高效除塵脫硫脫硝一體機處理工藝在環保領域的研究和應用

彭建喜，李大力，盛鵬飛，鄭曉江

( 1.山西大同大學；2.山西騰泰環?？萍加邢薰?；3.中煤大同能源有限責任公司，山西 大同 037001)

1 燃煤鍋爐除塵設備的選擇和應用

目前在燃煤鍋爐領域除塵技術主要有干式除塵、濕式除塵。山西騰泰環?？萍加邢薰就ㄟ^自主創新開發出機械式動力除塵設備，該設備是在濕式除塵工藝上的升級和優化。干式除塵常用的有布袋除塵、靜電除塵，濕式除塵技術常用的有噴淋除塵、微霧抑塵，機械式動力除塵是指高效多功能除塵器。

1.1 布袋除塵原理

含塵氣體在引風機的抽吸下由吸塵罩吸收，通過管道進入布袋除塵器，布袋除塵器是一個鐵皮箱子，里面裝滿了布袋，布袋大多是圓筒形狀，里面有除塵骨架支撐，防止吸癟，含塵空氣進到布袋的里面，灰塵被布袋阻擋下來，干凈的氣體由布袋口進入凈氣室，再通過風機由煙囪排放到大氣中。

布袋除塵器的優點是價格低，除塵效率高。缺點是：過濾速度較低，不適應濕粘及高溫粉塵，濾布使用壽命短，需頻繁更換，配套所需設備比較多、運行費用高，布袋卸灰時操作頻繁，會容易造成二次揚塵。

應用現狀：布袋除塵器雖應用廣泛，但由于維護運行成本較高，卸灰時容易造成二次揚塵，實際使用效果不理想。

1.2 靜電除塵原理

利用高壓直流不均勻電場使煙氣中的氣體分子電離，產生大量電子和離子，在電場力的作用下向兩極移動，在移動過程中碰到氣流中的粉塵顆粒使其荷電，荷電粉塵在電場力作用下與氣流分離向極性相反的極板或極線運動，荷電粉塵到達極板或極線時由靜電力吸附在極板或極線上，通過振打裝置使粉塵落入灰斗從而使煙氣凈化。

靜電除塵的優點：凈化效率高，阻力損失小，處理量大，允許操作溫度高，最高可達350～400 ℃，自動化程度高。

靜電除塵的缺點：設備比較復雜，維護管理要求高，受含塵氣體的溫度、濕度影響較大，卸灰時易產生二次揚塵。應用現狀：冶金化工應用較多，其它領域應用較少。

1.3 微霧抑塵原理

微霧抑塵的理念是在產塵點建立密閉的集塵罩，通過安裝在恰當位置的超聲共振頭把產生的超細水霧噴在集塵罩內，彌漫在集塵罩內的水霧有效抑制了產塵點粉塵的揚起，也就是說塵在產生的瞬間就被消滅了，比把塵吸收后再處理單位功耗要低，效果要好。

微霧抑塵的優點：除塵效率高。

微霧抑塵的缺點：工藝復雜，相關易損配件多；維護量特別大，運行成本高；對水質有極高的要求。

1.4 高效多功能除塵器運行原理

山西騰泰環?？萍加邢薰驹诔浞纸梃b國內外現有除塵設備的優點基礎上，進行了持續大膽創新，并多次組織技術團隊現場反復嘗試結構調整，運用流體力學、空氣動力學、氣液傳質等理論，結合工作現場條件及工況，開發一種體積小、處理能力大、凈化效率高、運行穩定的除塵設備，綜合指標已達到國內先進水平的高效多功能除塵器。其工作原理及實物見圖1。

圖1 高效多功能除塵器原理圖及實物

工作原理：高效多功能除塵器由氣液混合器和氣液分離器兩部分組成。

氣液混合器由引風機、洗液分布器組成。引風機將含塵氣體吸入氣液混合器，引風機葉輪裝有 10～48片葉片，高速運轉的葉輪賦予含塵氣體很高的動壓能，洗液由提升泵打入洗液分布器，在高速運轉的葉輪作用下，迅速霧化成微小液滴。并獲得很高的動能。含塵氣體與微小液滴混合，在離心力作用下沿切線方向進入汽液分離器，氣液分離器的工作原理類似旋風分離器，微小液滴與氣體中塵粒碰撞并在離心力和重力作用下，沿壁螺旋向下運行到底部，經管道流入沉淀池。脫塵后的氣體離心力小，由氣液分離器的中心部位由下向上進入煙道排空。

沉淀池污泥定期清掏排出，沉淀池溢流清液作為洗滌液循環使用。高效多功能除塵器與傳統除塵設備相比較，突出優點是能耗低、投資小、占地小、運行成本低、適應能力強，可配備變頻器使用，節能可達65%以上。

(1)高效多功能除塵器的優點：

節能降耗：采用智能節電技術可滿足上限設計，下限使用；與傳統除塵相比較，可以降耗65%。

流程簡單：采用三級脫硫除塵技術，使總處理能力更高。

排放達標：除塵效率 99.5%以上，脫硫效率 95%～99%。

使用條件：適用于燃煤、重油及天然氣使用的相關配套鍋爐。

凈化時效：不會隨著使用時間的推移而影響凈化效果。

結構新穎：體積小，能耗低，耐腐蝕，耐高溫，震動噪聲小，壽命長，投資少。

安裝簡便：新老舊鍋爐可以全套安裝，老舊鍋爐也可以在保留原有凈化設備的基礎上實施部分整改，并可以在不停爐的情況下對鍋爐進行達標改造。

便于維護：定期補水清除沉淀物即可。

(2)高效多功能除塵器的缺點：洗滌液濃度不能太高，且系統內不能缺水，尤其在處理鍋爐廢氣上，因為廢氣出口含有一定的溫度，洗滌液正常運行會對廢氣起到冷卻的作用，一旦洗滌液濃度高、系統缺水，洗滌液固化結石，容易造成脫水系統堵塞或損壞設備。

1.5 除塵技術的對比選擇

在同等處理風量12 000 m3/h的技術指標條件下，高效多功能除塵器和其他常用除塵技術對比見表1。

表1 高效多功能除塵器和其他常用除塵技術對比

從表1看出，在燃煤鍋爐除塵設備中使用高效多功能除塵器是比較理想的除塵設備。

1.6 高效多功能除塵器的多功能體現

若煙氣中含有SO2，則在高效多功能除塵器的循環洗滌液中添加濃度為10%的雙堿脫硫劑(NaOH、CaO)，既可以實現除塵，又可以實現脫硫，一機雙效。根據燃料中硫含量或煙氣中的SO2含量對應配制雙堿濃度，經過處理后SO2在20 mg/m3以下，顆粒物在10 mg/m3以下，脫硫除塵效果非常好。

2 創新高效除塵脫硫脫硝一體機處理工藝

山西騰泰環?？萍加邢薰踞槍﹀仩t廢氣中的煙塵通常含有硝、硫等有害物質，在高效多功能除塵器基礎上創造性研發出高效除塵脫硫脫硝一體機處理工藝(圖2)。

圖2 高效除塵脫硫脫硝一體機處理工藝

具體工藝是鍋爐廢氣(溫度850 ℃以上)首先進入旋風除塵器進行預處理，方便密度高、濃度高的粉塵回收，以降低對后續引風機和殼體磨損。比如有濃度高、溫度高的粉塵需要配套沖洗水通過管道或混凝土水渠可以直接排入至沉淀池，沉淀池的溢流液進入石英砂、鵝卵石過濾罐，過濾后的清水可以實現閉水循環使用。沉淀池的底流及過濾罐的反洗水全部進入污泥池，并通過污泥脫水工藝進行回收，既可以方便脫硫，同時降溫后污泥也可以方便收集和儲存，避免了二次污染，旋風除塵機器的除塵效率在65%以上。除去較大固體顆粒的煙氣在脫硝除塵(溫度350～500 ℃)系統引風機的作用下吸入脫硝反應器，脫硝反應器內部結構設計原理是兩組反方向攪拌式超聲霧化，超聲霧化都采用定壓罐，通過在脫硝反應器內部使用脫硝劑(10%濃度尿素或稀氨水)可以實現脫硝，煙氣中的NOx與高度霧化的脫硝劑充分接觸發生氧化還原反應生成N2而脫除。

脫硝后的塵水進入沉淀池，并按照過濾、污泥脫水進行處理。

脫硝除塵后的煙氣在脫硫除塵系統引風機的作用下吸入脫硫除塵系統，脫硫流程同前段的脫硫除塵系統，在此系統煙氣中的固體顆粒得到進一步脫除，顆粒物可降至5 mg/m3以下，NOx脫至50 mg/m3以下，SO2脫至20 mg/m3以下，達到超低排放。煙氣中的SO2與脫硫劑(濃度為10% NaOH)發生反應生成Na2SO3進入沉淀池，在沉淀池中添加另一種脫硫劑(濃度為10% CaO)，CaO與Na2SO3反應生成CaSO3沉淀(無害)而進入污泥池中排出。

考慮到廢氣及澄清水存在偏酸或偏堿性，在高效多功能除塵器、污泥脫水設備、旋風除塵器材質選用上，都采用耐酸耐堿的材料，部分設備及管道進行保溫。高效除塵脫硫脫硝一體機處理工藝推廣應用可以真正實現脫硫、除塵、脫硝、脫泥、脫水、節能高效、代替原引風機、脫硫塔、脫硝塔功能。

3 高效除塵脫硫脫硝一體機處理工藝使用現狀

高效除塵脫硫脫硝一體機處理工藝已經陸續在大同、臨汾、長治等地區的礦山、煤化工、生物質鍋爐領域使用，同時高效除塵脫硫脫硝處理工藝在實際使用上也得到中煤集團、晉能控股集團及長治和臨汾熱力公司相關專家的高度重視，多次到現場參觀指導工作，也是進一步對高效除塵脫硫脫硝一體機處理工藝應用的審核。綜合除塵效率大于99.5%，脫硫、脫硝、除塵檢測報告符合國家衛生及職業健康標準，且節能高效，處理后的粉塵全部進入污水處理系統，杜絕形成二次污染。

4 結 語

高效除塵脫硫脫硝一體機處理工藝具備脫硫、除塵、脫硝、脫泥、節能高效、代替原引風機、脫硫塔功能，真正實現小設備治理大污染?？蓱迷诘V山、醫藥、化工、活性炭、建筑等環保領域。

(1)可以有效降低企業水、電、材料、設備等安全投入，為企業節約成本。

(2)進一步降低因煙塵、NOx、SO2環保超標帶來的停產整頓風險，提高企業有效作業時間，增加企業經濟收益。

(3)給當地營造天藍、地綠、水清的優美環境，同時也踐行了國家“綠水青山就是金山銀山”的環保發展理念，更為國家實現“雙碳”目標做出積極貢獻。