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摘要：介绍了一种新型喷淋泡沫脱硫除尘塔在锅炉烟气处理中应用。根据离心、喷雾、泡沫相结合的多级净化原理，经旋风喷雾、二级喷淋泡沫板洗涤，脱硫效率为91.4%，除尘效率为98.7%。喷淋泡沫塔具有除尘脱硫一体化、设备占地面积小、节省投资等特点，适用于大中型工业锅炉烟气脱硫除尘。
关键字：喷淋泡沫塔 脱硫 除尘
1 前言
在我国的一次能源消耗结构中，燃煤占总能源消耗的70%以上，而由燃煤产生的SO2约占到全国SO2总排放量的90%。因此，对燃煤锅炉烟气进行脱硫、控制SO2的排放是我国经济和社会发展的迫切要求。北京某热力厂拟为1台35t/h燃煤锅炉的烟气进行治理，拆除现有φ2500mm文丘里麻石水膜除尘器，选用净化效率稳定、运行可靠、投资适合北京市市情的新型高效喷淋泡沫脱硫除尘塔。根据脱硫除尘系统需要，配置相应的高效脱水设备、水循环系统、加药系统、曝气系统和自动控制系统。
2 治理方案
2.1 设计参数
根据该厂提供的测试报告和资料确定主要设计参数为：烟气量 ≤63000m3/h，空气预热器出口烟气温度≤180℃，空气预热器出口含尘浓度≤2500mg/m3，燃煤含硫量≤0.8%，除尘器前系统阻力≤1.0kPa，脱硫效率≥90%，除尘效率≥98.2%。
2.2 治理工艺
本工艺包括烟气系统、水循环系统、加药系统、曝气系统和自动控制系统，工艺流程见图1。
图1 烟气脱硫除尘工艺流程
2.2.1 烟气系统
本工艺将锅炉烟气引入空气换热器降温到180℃以下，再通过管道切向进入喷淋泡沫塔，烟气在塔内经洗涤液喷淋后由烟道进入高效脱水器，带气雾的烟气经脱水后进入引风机，由烟道进入烟囱排放。引风机选用GDGYNo13–左 90°–132kW–60℃防腐引风机。流量为75000m3/h，全压为3.6kPa。
2.2.2 水循环系统
由循环水泵将含有脱硫剂（MgO粉）的循环水从水池送往喷淋泡沫塔，同塔中的烟气反应后由溢流槽排出，经灰水沟排入水池（容积为2400m3）。本系统总循环水量为252t/h。选用2台（其中1台备用）150UHB–ZK–250–35（75kW）耐磨防腐水泵作为循环水泵。
2.2.3 加药系统
进入水池中的循环水通过pH值自动测量仪检测pH值。当pH＜6.5时，自动打开Mg（OH）2乳液管路上的电动调节阀，注入Mg（OH）2乳液；调整到出塔循环水pH=6.5时自动关闭电动调节阀，经过pH仪调节循环水清水池中水的pH值为9～11。MgO粉加到消化槽内，加水搅拌几分钟成乳状液后，靠重力自流到Mg（OH）2乳液贮槽。贮槽中的乳液通过重力自流到沉淀池，供脱硫使用。MgO粉的投加量为66.8kg/h。
2.2.4 曝气系统
为使沉淀池中的MgSO3氧化成溶解于水的MgSO4，需在沉淀池中进行曝气，这样既可大大减少循环水中的悬浮物，也可防止循环水系统及脱硫塔内结垢堵塞，同时还可减少脱硫渣的生成量。曝气压缩空气气源由罗茨鼓风机直接提供，由曝气管路送到沉淀池。压缩空气从曝气管路中以小气泡通过循环水，从水面逸出。氧气的消耗量为4.6m3/min。
2.2.5 自动控制系统
本系统中引风机采用变频控制，控制盘位于锅炉控制间。水泵亦采用变频控制。pH值自动控制仪根据采样的数据以4～20mA的信号控制加药电动阀门。
2.3 工作原理
喷淋泡沫塔采用切向进风，使气流旋转上升。在烟气入口上方布置1层或2层螺旋喷嘴组合层，喷嘴层上方为多孔泡沫塔板层，塔板上设喷淋布水器。整个塔分成上、下2个塔体，或上、中、下3个塔体（当用2层塔板时），下塔体下部为循环水槽及液封排水槽。
锅炉排放的烟气，切向进入喷淋泡沫塔旋流段，较大粒径的烟尘受离心力的作用产生附壁效应与塔板布下的水幕汇合，流到塔底排出。烟气继续在塔体内上升，先经2层雾化喷嘴洗涤、吸收而脱除部分细颗粒烟尘和SO2，烟气上升再经2层泡沫塔板，布满吸收液的多孔板鼓泡形成有巨大液膜表面积的泡沫层，同时塔板上具有极大液膜表面积的气雾，烟尘在此阶段亦发生扩散作用，从而进一步去除细颗粒烟尘和脱掉SO2，最终达到高的除尘脱硫效率。
洗涤及吸收都是依赖气液两相液膜界面进行的，液膜面积越大，除尘脱硫效率越高。净化烟气中的气雾，在上塔体中缓慢上升，经塔体与脱水器之间的连接管，进入高效复档型脱水器，脱水后经烟道进入引风机至烟囱达标排放。碱性循环水在塔内吸收SO2后，pH值迅速降低，排入循环沉淀池与锅炉碱性排污水汇合，通过加药装置，将200目以上的MgO粉制成Mg（OH）2乳液，通过pH自动控制仪控制加药的电动阀门，调整水池内的pH值，使出塔洗涤液的pH值为6.5左右。进入水池内的循环水经鼓风曝气，使脱硫产物最终氧化成溶于水的MgSO4。其化学反应方程式为：
为防止水池内硫酸盐过饱和，需排出部分循环水，其水量约占总循环水量的2%。
3 运行效果分析
本工艺的监测结果见表1。
表1 烟气处理结果数据
表1 烟气处理结果数据
|
项 目 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
平均值 |
|
入塔烟气量(×104m3/h) |
5.289 |
5.455 |
5.678 |
5.845 |
5.568 |
5.567 |
|
出塔烟气量(×104m3/h) |
5.944 |
5.699 |
6.560 |
6.495 |
5.942 |
6.128 |
|
入塔SO2 浓度(×103mg/m3) |
1.06 |
1.08 |
1.11 |
1.18 |
1.07 |
1.10 |
|
出塔SO2浓度(mg/m3) |
92.5 |
97.3 |
94.8 |
98.2 |
92.2 |
95.0 |
|
脱硫效率(%) |
91.3 |
91.0 |
91.5 |
91.7 |
91.4 |
91.4 |
|
入塔烟尘浓度(×103mg/m3 |
1.94 |
2.05 |
2.41 |
2.27 |
2.13 |
2.16 |
|
出塔烟尘浓度(mg/m3) |
23.8 |
25.7 |
30.2 |
28.4 |
26.9 |
27.0 |
|
除尘效率(%) |
98.7 |
98.7 |
98.7 |
98.7 |
98.7 |
98.7 |
|
入塔烟气含氧量(%) |
7.6 |
7.9 |
8.3 |
8.5 |
7.7 |
8.0 |
|
出塔烟气含氧量(%) |
7.7 |
8.2 |
8.7 |
8.3 |
9.1 |
8.4 |
由表1可知，经处理后SO2的排放浓度为95.0 mg/m3，去除率达91.4%；烟尘的排放浓度为27.0 mg/m3，去除率达98.7%。北京市环境保护局、北京质量技术监督局联合颁发的《锅炉污染物综合排放标准》（DB11/139–2002）A区和B区II时段规定污染物排放限值为：SO2≤150 mg/m3、烟尘≤50mg/m3。这说明用喷淋泡沫塔脱硫除尘可以达到非常理想的效果，烟尘和SO2的排放浓度远低于标准的限值要求。
本工艺系统共投资158.0万元，系统年运行费用为48.6万元，脱除SO2费用为0.93元/kg。
4 结论
4.1 喷淋泡沫塔根据离心、喷雾、泡沫相结合的多级净化原理，将二级喷雾洗涤同二级泡沫层脱硫除尘相互结合，优势互补，充分发挥这2种除尘及脱硫单元的功能，做到除尘粒径由粗到细，脱硫功能由中效到高效的逐段按序完成，从而保证脱硫除尘器的优良工况和性能。
4.2 该工艺系统净化效率稳定、运行可靠，其脱硫除尘效率分别达到91.4%和98.7%。
4.3 喷淋泡沫塔具有除尘脱硫一体化、设备占地面积小、节省投资等特点，适用于大中型工业锅炉烟气脱硫除尘。
第一作者李小兵，男，1976年出生，现为中国矿业大学在读研究生。
摘自－《上海环境科学》
|
序号 |
故障现象 |
产生的原因 |
处理方法 |
|
1 |
指示灯不亮 |
1、接触不良，FU3烧断2、电源内部有短路 |
1、改善接触2、排出短路点 |
|
2 |
按“自检按钮”，二次电流表无读数，一次电压表及二次电压表读数大于额定值的70% |
回路中有开路 |
排出开路 |
|
3 |
按“自检按钮”，二次电流表有读数，一次电压表及二次电压表无读数 |
回路中有短路 |
排出短路点 |
|
4 |
二次电压接近于零或者二次电压升至较低便发生闪络 |
1、石英套管或支柱绝缘子，或绝缘瓷轴破损2、两极间距离局部变小3、有杂物挂在收尘极或电晕极上4、电晕极振打装置绝缘瓷轴受潮5、高压硅堆坏6、高压烧阻有击穿 |
1、更换破坏件2、调整极间距3、清除杂物4、擦抹石英套管或支柱绝缘子，提高保温箱内温度5、减少漏风，擦抹绝缘瓷轴6、换硅堆7、送回制造厂修理 |
|
5 |
二次电压正常，二次电流显著降低 |
1、收尘极积灰过多2、收尘极或电晕极的振打未开或失灵3、电晕极肥大放电不良4、旋风除尘器因漏风等造成除尘效率下降，电除尘烟气中粉尘浓度过大，出现电晕闭塞 |
1、清除积灰2、检查并修复振打装置3、分析肥大原因，采取必要措施4、处理旋风除尘器 |
|
6 |
过电压跳闸 |
1、外部连线有松动或断开2、电网输入的电压大高3、工况变化，电场呈高阻状态 |
1、接好松动或断开的线2、适当减少输出电压3、适当减少输出电流 |
|
7 |
二次电压不稳定，二次电压表急剧摆动 |
1、电晕线折断，其残留段受风吹摆动2、电晕极支柱绝缘子对地产生沿面放电 |
1、剪去残留段2、处理放电部位 |
|
8 |
一、二次电压、电流均正常但除尘效率显著降低 |
1、气流分布板孔眼被堵2、灰斗的阻流板脱落，气流发生短路3、靠出口处的排灰装置严重漏风 |
1、检查气流分布板的振打装置是否失灵2、检查阻流板，并作适当处理 |
|
9 |
二次电压表一定值后不再增大，反而下降 |
1、变压器套管损坏2、高压绕组软击穿 |
1、换变压器套管2、送回制造厂修理 |
|
10 |
排灰装置卡死或保险跳闸 |
机内有杂物掉入排灰装置 |
停机修理 |
四、电除尘器的维护
1、电除尘器本体的维护
（1）每周对保温箱进行一次清扫，在清扫过程中需同时检查电晕极支撑绝缘子及石英套管是否有破损、爬电等现象，如果有破损，则应及时更换。
（2）每周应检查一次各振打转动装置及卸灰输灰转动装置的减速机油位，并适当补充润滑油。
（3）各减速机第一次加油运转一周后更换新油，并将内部油污冲净，以后每次6个月更换一次润滑油，润滑油可采用40#机械油，推荐采用工业齿轮油（90#）。
（4）每周清扫一次电晕极振打转动瓷联轴，在清扫过程中需同时检查是否有破坏，爬电等现象，如果有破坏，则应及时更换。
（5）每年检查一次电除尘器壳体、检查门等处与地线的连接情况，必须保证其电阻值小于4Ω 。
（6）根据极排的积灰情况，选择适宜的振打程序或另编程更改程序。
（7）每6个月检查一次电除尘器保温层，如发现破损，应及时修理。
（8）每年测定一次电除尘器进出口处烟气量、含尘浓度和压力降，从而分析电收尘器性能的变化。
（9）电除尘器工作3个月以上，则应利用工艺生产停车机会对电除尘器内部构件进行检查、维护，其维护内容包括：
a)检查各层气体分布板孔是否被粉尘堵塞，若部分孔被粉尘堵塞，则应仔细检查振打装置的工作状况，并进行适当处理。
b)检查两极间距，仔细检查每个电场每个通道的偏差是否在10毫米以内，每根电晕线与阳极距离的偏差是否在5毫米以内，达不到要求进行处理。
c)检查两极排面的积灰情况，如发现个别极排积灰过厚，则应分析该极排的振打情况，并进行适当处理。
d)检查各检查门、顶盖、法兰联接等处是否严密，如有漏风，要进行处理。
e)检查各振打装置是否松动、磨损等。
f)检查机内的积灰情况。
（10）操作人员进入电场内前须作如下工作：a)确认电场已断电b)在高压控制柜上挂“正在检修设备，禁止合闸”的警告。 c)用放电线给电场放电。
2、电气部分的维护
（1）高压控制柜和高压发生器均不允许开路运行。
（2）及时清扫所有绝缘件上的积灰和控制柜内部积灰，检查接触器开关、继电器线圈、触头的动作是否可靠，保持设备的清洁干燥。
（3）每年测量一次，高压发生器和控制柜的接地电阻≤2Ω 。
（4）每年更换一次高压发生器的干燥剂。
（5）每年一次进行变压器油耐压试验，其击穿电压不低于交流有效值40kV/2.5mA。
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