中小型燃煤锅炉钠碱法脱硫运行分析

2023-03-08

一、前言

我国的煤炭产量占世界煤炭总产量的42%, 在未来的20年内煤炭的产量仍将增加。我国SO2的排放量多年来一直位居世界第一, 排放的SO2中90%来自于燃煤, 而燃煤产生的污染物多大几十种, 其中危害最严重且在我国排放受控制的为SO2、烟尘、NOx。

二、我国环境现状分析

目前, 我国大气污染形势非常严峻, 以可吸入颗粒物 (PM10) 、细颗粒物 (PM2.5) 为特征污染物的区域性大气环境问题日益突出, 损害人民群众身体健康, 影响社会和谐稳定。随着我国工业化、城镇化的深入推进, 能源资源消耗持续增加, 大气污染防治压力继续加大。为切实改善空气质量, 2013年9月10日, 国务院印发的《大气污染防治行动计划》 (国发[2013]37号) 中制定的具体指标规定:到2017年, 全国地级及以上城市可吸入颗粒物浓度比2012年下降10%以上, 空气质量优良天数逐年提高;京津冀、长三角、珠三角等区域细颗粒物浓度分别下降25%、20%、15%左右, 其中北京市细颗粒物年均浓度控制在60微克/立方米左右。由此可见, 作为燃煤供热企业在未来的运行过程中脱硫除尘的任务非常艰巨。

三、目前中小型燃煤锅炉最理想的脱硫除尘组合方式

自1979年《中华人民共和国环境保护法 (试行) 》颁布以来, 我国燃煤锅炉脱硫除尘之路探索了三十多年, 在这些年的探索过程中形成类多种类型的脱硫除尘设备及相应的脱硫除尘方法, 设备及方法的完善所带来的处理效率的提高是有目共睹的, 不同的方法决定了所选择的设备, 目前来说, 我国中小型燃煤锅炉烟气的除尘方法有干法除尘和湿法除尘两种类型, 而对于电除尘和布袋除尘在大型工业燃煤锅炉和发电厂燃煤锅炉烟气处理中常用;烟气脱硫方法也分为干法脱硫和湿法脱硫两类。

干法除尘主要以旋风除尘器和多管除尘器为主, 实际上多管除尘器也是旋风除尘器的一种, 它是在旋风除尘器的基础上进行完善, 有多个旋风子并联组成一体并且共用进气室和排气室以及灰斗而形成多管除尘器。多管除尘器的特点是多个旋风子并联使用, 在处理相同风量的情况下除尘效率较高, 能达到80%以上;比单个旋风除尘器并联使用的除尘装置压力损失小 (即阻力小) ;体积小节约占地面积;在实际运行过程中与密闭集灰箱配用, 可以实现密闭除灰, 但要注意在清灰时要先关闭引风机, 然后开启排灰口, 避免集灰斗内的积灰在引风机的动力作用下被烟气重新带走而降低除尘效率。相比湿法除尘来说, 多管除尘器在实际运行过程中不用考虑冬季防冻、酸性气体与水接触形成酸液对设备形成腐蚀、黏性粉尘堵塞设备等问题, 也不省去了湿法除尘的水处理工艺。

从脱硫效率上来比较, 湿法脱硫效率要高于干法脱硫。而目前的湿法脱硫工艺中石灰石 (石灰) 法、双碱法、镁法等工艺较复杂, 适合大型燃煤锅炉的脱硫;氨法脱硫脱硫剂来源受限, 而且技术要求高, 氨挥发也会造成空气污染;而钠碱法脱硫优点明确, Na OH的水溶性好, 可以配成任意浓度的脱硫吸收液, SO2吸收速度快、效率高, 工艺和技术简单, 脱硫剂好存放, 虽然Na OH价格比石灰高, 又不能循环利用, 但是它不存在副产品回收工艺的成本, 对目前中小型燃煤锅炉烟气脱硫来说是最理想的方法了。

四、多管除尘+钠碱法脱硫的工艺原理

早在十年前燃煤锅炉烟气脱硫除一体化技术和设备非常受欢迎, 但是随着污染物排放标准的不断提高, 要求对燃煤锅炉烟气除尘和脱硫要进行两级治理的方式, 以提高烟气的脱硫除尘效率, 降低排放浓度。而本文以“多管除尘+钠碱法脱硫”两级治理的工艺进行分析, 以供各位同行进行参考。

“多管除尘+钠碱法脱硫”两级治理的工艺即:置于引风机前的除尘设备 (为多管旋风式除尘器) , 经其处理后的烟气含尘浓度明显降低, 再经过脱硫塔进行湿式脱硫和二次除尘, 最终达到脱硫和除尘的目的。脱硫系统工作时必须通过水 (Na OH水溶液) 的循环, 将脱硫剂 (Na OH) 带到脱硫塔内, 与烟气中的SO2进行化学反应, 并将反应后的生成物 (盐) 带出至脱硫循环水池内, 此时水中的Na OH浓度明显降低, 循环水的PH值迅速降低, 须在循环水池内补充反应消耗掉的Na OH, 再通过循环泵将水 (Na OH水溶液) 打入脱硫塔, 周而复始地重复这个过程, 实现运行中的连续脱硫。因此, 系统中除安装有除尘器和脱硫塔外, 还有脱硫循环水池 (沉淀池) 、循环泵、给水管道、排水沟等形成的水循环系统, 以及补充Na OH的加碱器等设施 (详见《脱硫除尘流程图》) 。

目前脱硫采用钠碱法, 其脱硫机理为:烟气中的二氧化硫 (SO2) 与碱溶液 (脱硫剂) 中的氢氧化钠 (Na OH) 进行化学反应, 生成钠盐, 从而达到降低烟气中二氧化硫浓度的目的。其化学反应方程式主要有:

五、多管除尘+钠碱法脱硫工艺在日常运行过程中存在的问题及解决措施

1. 脱硫塔也会出现结晶、堵塞, 当其堵塞时, 排烟系统阻力增大, 锅炉炉膛出现微正压, 引风机出口压力升高、电流下降。

u结晶原因:循环水中加入Na OH太多或排盐不及时都会使循环水中盐的浓度过饱和, 引起在脱硫塔管路内部阻力稍大的部位以及塔内旋流板叶片上、填料表面出现结晶、结垢现象, 而使叶片间距和变小及部分堵塞和填料球出现干式结垢现象, 使系统阻力增大, 影响运行。

u解决方法: (1) 根据锅炉燃煤含硫量、燃煤量来控制投碱量的加入量, 实现循环水的PH值稳定控制在8左右。PH值偏高, 不仅会造成脱硫剂的浪费, 而且循环水系统容易出现结垢、结晶现象。PH值偏低, 不仅烟气难以保证达标排放, 而且循环水中的亚硫酸、硫酸等酸性物质会腐蚀循环水管路、塔内核心部件以及烟气管道, 造成设备腐蚀, 缩短设备的使用寿命。 (2) 要在每天运行过程中对脱硫池进行排盐换水, 目的是稀释脱硫循环水中盐的浓度, 避免过饱和结晶现象。 (3) 在排完盐后可以利用冲洗脱硫塔的方式进行补充循环水量, 同时冲掉填料层上积灰, 免得停水后积存在填料球上的循环水烘干成硬垢, 无法冲掉。

2. 脱硫循环水中含灰太多, 会堵塞管路和脱硫塔内的喷淋头。

u解决方法:对脱硫循环水池进行定期的清灰, 清灰可用抓斗的方式将一级沉淀池内沉淀在脱硫池底部的细灰抓出, 清灰工作最好是在排盐工作之前且两者连续进行, 这样可以将未抓出的细灰浆以排盐的方式排出。

3. 投碱量要均匀稳定, 若投碱量忽高忽低会容易造成结晶现象出现, 可以选用自动加碱设备以控制脱硫水的PH值。

4. 制定行之有效的烟气脱硫除尘设施运行的操作规程和管理制度;认真做好脱硫除尘相关运行记录。

5. 钠碱法属于湿法脱硫, 严禁无水 (干式) 运行。

6. 以排盐方式排出的废液须经环保部门批准达标排放, 严禁私自排入农田造成土壤污染。

结论

对于中小型燃煤锅炉烟气的除尘脱硫工艺的选择, 首先要选择脱硫效果好的工艺和设备, 只有在满足达标排放的前提下, 再考虑投资运行费用的问题。“多管除尘+钠碱法脱硫”两级治理的工艺正是符合以上原则的, 该工艺装置简单、占地少, 一次性投资少, 运行时的工艺流程简单易操作, 目前国内的技术基本成熟, 运行可靠、维护方便;虽说脱硫剂成本没有石灰或者氧化镁那么低廉, 但是我们在选择工艺设备时考虑资金成本的同时也要考虑环境效益。

摘要：对于中小型燃煤供热企业来说, 如何提高燃煤锅炉的脱硫除尘效率, 减少污染物排放, 是一直以来在供热运行过程中重点关注的问题, 本文通过对中小型燃煤锅炉多管除尘+钠碱法脱硫两级处理的系统进行解析, 为燃煤锅炉烟气除尘脱硫的实际运行中常见问题提出了相关的解决方法。

关键词：燃煤锅炉,除尘,湿法脱硫