水膜旋紊除塵新技術
對已配有麻石水膜的鍋爐,在保留原水膜的基礎上,只在主塔內部進行改造,即原水膜外型結構不變,就連作業場地的平面布局也基本維持現狀,不存在另行占地問題。
在主塔內增設了旋流器,紊流器,擋水器以及噴霧設施。其中旋流器、紊流器、噴霧設施,材質均為316不銹鋼,以下以北京郵電大學工程為例,介紹本工藝設備的運行參數及運行效果。
1 工藝流程
鍋爐,首先經原文丘里管,在管內和霧化狀的液混合并接觸,中的SO2被初步吸收,煙塵被浸濕,并相互碰撞形成顆粒狀,隨液流流向主塔下部,和霧狀液由切向進入主塔下部,并沿著塔壁旋轉向上,煙氣中的塵粒在離心力作用下甩向塔壁,隨液流沿塔壁流向主塔下部,并同時發生脫硫反應,煙氣中的SO2,煙塵得到初步凈化。初步凈化后的煙氣上升到由旋流器構成的旋流層,煙氣被二次凈化。二次凈化后的煙氣繼續上升到由紊流器構成的紊流層,煙氣被再次凈化。經多次凈化后的煙氣,經主塔上部的擋水器,副塔及外置脫水器脫水后,由引風機經煙囪達標排放。脫硫除塵后的(PH 5—6),由主塔下部排水口排出,與鍋爐沖渣水一起依次排入沉渣池,,清水池(即PH調節池),清水池的水用脫硫液調至PH 8—9,循環使用不外排,沉渣池中的渣,外運制磚,整個工藝過程不產生二次污染。
本工藝設有脫硫劑乳化液制備系統。北京郵電大學煙氣脫硫劑為輕燒氧化鎂,采用鍋爐沖渣水配制氧化鎂乳化液,這是以廢治廢措施,節約水資源。也可以采用生化外排為脫硫液,這也是以廢治廢措施,不僅節約水資源而且節省脫硫劑費用,北京燕京碑酒股份有限就是如此,不僅脫硫除塵效率高,而且運行費用非常低。
本系統安裝了SLEP—2000工程在線監測儀,主要監測項目有:SO2,煙塵,煙氣量,煙氣溫度,煙氣流速及氧氣含量等參數。
為了防止系統堵塞,擋水器及外置脫水器均設有反沖洗裝置。
本工藝操作簡單,通過液氣比、脫硫劑量等關鍵參數的控制,可以有效地控制外排煙氣中SO2, 煙塵的排放濃度。對于含硫量低于0.5%的燃煤,脫硫劑氧化鎂的加入量為理論計算量的1/2時,外排SO2濃度可控制在小于30mg每m3,當液氣比為0.8時,外排煙塵濃度可控制在小于30mg每m3。
2 研究的指導思想及效果分析
水膜除塵器,在我國歷史上是作出了環保貢獻的,它的優點是,投資省,運行費用低,除塵效率比較高,設備耐磨,抗腐,使用壽命長,操作簡單,維修方便。它的不足之處,就是脫硫率很低,針對新的煙氣排放標準,除塵效率還需要進一步提高。
本研究的指導思想,就是充分利用水膜除塵器的優點,采取措施克服它的不足之處。首先在文丘里管內布設了噴霧設施,脫硫液以霧化狀與煙氣接觸,不僅大大增加了接觸面積,而且增加了碰撞動力,有利于提高脫硫效率和除塵效率。第二個措施,也是最主要的措施,就是在主塔內,設置了旋流器,煙氣和脫硫液,在旋流器上通過高速旋轉碰撞,不僅增加了脫硫反應的反應動力,而且進一步增加了碰撞動力,當煙氣通過旋流器后,已獲得較高的脫硫除塵效率,經實測,SO2,煙塵均都達到北京市地方標準中的第II時段標準。可見,增設的旋流器,對提高脫硫除塵效率,起到了決定性作用。第三個措施,就是增設了紊流器,煙氣和脫硫液,在紊流器的上方,形成了激烈的水、氣、固三相紊流反應層,在紊流反應層中,脫硫反應更加充分,更加完善,在紊流反應層中,即使粒徑很小的煙塵也都能除去。今年3月份,北京郵電大學2臺20t每h燃煤鍋爐,在滿負荷甚至超負荷的狀態下,經權威監測單位監測,SO2濃度很低,甚至檢測不出;煙塵濃度也很低,有時測塵的濾紙都是白色的。可見,紊流器在旋流器的基礎上,又進一步提高了脫硫除塵效率。紊流器對旋流器而言,起到了總量控制的效果。
主塔內增設的旋流器,是脫硫除塵的主角,它可以確保煙氣達標排放;而增設的紊流器,不僅確保煙氣達標排放,還確保煙氣在總量控制范圍內達標排放。
北京市是我國兩控區中的SO2污染控制區,兩控區的目標,2000年開始工業污染源實行SO2達標排放和總量控制。主塔內增設的紊流器,它確保總量控制,確保實現兩控區的目標。
3 本工程發生的主要脫硫反應
本工程為濕法脫硫技術,脫硫反應復雜。
脫硫劑為輕燒氧化鎂,采用鍋爐沖渣水配制氧化鎂乳化液,即脫硫液,該脫硫液主要成份就是懸浮態的Mg(OH)2,此外還含有沖渣水中的Ca(OH)2等堿性化合物。
Mg(OH)2是中等強度的堿性化合物,溶解部分按堿的型式離解。它首先與酸性氧化物SO2,在水溶液中發生酸堿中和反應。
Mg(OH)2+ SO2+H2O→Mg SO3+2H2O
反應產物為Mg SO3,MgSO3又繼續與SO2,在水溶液中反應,生成Mg(HSO3)2
MgSO3+ SO2+H2O→Mg(HSO3)2
Mg(HSO3)2是很不穩定的化合物,它和Mg(OH)2反應生成MgSO3。
Mg(HSO3)2 +Mg(OH)2→2Mg SO3+2H2O
Mg SO3也是不穩定的化合物,它在O2存在的條件下,本系統進行催化氧化反應,催化劑為粉煤灰中的鐵、銅化合物,最終反應生成物為穩定的MgSO4
Mg SO3+1/2 O2→MgSO4
MgSO4與沖渣水中的Ca(OH)2反應生成CaSO4沉淀,并同時Mg(OH)2
MgSO4+Ca(OH)2→CaSO4↓+Mg(OH)2
上述這些反應,是本工程發生的主要脫硫反應。
化學反應是向沉淀方向進行的,可見反應(5)生成CaSO4沉淀的化學反應,不僅活化了Mg(OH)2,提高了SO2吸收率,還減少了MgO的用量,降低了循環液中硫酸根的濃度。
4 主要工藝參數
脫硫劑為輕燒氧化鎂;
脫硫液為輕燒氧化鎂——鍋爐沖渣水;
Mg/S:0.6;
液/氣:0.5—1.0 l/m3;
系統阻力:1100—1300Pa
5 北京郵電大學工程總投資及年運行費用
2臺20 t/h采暖鍋爐工程總投資74.05萬元,包括主塔改造,脫水器,引風機等設備費用。
年運行費,按采暖季節,每年2900小時運行時間計算,一臺20t/h鍋爐年增加的運行費用為4.21萬元,其中脫硫劑費用1.09萬元,電費2.44萬元,維修等費用0.68萬元,2臺20t/h鍋爐年增加的運行費用為8.42萬元。由此增加的采暖費為每建筑平方米0.15—0.20元。這是普通百姓可以接受的費用。
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