利用袋式除尘器烟气脱硫的试验研究

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简介： 采用袋式除尘器进行烟气脱硫试验。阐述了利用袋式除尘器进行烟气脱硫的反应机理和脱硫过程，并通过对锅炉烟气脱硫效率的试验数据的分析，讨论了影响脱硫效率的因素。
关键字：袋式除尘器 SO2 脱硫效率 烟气脱硫

　　我国SO₂污染主要是由燃煤造成的。随着经济的发展，能源的需求量将会增加，而以煤炭为主的能源结构在相当长时间内不会改变，由燃煤排放的SO₂量将会增加。因此，控制SO₂的排放量已迫在眉睫^[1]。

　　目前烟气脱硫技术（FGD）主要分为湿法、干法、半干法。其中湿法脱硫效率高，技术成熟，但一次性投资高，系统复杂，适用于大型电厂；干法烟气脱硫投资少，但脱硫效率低，稳定性不高，设备寿命短，维护困难；半干法脱硫效率、投资和运行费用都易于接受，且工艺稳定，是一种值得深入研究、不断改进并大力推广的脱硫技术。喷雾干燥法是20世纪80年代迅速发展起来的一种半干法脱硫工艺，是目前市场份额仅次于湿钙法的烟气脱硫技术，具有设备和操作简单，可以使用炭钢作为结构材料，不产生由微量金属元素污染的废水等优点。自从20世纪初国外进行喷雾干燥袋式除尘器脱硫装置中期试验获得成功之后，利用袋式除尘器进行烟气脱硫进一步引起了人们的重视。

　　研究表明，袋式除尘器在去除固体颗粒物的同时，还可以除去烟气中的一部分SO₂，起到辅助脱硫的作用，袋式除尘器中去除的SO₂可占到SO₂总去除率的10%左右。相关研究工作国内外正在进行小型试验。准确测定袋式除尘器的脱硫效率及分析影响脱硫效率的因素可为利用袋式除尘器进行烟气脱硫的工业推广应用提供重要参考数据。

　　1  脱硫反应机理及试验装置

　　1.1 脱硫反应机理

　　半干法烟气脱硫的机理涉及传热、传质及化学反应过程，主要包括：（1）反应物SO₂从主流气体向颗粒表面的外部气相传质；（2）颗粒表面对SO₂的吸收溶解，形成HSO₃^-和SO₃^2-离子；（3）Ca（OH）₂颗粒在液相中溶解；（4）钙与硫的液相反应，亚硫酸盐的析出；（5）液滴中水分的蒸发^[2]。对于石灰喷雾干燥，SO₂吸收的总反应为：

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

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

　　袋式除尘器被广泛用于捕集干化固体，其原因在于收集在滤袋表面的固体颗粒中未反应的碱类物质能够与烟气中的SO₂继续反应^[3]。袋式除尘器的脱硫过程是:SO₂被雾化的Ca(OH)₂浆液或Na₂CO₃溶液吸收。同时，温度较高的烟气使液滴被干燥，形成了固体颗粒，其主要成分除了由煤燃烧产生的飞灰外，还含有硫酸钙、亚硫酸钙及过剩的氧化钙。其典型组成为：飞灰64%～79%，CaSO₃•2H₂O 14%～24%，CaSO₄•2H₂O 2.1%～4%，Ca(OH)₂  1.2%～5%。

　　1.2 试验方法与条件

　　测定袋式除尘器的脱硫效率采用西安热工研究所研制的R-DXL-1型SO₂分析仪。烟气采样采用带过滤装置及电加热的采样管，以克服飞灰和烟气冷凝水对测试的影响。为了提高测试精度，必须做到进出口同步测试。

　　测得除尘器进出口烟气中SO₂浓度值后，按下式计算袋式除尘器脱硫效率：

　　＝×100%＝×100%

　　式中：为除尘器脱硫效率，％；为除尘器进、出口烟气中SO₂的质量流量，g/s；为除尘器进、出口烟气中SO₂的质量浓度，g/m_N³；,为除尘器进、出口烟气流量，m_N³/s；为除尘器进、出口烟气含湿量，％。

　　因为袋式除尘器是干式除尘器，烟气含湿量不可能增加，而排烟温度一般高于410 K，烟气不会在除尘器内部结露，故可认为，于是上式可进一步简化为：

　　＝×100%＝×100%

　　式中为除尘器漏风率，％。

　　利用上述方法对某厂逆气流清灰袋式除尘器进行脱硫效率试验。表1（采样时间为15 min）为对某厂逆气流清灰袋式除尘器脱硫效率试验的结果。试验期间，锅炉燃煤平均低位发热量为13333 kJ/kg，平均含硫量为0.79%，烟气平均含湿量18.31%，袋式除尘器进口处烟气温度433 K，出口处烟气温度418 K，飞灰组成为：CaO 40.0%、SiO₂ 22.5%、Fe₂O₃ 10.5%、Al₂O₃ 12.5%、MgO 4.0%、SO₃ 3.0%。

　　2  试验结果分析

　　2.1 飞灰成分对脱硫效率的影响

　　由于飞灰中CaO含量高达40%，当烟气以约0.5 m/min的过滤速度通过滤袋上粉尘层时，可以脱除烟气中的一部分SO₂，脱硫效率为8%～10%。对于CaO含量少的飞灰，袋式除尘器脱硫效率较低，而且很难测定。但是若和旋转喷雾干燥脱硫装置相连接，由于飞灰中碱性氧化物增多，脱硫效率还会有所提高。

　　2.2 粉尘层厚度对脱硫效率的影响

　　脱硫效率与滤袋上积存的粉尘层厚度有关。粉尘颗粒由于截留、惯性碰撞、静电、扩散作用，在滤袋表面形成粉尘初层，具有良好的阻力特性。比较1号与2号试验，过滤速度基本一样，但2号试验锅炉负荷增加，耗煤量相应增多，滤袋上积存的粉尘层也较厚，除尘器的过滤阻力由730 Pa增加到850 Pa。测定结果脱硫效率1号试验为8.58%，而2号试验上升至9.21%。因此，在过滤速度相同的情况下，增加滤料上积存的粉尘层厚度，可以提高袋式除尘器的脱硫效率。

　　2.3 过滤速度对脱硫效率的影响

　　从表1试验数据中可以看出，脱硫效率与袋式除尘器的过滤速度有关。比较3号与5号试验，同样在120 t/h负荷下，3号试验10个袋室运行，过滤速度为0.45 m/min，脱硫效率为9.87%；5号试验关闭了2个袋室，仅8个袋室运行，过滤速度为0.55 m/min，脱硫效率为8.34%。因此，为了保证一定的脱硫效率，应保持袋式除尘器在较低的过滤速度下运行。

　　3  结  论

　　本研究利用袋式除尘器进行烟气脱硫试验，试验结果表明，袋式除尘器在去除粉尘的同时，收集在滤袋表面的固体颗粒中未反应的碱类物质能够与烟气中的SO₂继续反应，可以脱除烟气中的一部分SO₂，脱硫效率一般为8%～10%，其脱硫效率与过滤速度、过滤阻力、过滤材料种类、飞灰组成和烟气湿度等因素有关，应进一步试验以确定其运行性能，使其最佳化。

　　参考文献

　　1  郭立新，刘天元.对在我国实施清洁生产必要性的几点认识.长春理工大学学报，2004，17(1)：8～110

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

　　3  蒲恩奇.大气污染治理工程.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，硕士研究生，讲师，从事环境工程和环境科学方面的教学与科研工作。

　　* 长春理工大学科研发展基金资助项目。