燃煤循環(huán)流化床鍋爐煙氣凈化工藝的選擇分析案例目錄TOC\o"1-3"\h\u8539燃煤循環(huán)流化床鍋爐煙氣凈化工藝的選擇分析案例 173441.1除塵器的選擇 1260651.1.1除塵技術(shù)研究現(xiàn)狀 1181121.1.2除塵設(shè)備的分類(lèi) 1260951.1.3除塵器的比較與選擇 575791.2脫硫工藝的選擇 6259482.1.1脫硫技術(shù)研究現(xiàn)狀 6303301.2.2煙氣脫硫技術(shù) 7112501.2.3脫硫工藝的比較與選擇 81.1除塵器的選擇1.1.1除塵技術(shù)研究現(xiàn)狀改革開(kāi)放以來(lái)，我國(guó)的國(guó)民經(jīng)濟(jì)一直持續(xù)不斷獲得高速增長(zhǎng)，環(huán)境保護(hù)對(duì)于實(shí)現(xiàn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)健康可持續(xù)發(fā)展也就顯得愈來(lái)愈重要，在社會(huì)主義市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的推動(dòng)作用下，國(guó)內(nèi)許多環(huán)保企業(yè)都開(kāi)始了對(duì)除塵器的研究開(kāi)發(fā)，除塵器的實(shí)際應(yīng)用得到了極大的發(fā)展。目前我國(guó)電除塵器的生產(chǎn)規(guī)模和使用數(shù)量均居世界首位，電除塵技術(shù)接近世界先進(jìn)水平。濾料是布袋除塵器的技術(shù)核心，隨著材料科技的不斷進(jìn)步，袋式除塵技術(shù)在近年來(lái)得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。電袋復(fù)合除塵技術(shù)是基于靜電除塵和袋式除塵兩種成熟的除塵理論，由我國(guó)自行研發(fā)提出的新型除塵技術(shù)，近幾年已在多家電廠成功應(yīng)用。我國(guó)火電廠各除塵方式所占比例見(jiàn)圖2-1。圖2-1我國(guó)火電廠各除塵方式占比Fig.2-1ProportionofvariousdustremovalmethodsinthermalpowerplantsinChina1.1.2除塵設(shè)備的分類(lèi)由空氣含塵的顆粒氣流直接進(jìn)入粉塵空氣捕集中將所有粉塵空氣分離而后逸出并被吸收用于空氣捕集的除塵裝置也被稱(chēng)之為空氣除塵捕集裝置或是稱(chēng)為空氣除塵器。除塵器是除塵系統(tǒng)中的主要組成部分，其性能對(duì)全系統(tǒng)的運(yùn)行效果有很大影響。按照除塵器在各種空氣污染環(huán)境中進(jìn)行分離和自動(dòng)捕集空氣粉塵的主要物理作用以及機(jī)理，可將其功能劃分歸類(lèi)為以下四種。①機(jī)械式除塵器它是一種基于利用質(zhì)量物體在各種質(zhì)量系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)（即諸如量子重力、慣性流體動(dòng)力學(xué)和量子離心力等）的相互影響下，使得空氣粉塵和氣流進(jìn)行分離和沉降的設(shè)備。包括重力沉降室、慣性除塵器和旋風(fēng)除塵器等。它的主要技術(shù)特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,造價(jià)低，維護(hù)方便，但是分層除塵處理效率一般并非很好，一般只是用來(lái)作為一種多層次空氣除塵處理系統(tǒng)應(yīng)用中的初級(jí)分層除塵。重力沉降室如圖2-2所示。（a）單層重力沉降室（b）Howard多層重力沉降室圖2-2重力沉降室Fig.2-2Gravitysettlingchamber②濕式除塵器濕式除塵器是利用液滴或液膜來(lái)洗滌含有煙塵的氣流，使粉塵與氣流產(chǎn)生分離沉降的一種設(shè)備[3]。在清除和洗滌的過(guò)程中，由于塵粒自身的一種慣性移位和運(yùn)動(dòng)，使其與液滴、液膜、氣泡等物質(zhì)之間產(chǎn)生了碰撞、擴(kuò)散、黏附作用，如圖2-3所示。黏附后的顆粒和塵粒相互聚集，從而使得塵粒和氣體進(jìn)行分離。圖2-3顆粒捕集機(jī)理Fig.2-3Particletrappingmechanism濕式洗滌器既可以用于氣體除塵，也同樣可用于氣體凈化吸收。用于除塵方面的濕式除塵器主要有噴淋塔式除塵器、文丘里洗滌除塵器、沖擊水浴式除塵器和水膜除塵器等。③過(guò)濾式除塵器過(guò)濾式除塵器里布置有過(guò)濾材料，需要處理的含塵氣流進(jìn)入除塵器通過(guò)過(guò)濾材料時(shí)，過(guò)濾材料會(huì)對(duì)粉塵起到一個(gè)分離捕集的作用。通常采用濾紙或玻璃纖維等作為濾料，過(guò)濾式除塵器包括袋式除塵器、顆粒層除塵器等。工業(yè)生產(chǎn)中比較常用的袋式除塵器的除塵效率很高，一般不低于99.9%，是能滿(mǎn)足當(dāng)今時(shí)代煙塵排放標(biāo)準(zhǔn)要求的除塵設(shè)備之一。在除塵器中，布袋除塵器種類(lèi)最多，根據(jù)其特點(diǎn)可進(jìn)行不同分類(lèi)。布袋式除塵器根據(jù)清灰工作方式的不同大致可以細(xì)分為：機(jī)械式振動(dòng)、逆氣流清灰方式、脈沖噴吹清灰式、氣環(huán)反吹式及復(fù)合清灰式，其中脈沖袋式除塵器在工業(yè)中的應(yīng)用比較廣泛，除塵原理如圖2-4所示。進(jìn)口；2-中部箱體；3-濾袋；4-文氏管；5-上箱體；6-排氣口；7-框架；8-噴吹管；9-空氣包；10-脈沖閥；11-控制閥；12-脈沖控制儀；13-集塵斗；14-卸塵閥圖2-4脈沖袋式除塵器除塵原理Fig.2-4Dustremovalprincipleofpulsebagfilter④電除塵器靜電除塵器(ESP)是一種可以利用一定高壓的靜電場(chǎng)壓力促使流動(dòng)塵粒荷載放電，在一定庫(kù)侖斯壓力的強(qiáng)大作用下就能促使靜電粉塵和塵粒氣流同時(shí)離開(kāi)并迅速沉降的設(shè)備。它主要是通過(guò)在收塵極和電暈極之間通上高壓直流電后，會(huì)產(chǎn)生一種強(qiáng)電場(chǎng)，這種強(qiáng)電場(chǎng)效應(yīng)會(huì)促使氣體粉塵發(fā)生載荷電離、粉塵荷電，帶有正、負(fù)離子的粉塵顆粒分別向電暈極和收塵極運(yùn)動(dòng)而沉積在極板上，使得這些積灰顆粒經(jīng)由一個(gè)粉塵振打器的固定位置直接落入一個(gè)灰斗中。由于我國(guó)企業(yè)使用高壓電除塵器的各個(gè)行業(yè)生產(chǎn)技術(shù)過(guò)程不一、使用目標(biāo)不同，工業(yè)窯爐的鍋爐爐型與所用材料之間的差別較大，造成煙氣性質(zhì)各異、粉塵特性不同、對(duì)電除塵器的要求自然也不同。因此出現(xiàn)了各種不同類(lèi)型的電除塵器。根據(jù)煙氣在電除塵器電場(chǎng)內(nèi)流動(dòng)方向的不同，可將電除塵器分為立式電除塵器和臥式電除塵器；根據(jù)收塵極形式的不同，可分為三種：管式、板式和棒帷式電除塵器；按電極清灰方式可分為干式電除塵器、濕式電除塵器及其他清灰方式的電除塵器。電除塵器的種類(lèi)繁多，但無(wú)論哪種類(lèi)型，其結(jié)構(gòu)一般都由圖2-5所示的幾部分組成。振打器；2-均流板；3-電暈電極；4-集塵電極；5-外殼；6-檢修平臺(tái)；7-灰斗圖2-5臥式電除塵器Fig.2-5horizontalelectrostaticprecipitator由于靜電除塵器是基于荷電收塵機(jī)理，故對(duì)飛灰的性質(zhì)十分敏感，特別是在捕集較高的比電阻粉塵和微小煙塵方面有一定的困難，除塵器的除塵效率也會(huì)因運(yùn)行工況的變化而受到不可避免的較大的影響。另外靜電除塵器對(duì)于有害氣體來(lái)說(shuō)不易進(jìn)行捕捉，且對(duì)制造、安裝和工程人員的實(shí)操水平都有著比較高的要求。以上介紹的各種除塵器，對(duì)粒徑大于3μm的粉塵有著高效的凈化效率。而對(duì)于小于3μm的粉塵，尤其是粒徑在1~0.1μm之間的細(xì)小微粒的凈化效果并不好。于是，這些年來(lái)各個(gè)國(guó)家都致力于鉆研探究新型的微小粉塵凈化設(shè)備，這些新的裝置，除了能夠利用一些常見(jiàn)的除塵原理，如質(zhì)量力、靜電力、過(guò)濾洗滌等，還利用了泳力、磁力、聲凝聚、冷凝、固結(jié)、凝結(jié)等機(jī)理，或在同一裝置中同時(shí)利用幾種機(jī)理。1.1.3除塵器的比較與選擇袋式除塵器和靜電除塵器是現(xiàn)階段我國(guó)市場(chǎng)上極具代表性的兩種除塵器。袋式除塵器是近幾年來(lái)新式除塵器的一種類(lèi)型，從結(jié)構(gòu)上看，可以將袋式除塵器分為圓筒形除塵器、回轉(zhuǎn)脈沖式除塵器。而在現(xiàn)實(shí)的工業(yè)應(yīng)用中，按照清灰方式，可以分為離線清灰和在線清灰兩種。袋式低壓脈沖除塵器因其包括高效、占地少、投資小以及本體阻力小等在內(nèi)的許多優(yōu)勢(shì)，深受各類(lèi)燃煤廠家的歡迎，在實(shí)際的生產(chǎn)建設(shè)過(guò)程中，得到了較多的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)[4]。靜電除塵器的主要工作原理是利用高壓電場(chǎng)使煙氣發(fā)生電離[5]，靜電除塵器的安裝和檢修的難度相對(duì)袋式除塵器來(lái)說(shuō)會(huì)比較大，并且設(shè)備的摩擦損壞程度會(huì)對(duì)設(shè)備的除塵效果和使用年限造成一定的影響，因此必須對(duì)除塵設(shè)備進(jìn)行定期的檢查和修護(hù)，這也就會(huì)消耗更多的人力、物力、財(cái)力。靜電除塵器從其結(jié)構(gòu)上分析，可以對(duì)其除塵方式予以分析，可分為濕式除塵器以及干式除塵器兩種。而后從其形狀上來(lái)看，也可以將其分為立式靜電除塵器以及臥式靜電除塵器兩類(lèi)。從除塵器的特性層面分析，它對(duì)高濃度、高風(fēng)量以及高煙溫的燃煤鍋爐處理來(lái)看，現(xiàn)階段應(yīng)用較多的當(dāng)屬多電場(chǎng)臥式靜電除塵器，它的電場(chǎng)數(shù)量?jī)傻剿膫€(gè)，電場(chǎng)風(fēng)速可達(dá)到每秒1~1.25m，除塵器的應(yīng)用效率為98%~99%之間，其濃度在50~150mg/m3，并將其作為省煤器的降溫裝置[6]。袋式除塵器和電除塵器兩者各有優(yōu)缺點(diǎn)，具體見(jiàn)下表。項(xiàng)目袋式除塵器電除塵器技術(shù)成熟度成熟成熟系統(tǒng)設(shè)備系統(tǒng)較簡(jiǎn)單系統(tǒng)較復(fù)雜占地面積小大受煤種影響小易受飛灰電阻影響除塵效率99.9%99.9%設(shè)備阻力大，一般在1100~2000Pa小，不大于300Pa受工況影響易受工況溫度的影響不易受影響初期投資較低較高在國(guó)家現(xiàn)今有關(guān)鍋爐大氣環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)日趨嚴(yán)格的條件下，電除塵器想要減少煙氣排放量，降低污染物濃度，只能考慮增加電場(chǎng)的數(shù)量或者降低煙氣流速，。但是這樣無(wú)疑會(huì)使電除塵器的本體增加，提高裝置的價(jià)格，從而降低電除塵器在煙氣凈化市場(chǎng)中的核心競(jìng)爭(zhēng)性。但是布袋除塵器的運(yùn)行成本高，濾袋和噴吹系統(tǒng)的換新成本高，大型的布袋除塵器中的濾袋與小型布袋除塵器中濾袋相比，更容易發(fā)生損壞和加快老化速度。綜合各項(xiàng)因素考慮，本設(shè)計(jì)最終選用板臥式電除塵器進(jìn)行煙氣除塵處理。1.2脫硫工藝的選擇現(xiàn)階段我國(guó)使用的燃煤鍋爐煙氣脫硫的主要方法，按照其所需要采用的吸收劑或是吸附劑的使用情況，我們將其劃分為濕法脫硫和干法脫硫[7]。目前在化學(xué)工業(yè)中得到較為普遍應(yīng)用的是濕法煙氣脫硫，濕法脫硫工藝有很多，大部分都是在20世紀(jì)70年代早期由美國(guó)和日本研究開(kāi)發(fā)的，多被廣泛應(yīng)用于處理冶金煉油廠和鍋爐的加熱機(jī)煙氣。濕法煙氣脫硫工藝的主要優(yōu)點(diǎn)就是脫硫效果好，運(yùn)行可靠性強(qiáng)，操作簡(jiǎn)便，SO2的污水脫硫處理費(fèi)用少。石灰石-石膏法與氨法脫硫是我國(guó)燃煤鍋爐煙氣脫硫常用的兩種方法。2.1.1脫硫技術(shù)研究現(xiàn)狀我國(guó)早在70年代就開(kāi)始了對(duì)燃煤電廠鍋爐煙氣脫硫技術(shù)的研究。第七個(gè)五年計(jì)劃、第八個(gè)五年計(jì)劃期間，我國(guó)對(duì)脫硫工藝的研究取得了一些成果，但對(duì)燃煤電廠高煙量的煙氣脫硫的裝置研究得還不夠深入。“十五”規(guī)劃中發(fā)布實(shí)施了一些政策，強(qiáng)制約束了SO2的排放量，對(duì)我國(guó)脫硫技術(shù)的進(jìn)展提供了很大的推動(dòng)力。2000~2011年的十年間，我國(guó)燃煤電廠實(shí)際投入運(yùn)行的脫硫系統(tǒng)機(jī)組總?cè)萘吭鲩L(zhǎng)了100多倍，2011年已達(dá)5.6億千瓦，占全國(guó)燃煤火電機(jī)組容量的85%左右[8]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2016年底時(shí)，我國(guó)投入運(yùn)行火電廠脫硫設(shè)備機(jī)組總?cè)萘考s8.48億千瓦，占全國(guó)燃煤火電機(jī)組總?cè)萘康?0%[9]。目前SO2脫除的石灰石-石膏法脫硫工藝是在我國(guó)應(yīng)用最廣泛的工藝，在國(guó)內(nèi)外工業(yè)燃煤發(fā)電廠，雙堿法和氨法的應(yīng)用也比較多，這兩種技術(shù)也較成熟，脫硫效果較好。1.2.2煙氣脫硫技術(shù)①石灰石-石膏法該工藝的SO2脫除過(guò)程：首先是煙氣中的氣態(tài)SO2物質(zhì)溶于水生成亞硫酸根；其次是亞硫根在氧氣的作用下被氧化為硫酸根，硫酸根與吸收劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成硫酸鹽；最后，硫酸鹽從吸收劑中分離出來(lái)，分離后的吸收劑可以重復(fù)有效利用，工業(yè)廣泛采用CaO或Ca(OH)2作為吸收劑。此種脫硫工藝的成熟度高、去除SO2的效率高，系統(tǒng)操作簡(jiǎn)便，但是具有設(shè)備投入大、用水量多、反應(yīng)易結(jié)垢、反應(yīng)物容易堵塞管道與系統(tǒng)的缺點(diǎn)[10]。②雙堿法該技術(shù)的吸收劑是氫氧化鈉，氫氧化鈉是堿性溶液，SO2是酸性氣體，兩者可以發(fā)生化學(xué)反應(yīng)來(lái)達(dá)到一個(gè)脫硫的效果。具體的工藝流程如下：一定濃度的NaOH堿性溶液直接經(jīng)管路進(jìn)入脫硫塔中，對(duì)煙氣中的SO2進(jìn)行洗滌，這個(gè)過(guò)程就是脫硫。氫氧化鈉與二氧化硫反應(yīng)生成的產(chǎn)物被分離后送入一個(gè)池子進(jìn)行吸收劑的再生，產(chǎn)物在池子中經(jīng)過(guò)處理后又被還原成氫氧化鈉，還原出來(lái)的氫氧化鈉再被循環(huán)利用。該技術(shù)利用中和化學(xué)反應(yīng)脫硫，被廣泛應(yīng)用，對(duì)中小型鍋爐煙氣有很不錯(cuò)的脫硫效果，具有廣泛的市場(chǎng)前景，但需消耗大量的NaOH或NaCO3而導(dǎo)致成本增加。③氨法此種工藝的吸收劑是氨水，它會(huì)產(chǎn)生副產(chǎn)物，副產(chǎn)物是硫酸銨。氨法脫硫全過(guò)程如圖2-6所示，煙氣首先進(jìn)入預(yù)洗滌塔對(duì)HF/HCl進(jìn)行脫除，預(yù)洗滌后的煙氣進(jìn)入液滴分離器，在液滴分離器內(nèi)除去水滴后的煙氣進(jìn)入脫硫塔。在脫硫塔中，從塔頂噴淋母管和各支管中噴射出氨水，煙氣中的SO2通過(guò)氨水的吸收去除。氨水與二氧化硫反應(yīng)產(chǎn)生硫酸銨，大概有三成的硫酸銨溶液從脫硫塔中排出來(lái)，排出的硫酸銨溶液通常被送到化肥廠進(jìn)行再處理，或者是被加工成固態(tài)狀肥料出售，當(dāng)然也可以以液態(tài)的狀態(tài)直接向外銷(xiāo)售。圖2-6氨法脫硫過(guò)程Fig.2-6Ammoniadesulfurizationprocess1.2.3脫硫工藝的比較與選擇石灰石-石膏法與氨法脫硫是我國(guó)工業(yè)上常用的兩種脫硫方法。兩種方法的具體技術(shù)分析情況如表2-1所示[11]。表2-1石灰石-石膏法和氨法脫硫技術(shù)分析Tab.2-1Analysisoflimestonegypsummethodandammoniamethoddesulfurizationtechnology項(xiàng)目石灰石-石膏法氨法技術(shù)成熟度成熟成熟系統(tǒng)設(shè)備系統(tǒng)較復(fù)雜系統(tǒng)較簡(jiǎn)單適用煤種不受含硫量限制不受含硫量限制使用單機(jī)規(guī)模大型電廠或熱功率不小于29MW的鍋爐大型電廠或舊鍋爐改造脫硫率95%以上98%以上吸收劑種類(lèi)石灰石氨水吸收劑來(lái)源易購(gòu)買(mǎi)廢氨水或液氨副產(chǎn)品種類(lèi)石膏硫酸銨副產(chǎn)品用途可用作水泥緩凝劑或建筑石膏出售可作復(fù)合肥原料或直接作為化肥用于鹽堿地?zé)煔饷摿蛲顿Y較高不高（產(chǎn)物可以直接利用）對(duì)于目前傳統(tǒng)的石灰石-石膏法脫硫，單塔的脫硫處理量較大，對(duì)于生產(chǎn)高硫煤和大型煤礦機(jī)組來(lái)說(shuō)脫硫具有一定的實(shí)用價(jià)值。采用天然石灰石或其他天然石灰作為原料可以作為石膏吸附催化劑，成本低廉、容易加工獲取，產(chǎn)物中的石膏也因此可以廣泛用來(lái)用于制作其他建筑材料。但是