烟气脱硫半干式袋式除尘器设计探讨

摘要:介绍了半干法烟气脱硫工艺及脱硫后烟尘的特点,针对半干法脱硫后烟尘的特点,袋式除尘器设计时采取了一系列的技术措施,从而保证了脱硫系统的正常运行。

1半干法脱硫工艺简介

循环流化床半干法烟气脱硫工艺是20世纪80年代末国外公司开发的一种新的半干法脱硫工艺,这种工艺以循环流化床原理为基础,通过吸收剂的多次再循环,延长吸收剂与烟气的接触时间,大大提高了吸收剂的利用率。它不仅具有半干法工艺的流程简单、占地少,投资小以及副产品可以综合利用等优点,而且能在很低的钙硫比(Ca/S=1.1~1.2)情况下,其脱硫效率可达到湿法烟气脱硫工艺脱硫效率的95%以上。实践证明,循环硫化床半干法烟气脱硫工艺处理能力大,对负荷变动的适应能力强,运行可靠,维护工作量少。

循环流化床半干法烟气脱硫工艺系统由吸收剂加料系统、吸收塔、供水系统、吸收剂循环除尘器、脱硫灰输送与储存以及控制系统等组成。烟气由循环流化床下部经布风板进入反应塔,与消石灰颗粒充分混合,与此同时,安装在流化床反应塔内部的喷嘴喷入适量的水,烟气中的HCL、HF、SO2、SO3和其他有害气体与消石灰反应,生成CaCL22H2O、CaF2、2CaSO31/2H2O、CaSO42H2O以及CaCO3。反应产物由烟气从反应塔上部带出,经循环除尘器分离。分离出的固体绝大部分被送回循环流化床反应塔,以延长吸收剂的反应时间,提高利用效率。工艺水直接喷入反应塔下部,尽可能使反应温度高出露点温度20以上,以提高脱硫效率。

循环流化床半干法脱硫工艺的吸收剂是生石灰消化所得的氢氧化钙细粉,由于这种消石灰颗粒很细,无须再磨细,因此,该工艺系统既节省了购买磨机等大型设备的投资费用,也减少了能源消耗,使运行费用大为降低。同时,省去了庞大的浆液贮备罐及易磨损的浆液输送泵等组成的复杂吸收剂制备、输送系统,只要用空气斜槽就可以实现输运,从而大大简化了工艺流程。

循环流化床半干法脱硫工艺所产生的副产品呈干粉状,其化学组成与喷雾干燥工艺的副产品相类似,飞灰主要成有:CaSO3、CaSO4、CaCl2、CaF2以及未反应的吸收剂等组成,其处置方法与喷雾干燥的副产品基本相同。

2半干法脱硫后粉尘的特性

循环流化床半干法脱硫工艺所产生的粉尘主要含有以下物质:未反应的脱硫剂:Ca(OH)2、CaO、反应产物:CaSO42H2O、CaSO31/2H2O以及CaCl2、CaF2等。烟尘中所含物质比例详见表1。

半干法脱硫后粉尘中各物质比例

 

脱硫后副产物的物理特性:半干法脱硫工艺的副产物是一种干燥的非常细的粒状物,平均粒径为10或更细,比普通的粉煤灰更细小。与一般飞灰相比,由于Ca(OH)2的加入,增加了脱硫副产物中水溶性组份的含量,并提高了灰份的熔融温度。

半干法脱硫后副产物的化学特性:半干法脱硫副产物是一种化学性质比较稳定的无毒物质,不会对环境造成危害。CaSO3以CaSO31/2H2O形式存在,在与空气和湿气接触时,CaSO31/2H2O容易转变为CaSO42H2O。脱硫副产物中未完全反应的吸收剂Ca(OH)2会使脱硫灰硬结,与空气中的CO2反应生成稳定的CaCO3,脱硫灰的碱性和硬结性对防止堆放场地下水的污染有极大的帮助。脱硫灰的碱性使其重金属不易析出,而硬结特性使得堆放层底部的防渗透特性大为改善,因此,常被用来作为垃圾填埋场的防渗层材料。

3半干法脱硫后烟气特性

锅炉出口的烟气经过循环流化床半干法脱硫后,烟气具有如下一些特性:

(1)含尘浓度高。循环流化床脱硫塔的出口烟气含尘浓度,一般在800-1000g/m3左右,是未脱硫前烟气含尘浓度的几十到100倍;

(2)烟气的湿度大。循环流化床脱硫塔的出口烟气的湿度在10%左右,而未脱硫前烟气湿度只有2%~3%;

(3)烟温波动大。未脱硫时,烟气的温度和锅炉空预器出口温度一致,在130~180;半干法脱硫后,烟温降至70~80左右。

4袋式除尘器设计

烟气经过循环流化床半干法脱硫后,无论烟气性质还是烟尘的性质都发生了很大的变化,因此,在半干法脱硫后除尘器设计时应做特殊考虑。

4.1设置预除尘系统

脱硫塔出口烟气中含尘浓度相当高,一般均在800g/m3以上,故在袋式除尘器前要加预除尘系统。预除尘系统的作用是除去烟气中的大部分粉尘,以减轻袋式除尘器的负担。

4.2气流均布板

气流分布的均匀与否,也是除尘器设计的重要考虑因素之一。袋式除尘器导流板一般设置在进气喇叭口处,而在半干法烟气脱硫后的袋式除尘器中,在进气喇叭口处仅用了一块导流板,而气流分布板设置在靠近袋式除尘器的滤袋区前部。在此部位气流速度已减小,不但其阻力减少,而且能达到更好的气流分布效果。气流分布板的开孔率,在做计算机模拟计算后,加以确定。正式生产分布板时,还要根据实际经验,对开孔率和位置进行适当调整。

4.3清灰系统的设计

为保证清灰气源的供应,避免因清灰气体供应不足造成滤袋粉尘清理不下来,设计清灰系统时加大了分气包的容积。脉冲阀采用澳大利亚高原公司生产的CA76MM3淹没式脉冲阀。其主要技术参数如下:喷吹压力为0.5MPa,袋底清灰压力〉2000Pa。

喷吹管采用均流设计,使喷吹管上每1个喷嘴喷入滤袋的气量和压力近于均等。喷吹管的中心高度,经精确计算,使整个喷吹气体全部进入滤袋内。安装时,注意喷嘴中心对准滤袋的中心。

4.4滤袋的选用

半干法脱硫后烟气水分大,温度波动大,粉尘的粘附力提高。因此,在选择PPS滤材时,要求滤料生产单位做PTFE浸润处理,既提高料滤袋的防水耐温性能,又加强了清灰性能。

4.5灰斗设计

半干法脱硫后烟气的含尘浓度很高,除尘器处理出口的粉尘量大。因此,设计时袋式除尘器的灰斗比一般除尘器的灰斗大。以增加灰斗的体积。灰斗的底部为适应大循环灰量的要求,采用输送量大、耗能低的气力输送斜槽作为回料系统。为保证袋式除尘器清下的脱硫灰不起棚、集料,在灰斗上还设计了电加热器,并配置了空气炮清堵装置。

袋式除尘器在技术上采取以上措施后,便保证了半干法脱硫岛连续、正常运行。袋式除尘器的出口排放浓度为25mg/m3,除尘效率达到99.99%。