、系統(tǒng)完善性和管理水平。

3.2 FGD的多樣化

中小容量燃煤鍋爐量大、面廣，必須優(yōu)先發(fā)展資源綜合利用的FGD工藝；在經(jīng)濟(jì)平衡點(diǎn)下，拋棄法也相適宜。簡(jiǎn)易濕法FGD的吸收劑應(yīng)因地制宜，比如廢氨水、廢堿液、電石渣、鍋爐沖灰渣水，可有效降低運(yùn)行費(fèi)用。

根據(jù)統(tǒng)計(jì)：常規(guī)濕法FGD工藝中，吸收劑費(fèi)占10-20%，耗電費(fèi)約占60%之多，且噸SO2的費(fèi)用高。對(duì)廣泛應(yīng)用的石灰石(石灰)-石膏法，為了獲取高的脫硫效率，唯有提高液氣比。對(duì)于中小容量燃煤鍋爐，沒(méi)有必要追求高效，只求有效，高的經(jīng)濟(jì)性才是努力的目標(biāo)。從一些FGD裝置的運(yùn)行看，采用脫硫效率70~80%左右是適宜的。

濕法FGD，酸堿中和；原理簡(jiǎn)單，工藝多多。選擇中小容量鍋爐FGD工藝的主要原則：可靠，經(jīng)濟(jì)，有效。FGD的多樣化是現(xiàn)實(shí)的必然結(jié)果。

3.3 改善煙氣帶水與溫降

簡(jiǎn)易濕法煙氣凈化裝置可不配備氣-氣熱交換器，有利于節(jié)省投資，但必須設(shè)置煙氣除霧器。因?yàn)?，高效除塵和有效脫硫是改善鍋爐尾部輔助設(shè)備的運(yùn)行條件。從另外角度看，在除塵脫硫一體化裝置系統(tǒng)上，啟用灰水零排放，可提高回用灰水的溫度。在脫硫凈化系統(tǒng)上，可利用鍋爐排污水或低壓蒸汽預(yù)熱洗滌劑，減弱降溫的幅度。

3.4 洗滌液及副產(chǎn)品處理

在采用石灰石/石灰法FGD的一體化設(shè)備上，宜分別設(shè)置灰水槽與漿槽，利于提高洗滌效果，灰水槽仍保持氣密封作用。漿槽儲(chǔ)存漿料，由循環(huán)泵連續(xù)向噴嘴供料。因?yàn)闈{液的PH值變化對(duì)脫硫和亞硫酸鈣的氧化有著明顯的影響,合用一個(gè)槽，不利于煙氣分級(jí)凈化。

副產(chǎn)品處理方式取決于其純度和應(yīng)用價(jià)值。目前，石灰石(石灰)-石膏法的副產(chǎn)品純度低，除一家供給水泥廠(chǎng)使用處，均按拋棄法處理。氨水脫硫的副產(chǎn)品─硫酸銨有一定市場(chǎng)需要，但量少且涉及到復(fù)合肥料的生產(chǎn)管理等問(wèn)題。因此，提高副產(chǎn)品純度是系統(tǒng)優(yōu)化的內(nèi)容之一。盡管市場(chǎng)推出除塵器+氨水噴淋塔的FGD工藝裝置，可產(chǎn)銨肥，但煙氣中氨氣殘余排放量會(huì)引起二次污染的問(wèn)題，值得注意。

3.5 控制與檢測(cè)

濕法煙氣凈化裝置的運(yùn)行狀態(tài)受外部因素變化而變化。用手操的管理模式已不適應(yīng)環(huán)保排放控制，設(shè)置一套簡(jiǎn)易自控系統(tǒng)十分必要。

檢測(cè)是實(shí)施排放監(jiān)控的手段。對(duì)于中小機(jī)組，在線(xiàn)SO2檢測(cè)設(shè)備的價(jià)格尚難接受。為此可采取加強(qiáng)管理，定時(shí)檢測(cè)，以人機(jī)對(duì)話(huà)方式對(duì)系統(tǒng)監(jiān)控。

4.結(jié)論

通過(guò)對(duì)現(xiàn)有濕法除塵器的適當(dāng)改造，實(shí)現(xiàn)除塵脫硫一體化，可滿(mǎn)足排放標(biāo)準(zhǔn)與法規(guī)對(duì)大氣污染物的控制。它不失為一種經(jīng)濟(jì)、有效的節(jié)能、節(jié)水的環(huán)保產(chǎn)品。

歸納如下幾點(diǎn)：

• 加強(qiáng)環(huán)保意識(shí)、綜合治理大氣污染，是一條節(jié)資、節(jié)能、節(jié)水的必然捷徑。

• 中小容量鍋爐濕法煙氣凈化器，可采取相宜的煙氣凈化組合方式，實(shí)現(xiàn)排放標(biāo)準(zhǔn)的要求，即除塵效率η≥98%，脫硫效率η=70-80%。

• 充分利用本地域的各種資源，提高副產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。充分利用廢堿性液，比如電石泥、鍋爐排污水、沖灰渣水等，有效降低運(yùn)行費(fèi)用。

• 應(yīng)用簡(jiǎn)易煙氣排放監(jiān)控裝置，是濕法除塵、脫硫一體化裝置雙達(dá)標(biāo)的有力保證。

[參考文獻(xiàn)]

1)水電部環(huán)保辦，電力工業(yè)環(huán)境保護(hù)科技成果匯編，1988年4月

2)王小明、李仁剛，文丘里濕式除塵器脫硫工藝研究，《潔凈煤燃燒與發(fā)電技術(shù)》1998 No1

3)國(guó)家計(jì)委、化工部等，簡(jiǎn)易排煙脫硫技術(shù)報(bào)告會(huì)預(yù)稿集》1997年2月