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简述烟气脱硫方法及除尘设备

轻工大学

科研论文

论文题目：

简述烟气脱硫方法及除尘设备

XX伍超

学号110309243

院（系）机械工程学院

专业过程装备与控制工程

指导教师军胜

2014年12月24日

摘要：

工业废气排放中产生大量的SO2和烟尘等烟气，是大气污染防治的重点。

本文指出烟气脱硫和除尘技术的现状，通过对比分析脱硫工艺——湿法、半干法、干法和多种脱硫除尘器，详细列举了各技术方法的原理和特点，列表介绍了一些集脱硫除尘一体化的设备，对其优缺点进行比较，为企业选择除尘脱硫方案作参考。

关键词：

烟气脱硫、烟气除尘

背景：

我国是发展中国家，更是工业国家，改革开放以来，在追求经济增长的同时却付出了环境污染的严重代价。

2008年，全国有超过五分之一的城市空气质量未达到国家二级标准；在113个重点城市中，有48个城市空气质量达不到二级标准【1】。

城市空气中的可吸入颗粒物、二氧化硫浓度依然维持在较高水平，尤其是近两年的PM2.5污染更为严重。

我国的大气环境污染主要是煤烟造成的，主要污染物为二氧化硫和总悬浮颗粒物，2014年上半年二氧化硫排放总量1037.2万吨【2】，空气总悬浮物更是导致全国大片区连续严重雾霾。

火电厂、工业锅炉和窑炉是上述污染物的三大来源。

为贯彻落实第七次全国环境保护大会和2012年全国环境保护工作会议精神，加快推进我国大气污染治理，切实保障人民群众身体健康，环境保护部批准发布了《环境空气质量标准》（GB3095-2012）。

中国环境科学研究院金良研究员指出，有效的空气质量管理是增强公众健康的重要途径，也是经济和社会福利增长的基础【3】。

节能减排刻不容缓，研究烟气脱硫方法和除尘技术已经严重关系到我国人民身体健康和经济的可持续持续发展，更是关系到我们子后代。

一、烟气脱硫方法

烟气脱硫是目前世界上唯一大规模商业化应用的脱硫方式。

世界各国研究开发和商业应用的烟气脱硫技术超过200种【4】。

按脱硫产物是否回收，烟气脱硫可分为抛弃法和再生回收法，前者脱硫混合物直接摊放，后者将脱硫副产物以硫酸或硫磺等形式回收。

按脱硫产物的干湿形态，烟气脱硫又可分为湿法、半干法和干法工艺。

表中列出了几种典型的烟气脱硫方法：

几种典型的烟气脱硫方法

类别

脱硫方法

脱硫剂

副产品

湿法

湿式石灰石/石灰-石膏法

CaCO3，CaO，Ca（OH）2

CaSO4

氨法

NH3

（NH4）2SO3，NH4HSO3，（NH4）2SO4

钠碱法

Na2CO3，NaOH

Na2SO3，CO2

金属氧化物法

MgO,ZnO,MnO

MgSO3，ZnSO3，MnSO4

半干法

喷雾干燥法

CaCO3，CaO

CaSO4

炉喷钙法

CaCO3，CaO

CaSO4

干法

电子束法

NH3，电子碰撞电离

（NH4）2SO4

脉冲放电等离子体法

NH3，电子碰撞电离

（NH4）2SO4

1.石灰石/石灰-石膏法

湿式工艺绝大多数采用碱性浆液或溶液作吸收剂，目前使用最广泛的脱硫技术是以石灰石/石灰为吸收剂的强制氧化湿式脱硫方式。

在该工艺中，石灰石厢灰冼涤剂与烟气中SO2反应，反应生成产物硫酸钙，在洗涤液中沉淀下来，经分离后可以以石膏形式回收，也可以抛弃。

目前的系统太多采用了大处理量洗涤塔。

2.简易石灰石灰-石膏法

简易式的原理与传统石灰石/石灰-石膏法大致相同，但通过预洗、吸收和氧化设备台并，简化了烟气热交换系统，以中等脱硫效率（70％-80％）为目标，有效地降低了设备初投资。

3.海水脱硫

天然海水含有大量的可溶性盐，其中主要成分是氯化钠和硫酸盐及一定量的可溶性碳酸盐。

海水通常呈碱性，自然碱度约为1.2-2.5mmol／L。

这使得海水具有天然的酸碱缓冲能力可以吸收SO2。

国外一些脱硫公司利用海水的这种特性，已经成功地开发出海水脱硫工艺。

海水脱硫系统主要由烟气系统、再热系统、供排海水系统、海水恢复系统等组成。

4.磷铵复台肥法（PAFP法）

该法是利用天然磷矿石和氨为原料，在烟气脱硫过程中副产磷铵复的脱硫技术。

工艺流程主要包括四个过程：

活性炭一级脱硫并制得稀硫酸；稀硫酸萃取磷矿石制得稀磷酸溶液；磷酸和氨的中和液（NH4）2HPO4二级脱硫;料浆浓缩干燥制磷铵复。

该技术在国外尚无应用实例。

5.其它湿法

其它湿法工艺包括用碳酸钠、氧化镁和氨作吸收剂，一般用于小型电厂和工业锅炉。

我国是氧化镁矿富集区。

占世界总储量的90％。

采用氧化镁脱硫的设备在我国已开始研究开发。

6.喷雾干燥法

喷雾干燥法属半干法脱硫工艺，于70年代初至中期开发成功，第一台电站喷雾干燥脱硫装置于1980年在美国北方电网的河滨电站投入运行，此后该技术在美国和欧洲的燃煤电站实现了商业化。

喷雾干燥法目前占总装机量的约10％，大多用于燃用低硫和中硫煤的中小容量机组上。

该法利用石灰浆液作吸收剂，以细雾滴喷入反应器，与SO2边反应边干燥，在反应器出口，随着水分蒸发，形成了干的颗粒混合物。

该法的副产品是硫酸钙、硫酸盐，飞灰及未反应的石灰组成的混合物。

喷雾干燥技术可脱除70-95％的SO2，并有可能提高到98%。

7.吸着剂喷射法【

喷吸着剂工艺属于干法工艺。

按所用回收剂不同可分为钙基和钠基工艺，吸着剂可以于态、湿润态或浆状喷入。

喷入部位可以为炉膛、省煤器和烟道。

当钙硫比为2时，脱硫效率可达50-70%，钙利用率达50％。

这种方法较适合老电厂改造，因为在电厂排烟流程中不需增加什么设备就能达到脱硫目的。

8.电子束法

电子束法是采用高能电子束照射烟气，使烟气中生成大量的离子、自由基、原子以及各种激发态的原子、分子等活性物质，在有氨注入的情况下，将烟气中的SO2和NOx转化生成硫铵和硝铵。

我国在热电厂引进了电子束法工艺，于1998年5月通过国家竣工验收鉴定，处理烟气量300,000Nm3／h，脱硫率80％。

9.脉冲电晕法

脉冲电晕法是从电子束法发展而来的，由于脉冲电晕法是在比较成功的电子束法基础上的改进，省掉了昂贵的电子加速器。

避免了电子枪寿命和X射线屏蔽等问题，因而该方法一经提出，各国学者竟相研究，是世界公认的脱硫新技术。

脉冲电晕法的特点是基于在高压脉冲放电中产生5-20eV高能电子，这些高能电子在与烟气的中性气体分子碰撞的过程中会产生O、OH2和O3等自由基和自由原子。

这些活性物种引发的化学反应首先把气态的SOX和NOX氧化成高价氧化物，在有氨和水存在的条件下生成硫铵和硝铵固体盐。

二、烟气除尘设备的种类和现状

根据除尘过程中的粒子分离原理，除尘器可分为以下几种类型：

1.重力除尘器；2.惯性力除尘器；3.离心力除尘器；4.洗涤除尘器；5.过滤式除尘器；6.电除尘器：

7.声波除尘器。

1.干式机械除尘器

干式机械除尘器是指不用水或其它液体作为湿润剂，仅利用重力、惯性力及离心力等沉降机理去除气体中粉尘粒子的设备。

包括重力除尘器、惯性力除尘器和静心力除尘器。

干式机械除尘器的主要特点是结构简单、易于制造、造州氐、旆工快、便于维护及阻力小等。

广泛应用于工业锅炉。

这类除尘器对于大粒径粉尘的去除具有较高的效率。

因而在去除大颗粒粉尘以及除尘效率要求不高的情况下应用，有时也作为前置预除尘器。

2.湿式除尘器

湿式除尘器采用洗涤水或其它液体与含尘气体相互接触实现分离捕集粉尘粒子。

与其它除尘器相比具有以下优点：

一、在耗用相同的能耗的情况下，湿式除尘器的除尘效率比于式机械除尘器效率高，高能量温式除尘器可以除去0.1um以下的粉尘粒子，除尘效率仍很高。

二、湿式除尘器的除尘效率不仅能与布袋和电除尘器媲美，而且还可用于这些除尘器所不能胜任的场合，如处理高温、高压、高比电阻、易燃、易爆的含尘气体。

三、湿式除尘器去除含尘气体中粉尘粒子的同对，还可去除气体中的水蒸气及某些有毒有害的气态污染物．

3.电除尘器

电除尘器的收尘原理是在高压电场中使气体电离，进入电场中的尘粒得以荷电，并在电场库仑力的作用下，趋向收尘极，从而达到收尘的目的。

由于能量是间接作用在尘粒上，放电能耗很低，而其它除尘器，能量是间接作用在尘粒上因此能耗高。

电除尘器除了缓慢转动的振打部件外，没有其它运动的部件，维护工作量小，运行费用较低，所以在各种除尘技术中具有显著的优势。

特别是能源日益紧的今天，电除尘器是理想的高效节能环保设备。

三、各系列脱硫除尘设备的原理、特性及规格

1.旋流冲击式脱硫除尘器

（1）工作原理:

 将燃煤锅炉烟气控制在180℃左右，含硫约3000mg/Nm3含尘约3000mg/m3；该烟气通过锅炉引风机进入旋流冲击式脱硫除尘一体化器进气口，在旋风器中高速旋转，干法除尘，随后冲击含碱液体进行脱硫反应，同时进一步除去微细烟尘,完成除尘脱硫任务的湿烟气，进入旋流分液器,脱去烟气中的水份，烟气达到SO2≤1200mg/Nm3，烟尘≤250mg/Nm3后达标排放。

工艺过控制自来水管（循环水）阀门和定期加药的方法来洗涤碱液，连续化药，加入脱硫器部位，输灰管线通过自重阀门，可自动排入灰液池。

（2）特点 

①产品标准执行国家环保总局HCRJ012-1998《湿式烟气脱硫除尘装置》II类产品认定技术条件。

②产品适合≤10t/h锅炉脱硫除尘设置。

③根据燃煤含硫量的高低不同，可单独使用干式旋风除尘，达标排放。

 ④采取无机胶泥，有机胶泥防腐，或筒体采用瓷材质，设备使用寿命≥8年。

⑤避免了引风机带水问题，保障了引风机的使用寿命和操作稳定问题。

⑥采取自动排灰，解决了排灰堵塞问题。

（3）XCTC系列旋流冲击式脱硫除尘器性能规格：

规格项目

Ф500*1800

Ф1000*2200

Ф1400*2500

Ф1800*3000

处理烟气

1500~2000

4000~8000

8000~14000

12000~18000

配套锅炉t/h

0.5

2

4

6.5

脱硫效率

除尘效率

系统阻力

液气比

漏风率

烟气含

湿量

循环水利用率

>60%

≥94%

≤1200Pa

<1

<5%

≤8%

≥85%

2.降升膜式脱硫除尘电除雾塔脱硫除尘器

（1）工作原理 

含有毒气体、烟尘的高温废气进入降升膜脱硫除尘电除雾塔的下部，先与降升膜管外壁的降膜发生冷却，洗尘，随后冲击洗涤液形成降升膜管壁的升膜，进一步脱硫除尘。

完成脱硫除尘的湿烟气经过上部湿式高压静电除尘除雾器，除去烟气中微小炭粒，微细水雾，满足GB13271-91环保规定的一类区排放标准。

（2）特点 

①属机电一体化的高新技术产品，融脱硫、除尘、除黑烟、除水雾为一体，完全满足环保对烟气治理的最高标准。

②该设备适合在城市生活区、风景区的配置使用。

③设备部部件全部采取耐180℃高温玻璃钢元件和316L耐酸不锈钢制作，设备使用寿命≥8年。

④避免了引风机带水，运行不稳定，腐蚀风机、管道问题。

⑤适合新建锅炉配置。

（3）JSTC系列降升膜脱硫除尘电除雾塔性能规格：

规格项目

Ф2500*6500

Ф3500*7000

4000*5000*7000

2台并联4000*5000*7000

处理烟气量m3/h

20000~30000

40000~60000

87500~105000

110000~170000

配套锅炉t/h

10

20

35

75

脱硫效率

除尘效率

林格曼

黑度

系统阻力

液气比

漏风率

烟气含湿量

循环水利用率

60-90%

≥99%

≤1级

≤1200Pa

<1

≤5%

≤8%

≥85%

3.双旋流水膜式脱硫除尘塔

（1）工作原理

属麻石水膜除尘塔改工程，去除原麻石水膜降膜装置，增加数个喷嘴螺旋布置，增强原水膜塔气流旋流强度。

用喷淋和降膜的原理，有效加大原水膜塔除尘，脱硫动能，提高脱硫除尘效率;在原水膜塔上部增加一复式旋流除雾器，增加除雾脱水效率，有效地解决随后管道引风机的带水腐蚀问题。

（2）特点

①属麻石水膜塔改造项目，产品技术条件符合国家环保总局HCRJ012-1998《湿式烟气脱硫除尘装置》II类产品认定技术条件。

②产品适合≤130t/h锅炉单筒麻石水膜塔脱硫除尘改造。

③改造工程简单，投资节省，效率提高。

④系统阻力小，脱硫、除尘围可调，操作简单。

⑤材质采用316L、耐酸不锈钢或高温玻璃钢，进口喷咀，耐磨、耐堵塞、耐腐蚀，易更换。

（3）SXTC系列双旋流水膜脱硫除尘塔性能规格表

规格项目

Ф1500*13000

Ф2900*17000

Ф3600*18000

2台并联Ф3600*18000

处理烟气量m3/h

20000~30000

87500~105000

110000~170000

210000~350000

配套锅炉t/h

10

35

75

130

脱硫效率

除尘效率

系统阻力

液气比

漏风率

烟气含湿量

循环水利用率

>60%

≥94%

600-800Pa

<2L/m3

<5%

≤8%

≥85%

4.MTC系列脉冲脱硫除尘塔

（1）工作原理

燃煤烟气通过一组串联变阻文丘里与吸收液连续脉冲逆向接触，加大液气的湍流程度,强化浓度差的吸收推动力,以期达到高效,简单、脱硫、除尘的目有，同时由于变阻文丘里可根据治理烟气量的要求和锅炉运转条件，变阻变效处理烟气，达到不同的治理效率；一组变阻文丘里之后设有物理脱水器，脱除烟气中的水滴。

（2）特点

①产品技术条件符合国家环保总局HCRJ012-1998《湿式烟气脱硫除尘装置》II类产品认定技术条件。

②设备体积小，占地面积不大，制造费用较低。

③设备中无死角，不易挂壁，无喷咀，进液管不易堵塞,易适合处理高浓度易粘壁的烟气。

④设备可采用麻石，高温玻璃钢，塑制造，使用寿命≥10年。

⑤脱硫除尘操作可随锅炉运行情况调节。

⑥适合于中小型锅炉脱硫除尘配置。

（3）MTC系列脉冲脱硫除尘塔性能规格表

规格项目

Ф1200*6500

Ф1800*8000

Ф2500*10000

Ф3400*15000 

 2台并Ф3400*15000

处理烟气量m3/h

10000~15000

20000~30000

 40000~60000

  87500~105000

110000~170000

配套锅炉t/h

10

20

35

75

130

脱硫效率

除尘效率

系统阻力

液气比

漏风率

烟气含湿量

循环水利用率

>60%

≥94%

1200-2000Pa

<1L/m3

<5%

≤8%

≥85%

5.SQWTC水帘曲流卧式脱硫除尘器

（1）工作原理

烟气通过数道喷咀喷出的水帘门,通过热量交换,烟尘洗涤,有害气体的吸收,达到净化烟气的目的;湿式烟气通过两道物理除尘器,保持烟气含湿≤8%,去烟囱排放。

水帘曲流卧式脱硫除尘器,专为有碱性废水和锅炉房的单位制造。

因烟气流速很快,改造锅炉房原横向进烟囱的主烟道,就可完成脱硫除尘的目的,即减少了脱硫除尘的投资,又减少了设备占地面积适合于老锅炉上的脱硫除尘改造。

（2）特点

①属烟道气脱硫除尘改造项目，产品技术条件基本符合国家环保总局HCRJ012-1998《湿式烟气脱硫除尘装置》II类产品技术条件。

②产品适合≤130t/h锅炉（有碱性废水条件适合≤220T/h锅炉）脱硫除尘改造。

④系统阻力小，脱硫除尘围可调，操作简单。

⑤设备防腐可采用无机胶泥，喷咀采用316L耐酸不锈钢，延长了设备的使用年限（寿命≥10年），提高了操作的稳定性。

⑥工艺参数液气比较大，适合造纸厂、碱厂等有工业碱性废水的单位。

（3）SQWTC系列水帘曲线卧式脱硫除尘器性能规格表

规格项目

800*2000*6000

1000*3600*7000

1500*4000*8000

1800*4600*10000

处理烟量

m3/h

20000~30000

40000~60000

87500~105000

110000~170000

配套锅炉t/h

10

20

35

75

脱硫效率

除尘效率

系统阻力

液气比

漏风率

烟气含湿量

循环水利用率

>60%

≥94%

<800Pa

<3L/m3

<5%

≤8%

≥85%

6.SGHTC系列石灰乳感应荷电脱硫除尘器

（1）工作原理

本方法属干法烟气脱硫除尘。

锅炉烟气进入脱硫塔（或30米长烟囱直道）,脱硫剂石灰乳液通过高压泥桨泵通过感应荷电雾化喷咀喷入烟气中,由于石灰乳雾滴带有相同的电荷,均匀地悬浮在烟气中,可以在蒸发的同时,吸收SO2并凝并微细粉尘,达到脱硫的目的;烟气中形成的亚硫酸盐和粉尘,由其后常规旋风除尘器或电除尘器除去,净化烟气达标排放。

（2）特点

①属半干法脱硫,干法除尘,较为理想的脱硫除尘装置。

②设备不必防腐,但需精细操作,防止粘壁问题。

③高压泥桨泵,雾化喷咀,感应荷电器,属高新技术。

④系统阻力比湿法小。

⑤操作弹性小。

⑥有够长直烟气管道时,无需新增脱硫塔。

（3）石灰乳感应荷电脱硫除尘器性能规格表

规格项目

φ1600*7000

φ3000*12000

φ4500*18000

2台并联φ6000*25000

处理烟气量m3/h

20000~30000

87500~105000

110000~170000

300000~450000

配套锅炉t/h

10

35

75

220

脱硫效率

除尘效率

林格曼

黑度

系统阻力

液气比

漏风率

烟气含湿量

烟气出口浓度

>70%

≥98%

≤1级

新增500Pa

<1L/m3

<5%

≤8%

≥75%

6.XPCW系列旋转碰撞除尘除雾器

（1）工作原理 

旋转碰撞除尘除雾器是一种过滤大量气溶胶粗粒子的新方法，它是串联在湿法脱硫除尘器的后端，利用高速旋转的转盘，完全扫过气流，把4微米以上的气溶胶粒子收集到转盘上，然后通过离心力把收集的气溶胶粒子输送到集灰器中，在额定工况下，可以完成清除水雾的目的，对直径4微米的气溶胶粒子，截留率可达97%。

（2）特点 

①.产品适合≤40t/h的锅炉除尘要求； 

②.产品可单独除尘，也可串联湿法脱硫除尘装置后端为二级除尘、除雾器设置；

③.设备防腐，可耐≤180。

C的烟气温度； 

④.避免了引风机的带水问题，保障了引风机的使用寿命和操作稳定性

⑤.采取自动排灰，解决了排灰的堵塞问题；

⑥.可根据用户要求设计产品阻力大小。

（3）XPCW列旋转碰撞除尘除雾器的性能价格表

规格项目

φ1000*2000

φ1300*2600

φ2000*4000

φ2000*4000*2

处理烟气量m3/h

8000~14000

20000~40000

40000~60000

90000~11000

配套锅炉t/h

4

10

20

40

配套功率kw

0.55

2.2

4.0

8.0

除尘效率≥97%除雾效率≥98%

结束语

我国的烟气除尘和脱硫技术虽然研究起步晚，但发展快，虽然脱硫技术还和国际有一定差距，除尘技术已经相当成熟。

烟气脱硫技术现在还没有发挥很大实际作用，但已奠定了基础。

现在比较热门的研究是针对中小型燃煤锅炉的脱硫除尘—体化的研究。

我国现有燃煤工业锅炉（含采暖锅炉）近50万台，市场潜力巨大。

关键问题在于国家的政策、企业的经济实力以及相应的法律和法规。

据有关专家分析，现阶段，引进一套脱硫工艺，单吨脱硫成本超过700元，而排放一吨SO2仅需200元排污费，由于脱硫成本较高，大多数企业并不愿意采取减排改造。

所以在节能减排方面必须要有国家政策的引导和扶植，同时要提高技术降低成本，使企业承受得起。

相信通过全社会的一起努力我们能控制住残害人类身体健康的杀手，给子后代留下美好的未来。

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