论文部分内容阅读
[摘 要]此次设计的目标是锅炉烟气进行脱硫除尘，从现有技术水平来看，是完全可以达到要求，满足排放标准的。为使各子系统不互相影响，将两个净化过程分开进行。从成本来讲，较脱硫除尘一体化设备高，但目前国家环保政策趋于严格，SO2排放收费增加势在必行，脱硫除尘一体化设备要达到脱硫除尘“双高”的要求有点勉为其难，而且由于脱硫除尘放在一起进行，设备较易堵塞，运行维护困难。用此次设计方案有一定的技术前瞻性，特别适合于集中供暖项目使用，容易控制成本，而且可以减少分散供热带来的严重的环境污染问题。
[关键词]燃煤锅炉 脱硫 除尘
中图分类号：X701 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）25-0015-01
1.设计目的
本设计着眼于燃煤锅炉烟气排出的SO2与粉尘的总量控制，力求实现技术上的先进，经济上的合理，设计出适合我国国情的脱硫除尘工艺。
2.设计方案
2.1 循环硫化床技术
循环流化床脱硫（CFB-FGD）技术是20世纪80年代后期由德国Lurgi公司首先研究开发的。整个循环流化床脱离系统有石灰制备系统、脱离翻译系统和收陈引风系统三个部分组成。目前循环流化床烟气脱硫系统只在较小规模电厂锅炉上得到应用，尚缺乏大型化的应用业绩。
循环流化床脱硫工艺的吸收剂可以用生石灰现场进行干消化所得到的氢氧化钙细粉，也可以用费碱液或电石渣，从而节省投资费用，减少了能源消耗，使运行费用能够大为降低。
2.2 石灰石/石膏湿法技术
该法是将石灰石粉磨成<250目的细粉，配成料浆作SO2吸收剂。在吸收塔中，烟气与石灰石料浆并流而下，烟气中SO2与石灰石发生化学反应生成亚硫酸钙和硫酸钙；在吸收塔底槽内鼓入大量空气，使亚硫酸钙氧化成硫酸钙；结晶分离即得副产品石膏。硫酸钙料浆也可不结晶分离，用高压泵直接送至厂外的石膏堆场贮存。石灰石/石膏湿法（FGD）工艺是目前技术最成熟、应用最广泛的脱硫技术，约占已安装FGD机组容量的70%。2015年，每年将产生760～950万吨。副产量十分巨大。近年来，我国纸面石膏板产业获得了长足的发展，一条2000万m2/a的生产线，每年能应用25万吨脱硫石膏，相当于吃掉总装机200万KW的若干大型火力发电厂全部实施脱硫后的副产石膏总量。是资源化、产业化应用的方向。
从以上脱硫方法技术上的优缺点比较来看，本设计实际运行温度不高，含硫浓度较低，同时考虑环境、经济、社会等多方面的因素，使用石灰石/石膏湿法更适合本设计。因此，选用石灰石/石膏湿法作为本设计的脱硫的方法。
2.3 除尘方案
除尘器的性能对比主要从技术指标和经济指标两方面来进行。技术指标主要包括处理气体流量、除尘效率、压力损失（或称阻力）、漏风率等，而经济指标主要包括设备费、运行费、维修费、占地面积、占地空间体积、使用寿命等。
由于除尘器进口的粉尘浓度较高和排放量的限制，必须使用除尘效率高的除尘器，除尘效率要达到95%以上。旋风式除尘器和湿式除尘器的处理效率相对较低，所以被排除。从除尘器进口的粉尘浓度来看，锅炉出口处的粉尘浓度较高。由于燃煤费用所占费用比较大，所以即使含灰量大的煤会使锅炉对流受热面有磨损，但为了降低成本，煤粉炉不得不燃用含灰量较大，价格较低的煤。如前所述，这样导致锅炉出口粉尘浓度较高，这不适合用袋式除尘器。若使用袋式除尘器会导致除尘器的清灰频率增加，滤袋磨损加剧，使本来寿命不长的滤袋寿命更短。
从这两种除尘器的投资和运行费用来看，尽管电除尘的一次投资费用大，但袋除尘器的阻力极大，布袋更换导致其运行费用极大，故从总的费用来看电除尘器的设备费用加上3～5年的运行费比大多数袋除尘器的费用要低。且净化烟气量小于17000m3/h时，投资费用比电除尘器少；烟气量大于17000m3/h时，投资费用要比电除尘器大。
从这两种除尘器的使用年限来看，袋除尘由于滤袋寿命的缘故，只能使用1～5年，而电除尘器可以使用5～10年，甚至20年。从这几点可以看出该设计比较适合用电除尘器来处理烟尘，虽然电除尘器也有一些缺点，不过，随着电除尘器技术的逐渐进步，也能逐渐克服。
因此，有除尘效率、投资和技术可得出处理词200t/h燃煤锅炉适合使用电除尘器来处理烟气。
3.设备选型及设计计算
3.1 电场风速的确定
烟气在电除尘器内流速大小的选取，视电除尘器规格大小和被处理的烟气特性而定，一般在0.4～1.5m/s范围内，虽然从得意希效率公式来看，电场风速与收尘效率无关。但对于具有一定尺寸收尘极板面积的电除尘器而言，过高的电场风速不仅使电场长度增加，占地面积加大，而且会引起大的粉尘二次飞扬；反之，在一定的处理烟气量的条件下，过低的电场风速必然需要大的电场断面，这样导致设备庞大，不经济，所以电场风速的选择应适当。对于燃煤电厂，由于粉尘粒径很小，一般在3～11m之间，故不可取过高的电场风速，以免引起二次扬尘，故取v=1.1m/s。
3.2 电除尘器的选型
除尘效率按照袋除尘器、电除尘器、湿式除尘器、机械除尘器由高到地依次降低。从除尘设备发展趋势来看，由于对烟尘排放浓度越来越严格，世界各地趋于发展高效率的除尘器。在工业大气污染控制中，电除尘器和袋式除尘器占了压倒性优势，不少国家的排放标准规定，燃煤烟气排放到大气环境中的浓度不得高于50mg/m3，目前只有电除尘器和袋式除尘器能达到如此高的除尘效率。
在此次设计的锅炉烟气的处理中，要求除尘效率达到99%以上，选用电除尘器即可达到排放要求，而且由于烟气量较大（400000m3/h），能发挥其经济性。如果选用袋式除尘器，则定期需要更换滤袋，且滤袋性能受烟气温度适度影响较大，定期需要更换滤袋，工人劳动强度比较大.为了适应高温和大烟气量净化的需要，袋式除尘器还有不少问题要解决。由于过滤速度过低；一般体积庞大、好钢量大、滤袋材质差、寿命短、压力损失大、运行费用高等，会影响主体设备的正常运行。
3.3 热交换器的设计计算
来自锅炉的烟气经过电除尘器处理后，去除了绝大部分的飞灰及烟气颗粒，这时候烟气的温度仍然比较高，一般在130—180℃之间，过高的温度不仅不利于于SO2的吸收，而且会过早损坏脱硫装置的防腐里衬，缩短设备的使用寿命。因此要在烟气进脱硫塔之前进行降温。由于目前国际上认为烟气再热器可以省去，因此本次仅设计降温的换热器。
换热器有强制水循环换热器、回转式烟气-烟气换热器、钢管式烟气-烟气换热器等。强制水循环换热器以水为传热媒介，换热管用铸铁或钢管制成，它耐腐蚀性能好、耐磨性能好、制造容易。但体积庞大、重量大、价格较贵、连接法兰多、容易出现漏水和堵塞现象，目前较少使用；回转式烟气-烟气换热器不易积灰，烟气腐蚀的机会小，传热元件允许较大的磨损，漏风量较大，结构较复杂，需要电动机及传动机构等一些附属设备，电能消耗较大，维护工作量大。钢管式烟气-烟气换热器由许多薄壁无缝钢管组成，壳体采用钢板卷制而成。根据换热器介质流程的要求，腐蚀性介质走管程，可以降低对外壳材质的要求；毒性介质走管程，泄露的机率小；易结垢的介质走管程，便于清洗和清扫；温度高的走管程，可以改变材质，满足介质要求；流量小的走壳程，可以提高传热系数。因此，高温气体走管程，低温走壳程。此次设计要求换热器将140℃的高温烟气冷却到100℃。
结语
本设计过程中采用的治理技术都是目前先进、实用和成熟的技术，可以借鉴的实际经验较多。但从系统压损来看，换热器压损高于电除尘器和喷淋塔，目前国外已出现压损较小的新型蒸发—冷凝换热器，如果有条件采用且可以国产化的情况下，建议换用该种换热器，以降低初期投资和运行费用。
[关键词]燃煤锅炉 脱硫 除尘
中图分类号：X701 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）25-0015-01
1.设计目的
本设计着眼于燃煤锅炉烟气排出的SO2与粉尘的总量控制，力求实现技术上的先进，经济上的合理，设计出适合我国国情的脱硫除尘工艺。
2.设计方案
2.1 循环硫化床技术
循环流化床脱硫（CFB-FGD）技术是20世纪80年代后期由德国Lurgi公司首先研究开发的。整个循环流化床脱离系统有石灰制备系统、脱离翻译系统和收陈引风系统三个部分组成。目前循环流化床烟气脱硫系统只在较小规模电厂锅炉上得到应用，尚缺乏大型化的应用业绩。
循环流化床脱硫工艺的吸收剂可以用生石灰现场进行干消化所得到的氢氧化钙细粉，也可以用费碱液或电石渣，从而节省投资费用，减少了能源消耗，使运行费用能够大为降低。
2.2 石灰石/石膏湿法技术
该法是将石灰石粉磨成<250目的细粉，配成料浆作SO2吸收剂。在吸收塔中，烟气与石灰石料浆并流而下，烟气中SO2与石灰石发生化学反应生成亚硫酸钙和硫酸钙；在吸收塔底槽内鼓入大量空气，使亚硫酸钙氧化成硫酸钙；结晶分离即得副产品石膏。硫酸钙料浆也可不结晶分离，用高压泵直接送至厂外的石膏堆场贮存。石灰石/石膏湿法（FGD）工艺是目前技术最成熟、应用最广泛的脱硫技术，约占已安装FGD机组容量的70%。2015年，每年将产生760～950万吨。副产量十分巨大。近年来，我国纸面石膏板产业获得了长足的发展，一条2000万m2/a的生产线，每年能应用25万吨脱硫石膏，相当于吃掉总装机200万KW的若干大型火力发电厂全部实施脱硫后的副产石膏总量。是资源化、产业化应用的方向。
从以上脱硫方法技术上的优缺点比较来看，本设计实际运行温度不高，含硫浓度较低，同时考虑环境、经济、社会等多方面的因素，使用石灰石/石膏湿法更适合本设计。因此，选用石灰石/石膏湿法作为本设计的脱硫的方法。
2.3 除尘方案
除尘器的性能对比主要从技术指标和经济指标两方面来进行。技术指标主要包括处理气体流量、除尘效率、压力损失（或称阻力）、漏风率等，而经济指标主要包括设备费、运行费、维修费、占地面积、占地空间体积、使用寿命等。
由于除尘器进口的粉尘浓度较高和排放量的限制，必须使用除尘效率高的除尘器，除尘效率要达到95%以上。旋风式除尘器和湿式除尘器的处理效率相对较低，所以被排除。从除尘器进口的粉尘浓度来看，锅炉出口处的粉尘浓度较高。由于燃煤费用所占费用比较大，所以即使含灰量大的煤会使锅炉对流受热面有磨损，但为了降低成本，煤粉炉不得不燃用含灰量较大，价格较低的煤。如前所述，这样导致锅炉出口粉尘浓度较高，这不适合用袋式除尘器。若使用袋式除尘器会导致除尘器的清灰频率增加，滤袋磨损加剧，使本来寿命不长的滤袋寿命更短。
从这两种除尘器的投资和运行费用来看，尽管电除尘的一次投资费用大，但袋除尘器的阻力极大，布袋更换导致其运行费用极大，故从总的费用来看电除尘器的设备费用加上3～5年的运行费比大多数袋除尘器的费用要低。且净化烟气量小于17000m3/h时，投资费用比电除尘器少；烟气量大于17000m3/h时，投资费用要比电除尘器大。
从这两种除尘器的使用年限来看，袋除尘由于滤袋寿命的缘故，只能使用1～5年，而电除尘器可以使用5～10年，甚至20年。从这几点可以看出该设计比较适合用电除尘器来处理烟尘，虽然电除尘器也有一些缺点，不过，随着电除尘器技术的逐渐进步，也能逐渐克服。
因此，有除尘效率、投资和技术可得出处理词200t/h燃煤锅炉适合使用电除尘器来处理烟气。
3.设备选型及设计计算
3.1 电场风速的确定
烟气在电除尘器内流速大小的选取，视电除尘器规格大小和被处理的烟气特性而定，一般在0.4～1.5m/s范围内，虽然从得意希效率公式来看，电场风速与收尘效率无关。但对于具有一定尺寸收尘极板面积的电除尘器而言，过高的电场风速不仅使电场长度增加，占地面积加大，而且会引起大的粉尘二次飞扬；反之，在一定的处理烟气量的条件下，过低的电场风速必然需要大的电场断面，这样导致设备庞大，不经济，所以电场风速的选择应适当。对于燃煤电厂，由于粉尘粒径很小，一般在3～11m之间，故不可取过高的电场风速，以免引起二次扬尘，故取v=1.1m/s。
3.2 电除尘器的选型
除尘效率按照袋除尘器、电除尘器、湿式除尘器、机械除尘器由高到地依次降低。从除尘设备发展趋势来看，由于对烟尘排放浓度越来越严格，世界各地趋于发展高效率的除尘器。在工业大气污染控制中，电除尘器和袋式除尘器占了压倒性优势，不少国家的排放标准规定，燃煤烟气排放到大气环境中的浓度不得高于50mg/m3，目前只有电除尘器和袋式除尘器能达到如此高的除尘效率。
在此次设计的锅炉烟气的处理中，要求除尘效率达到99%以上，选用电除尘器即可达到排放要求，而且由于烟气量较大（400000m3/h），能发挥其经济性。如果选用袋式除尘器，则定期需要更换滤袋，且滤袋性能受烟气温度适度影响较大，定期需要更换滤袋，工人劳动强度比较大.为了适应高温和大烟气量净化的需要，袋式除尘器还有不少问题要解决。由于过滤速度过低；一般体积庞大、好钢量大、滤袋材质差、寿命短、压力损失大、运行费用高等，会影响主体设备的正常运行。
3.3 热交换器的设计计算
来自锅炉的烟气经过电除尘器处理后，去除了绝大部分的飞灰及烟气颗粒，这时候烟气的温度仍然比较高，一般在130—180℃之间，过高的温度不仅不利于于SO2的吸收，而且会过早损坏脱硫装置的防腐里衬，缩短设备的使用寿命。因此要在烟气进脱硫塔之前进行降温。由于目前国际上认为烟气再热器可以省去，因此本次仅设计降温的换热器。
换热器有强制水循环换热器、回转式烟气-烟气换热器、钢管式烟气-烟气换热器等。强制水循环换热器以水为传热媒介，换热管用铸铁或钢管制成，它耐腐蚀性能好、耐磨性能好、制造容易。但体积庞大、重量大、价格较贵、连接法兰多、容易出现漏水和堵塞现象，目前较少使用；回转式烟气-烟气换热器不易积灰，烟气腐蚀的机会小，传热元件允许较大的磨损，漏风量较大，结构较复杂，需要电动机及传动机构等一些附属设备，电能消耗较大，维护工作量大。钢管式烟气-烟气换热器由许多薄壁无缝钢管组成，壳体采用钢板卷制而成。根据换热器介质流程的要求，腐蚀性介质走管程，可以降低对外壳材质的要求；毒性介质走管程，泄露的机率小；易结垢的介质走管程，便于清洗和清扫；温度高的走管程，可以改变材质，满足介质要求；流量小的走壳程，可以提高传热系数。因此，高温气体走管程，低温走壳程。此次设计要求换热器将140℃的高温烟气冷却到100℃。
结语
本设计过程中采用的治理技术都是目前先进、实用和成熟的技术，可以借鉴的实际经验较多。但从系统压损来看，换热器压损高于电除尘器和喷淋塔，目前国外已出现压损较小的新型蒸发—冷凝换热器，如果有条件采用且可以国产化的情况下，建议换用该种换热器，以降低初期投资和运行费用。