利用袋式除塵器煙氣脫硫的試驗(yàn)研究

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簡介： 采用袋式除塵器進(jìn)行煙氣脫硫試驗(yàn)。闡述了利用袋式除塵器進(jìn)行煙氣脫硫的反應(yīng)機(jī)理和脫硫過程，并通過對鍋爐煙氣脫硫效率的試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，討論了影響脫硫效率的因素。
關(guān)鍵字：袋式除塵器 SO2 脫硫效率 煙氣脫硫

　　我國SO₂污染主要是由燃煤造成的。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，能源的需求量將會增加，而以煤炭為主的能源結(jié)構(gòu)在相當(dāng)長時間內(nèi)不會改變，由燃煤排放的SO₂量將會增加。因此，控制SO₂的排放量已迫在眉睫^[1]。

　　目前煙氣脫硫技術(shù)（FGD）主要分為濕法、干法、半干法。其中濕法脫硫效率高，技術(shù)成熟，但一次性投資高，系統(tǒng)復(fù)雜，適用于大型電廠；干法煙氣脫硫投資少，但脫硫效率低，穩(wěn)定性不高，設(shè)備壽命短，維護(hù)困難；半干法脫硫效率、投資和運(yùn)行費(fèi)用都易于接受，且工藝穩(wěn)定，是一種值得深入研究、不斷改進(jìn)并大力推廣的脫硫技術(shù)。噴霧干燥法是20世紀(jì)80年代迅速發(fā)展起來的一種半干法脫硫工藝，是目前市場份額僅次于濕鈣法的煙氣脫硫技術(shù)，具有設(shè)備和操作簡單，可以使用炭鋼作為結(jié)構(gòu)材料，不產(chǎn)生由微量金屬元素污染的廢水等優(yōu)點(diǎn)。自從20世紀(jì)初國外進(jìn)行噴霧干燥袋式除塵器脫硫裝置中期試驗(yàn)獲得成功之后，利用袋式除塵器進(jìn)行煙氣脫硫進(jìn)一步引起了人們的重視。

　　研究表明，袋式除塵器在去除固體顆粒物的同時，還可以除去煙氣中的一部分SO₂，起到輔助脫硫的作用，袋式除塵器中去除的SO₂可占到SO₂總?cè)コ实?0%左右。相關(guān)研究工作國內(nèi)外正在進(jìn)行小型試驗(yàn)。準(zhǔn)確測定袋式除塵器的脫硫效率及分析影響脫硫效率的因素可為利用袋式除塵器進(jìn)行煙氣脫硫的工業(yè)推廣應(yīng)用提供重要參考數(shù)據(jù)。

　　1  脫硫反應(yīng)機(jī)理及試驗(yàn)裝置

　　1.1 脫硫反應(yīng)機(jī)理

　　半干法煙氣脫硫的機(jī)理涉及傳熱、傳質(zhì)及化學(xué)反應(yīng)過程，主要包括：（1）反應(yīng)物SO₂從主流氣體向顆粒表面的外部氣相傳質(zhì)；（2）顆粒表面對SO₂的吸收溶解，形成HSO₃^-和SO₃^2-離子；（3）Ca（OH）₂顆粒在液相中溶解；（4）鈣與硫的液相反應(yīng)，亞硫酸鹽的析出；（5）液滴中水分的蒸發(fā)^[2]。對于石灰噴霧干燥，SO₂吸收的總反應(yīng)為：

　　Ca(OH)₂(s)+SO₂(g)+H₂O(l)=CaSO₃•2H₂O(s)

　　CaSO₃•2H₂O(s)+0.5O₂(g)=CaSO₄•2H₂O(s)

　　袋式除塵器被廣泛用于捕集干化固體，其原因在于收集在濾袋表面的固體顆粒中未反應(yīng)的堿類物質(zhì)能夠與煙氣中的SO₂繼續(xù)反應(yīng)^[3]。袋式除塵器的脫硫過程是:SO₂被霧化的Ca(OH)₂漿液或Na₂CO₃溶液吸收。同時，溫度較高的煙氣使液滴被干燥，形成了固體顆粒，其主要成分除了由煤燃燒產(chǎn)生的飛灰外，還含有硫酸鈣、亞硫酸鈣及過剩的氧化鈣。其典型組成為：飛灰64%～79%，CaSO₃•2H₂O 14%～24%，CaSO₄•2H₂O 2.1%～4%，Ca(OH)₂  1.2%～5%。

　　1.2 試驗(yàn)方法與條件

　　測定袋式除塵器的脫硫效率采用西安熱工研究所研制的R-DXL-1型SO₂分析儀。煙氣采樣采用帶過濾裝置及電加熱的采樣管，以克服飛灰和煙氣冷凝水對測試的影響。為了提高測試精度，必須做到進(jìn)出口同步測試。

　　測得除塵器進(jìn)出口煙氣中SO₂濃度值后，按下式計(jì)算袋式除塵器脫硫效率：

　　＝×100%＝×100%

　　式中：為除塵器脫硫效率，％；為除塵器進(jìn)、出口煙氣中SO₂的質(zhì)量流量，g/s；為除塵器進(jìn)、出口煙氣中SO₂的質(zhì)量濃度，g/m_N³；,為除塵器進(jìn)、出口煙氣流量，m_N³/s；為除塵器進(jìn)、出口煙氣含濕量，％。

　　因?yàn)榇匠龎m器是干式除塵器，煙氣含濕量不可能增加，而排煙溫度一般高于410 K，煙氣不會在除塵器內(nèi)部結(jié)露，故可認(rèn)為，于是上式可進(jìn)一步簡化為：

　　＝×100%＝×100%

　　式中為除塵器漏風(fēng)率，％。

　　利用上述方法對某廠逆氣流清灰袋式除塵器進(jìn)行脫硫效率試驗(yàn)。表1（采樣時間為15 min）為對某廠逆氣流清灰袋式除塵器脫硫效率試驗(yàn)的結(jié)果。試驗(yàn)期間，鍋爐燃煤平均低位發(fā)熱量為13333 kJ/kg，平均含硫量為0.79%，煙氣平均含濕量18.31%，袋式除塵器進(jìn)口處煙氣溫度433 K，出口處煙氣溫度418 K，飛灰組成為：CaO 40.0%、SiO₂ 22.5%、Fe₂O₃ 10.5%、Al₂O₃ 12.5%、MgO 4.0%、SO₃ 3.0%。

　　2  試驗(yàn)結(jié)果分析

　　2.1 飛灰成分對脫硫效率的影響

　　由于飛灰中CaO含量高達(dá)40%，當(dāng)煙氣以約0.5 m/min的過濾速度通過濾袋上粉塵層時，可以脫除煙氣中的一部分SO₂，脫硫效率為8%～10%。對于CaO含量少的飛灰，袋式除塵器脫硫效率較低，而且很難測定。但是若和旋轉(zhuǎn)噴霧干燥脫硫裝置相連接，由于飛灰中堿性氧化物增多，脫硫效率還會有所提高。

　　2.2 粉塵層厚度對脫硫效率的影響

　　脫硫效率與濾袋上積存的粉塵層厚度有關(guān)。粉塵顆粒由于截留、慣性碰撞、靜電、擴(kuò)散作用，在濾袋表面形成粉塵初層，具有良好的阻力特性。比較1號與2號試驗(yàn)，過濾速度基本一樣，但2號試驗(yàn)鍋爐負(fù)荷增加，耗煤量相應(yīng)增多，濾袋上積存的粉塵層也較厚，除塵器的過濾阻力由730 Pa增加到850 Pa。測定結(jié)果脫硫效率1號試驗(yàn)為8.58%，而2號試驗(yàn)上升至9.21%。因此，在過濾速度相同的情況下，增加濾料上積存的粉塵層厚度，可以提高袋式除塵器的脫硫效率。

　　2.3 過濾速度對脫硫效率的影響

　　從表1試驗(yàn)數(shù)據(jù)中可以看出，脫硫效率與袋式除塵器的過濾速度有關(guān)。比較3號與5號試驗(yàn)，同樣在120 t/h負(fù)荷下，3號試驗(yàn)10個袋室運(yùn)行，過濾速度為0.45 m/min，脫硫效率為9.87%；5號試驗(yàn)關(guān)閉了2個袋室，僅8個袋室運(yùn)行，過濾速度為0.55 m/min，脫硫效率為8.34%。因此，為了保證一定的脫硫效率，應(yīng)保持袋式除塵器在較低的過濾速度下運(yùn)行。

　　3  結(jié)  論

　　本研究利用袋式除塵器進(jìn)行煙氣脫硫試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明，袋式除塵器在去除粉塵的同時，收集在濾袋表面的固體顆粒中未反應(yīng)的堿類物質(zhì)能夠與煙氣中的SO₂繼續(xù)反應(yīng)，可以脫除煙氣中的一部分SO₂，脫硫效率一般為8%～10%，其脫硫效率與過濾速度、過濾阻力、過濾材料種類、飛灰組成和煙氣濕度等因素有關(guān)，應(yīng)進(jìn)一步試驗(yàn)以確定其運(yùn)行性能，使其最佳化。

　　參考文獻(xiàn)

　　1  郭立新，劉天元.對在我國實(shí)施清潔生產(chǎn)必要性的幾點(diǎn)認(rèn)識.長春理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2004，17(1)：8～110

　　2  郝吉明.大氣污染控制工程.第2版.北京:高等教育出版社，2002.329～334

　　3  蒲恩奇.大氣污染治理工程.北京:高等教育出版社，1999.222～223

　　（收到修改稿日期：2005-07-20）

　　[1]第一作者：郭立新，男，1969年生，碩士研究生，講師，從事環(huán)境工程和環(huán)境科學(xué)方面的教學(xué)與科研工作。

　　* 長春理工大學(xué)科研發(fā)展基金資助項(xiàng)目。