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组合式旋流板净化塔在燃重油锅炉脱硫除尘中的应用 |
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作者：曾胜学 陈火贵 张立奎 |
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摘要：将旋流板技术与其他除尘技术进行有机结合，研制出一种新型的组合式旋流板净化塔，该塔在燃油锅炉脱硫除尘实践中，取得了良好效果。
关键词：旋流板 脱硫除尘 燃油锅炉废气净化塔
1、前言
在染织、食品、造纸、化工等企业中，有一批蒸发量在25T/h以下，以重油为燃料的小型燃油锅炉。重油的含硫量很高，如180#重油含硫高达2~2.6%，致使烟气中二氧化硫浓度高至4000mg/Nm3以上。为了有效去除重油锅炉烟气中的二氧化硫，深圳市百斯特环保工程有限公司自1997年起，就着手研究利用浙江大学谭天恩教授发明的旋流板技术，治理燃重油锅炉含硫废气的工作，并于1999年初研制出集脱硫除尘一体化的组合式旋流板净化塔（I型、II型），并在广州、深圳治理了一大批蒸发量不等的重油锅炉烟气，均取得满意效果，为此，深圳市环保局组织了现场推介会推广这一先进技术，深圳多家媒体均进行了宣传报道。
2、组合式旋流板净化塔烟气脱硫原理
组合式旋流板烟气脱硫除尘实质上是烟气中SO2由气相转入液相的典型化工传质过程。由于脱硫液为含碱的水溶液，SO2由与水中碱液接触后，立即进行酸碱中和反应，因此传质过程阻力主要集中在气相，为气膜控制。按照传质过程双膜理论，加大气相湍动程度和增加气液接触面积，有利于SO2的脱除。为了增大气相湍动程度，防止净化塔堵塞，使用旋流板作为气液接触元件，无论从理论上讲还是经实际检验，都证明是一个正确合理的选择：
2.1、气流通过旋流板作螺旋上升运动时，液流部分被气流分配到各旋流板叶片上，形成液膜；一部分被气流冲散成细微的液滴，随气流一起上升。在上升过程中，气液间产生许多旋涡，其间互相渗透，表面不断更新，这样就极大地增强了气液接触面积和气相湍动程度，强化了传质过程。
2.2、旋流板开孔率都在33%以上，气流穿过旋流板缝隙动能因子常为10~12，有的高达15，因此穿过塔板缝隙的冲刷力大，不会堵塞，这恰恰是填料塔及其它类型塔板所不能及的。
3.3、旋流板塔内淋水装置不是微孔（或小孔）喷雾器，旋流板塔的供水是靠φ40mm、φ50mm或直径更大管子直接将水淋降在旋流板的盲板区，靠旋转的气流将水分散成细微液滴，所以不存在供水装置堵塞问题。
3、组合式旋流板净化塔烟气脱硫工艺
组合式旋流板净化塔脱硫除尘可利用印染厂的漂染废碱水、饮料厂的洗瓶废碱水、锅炉排放水为吸收液，实现以废治废。
3.1、烟气脱硫工艺流程图
3.2、工艺流程图说明
含硫尘的烟气被吸入，经引风机增压后，以一定速度进入净化塔，在净化塔内经冲击、洗涤、淋降和液膜等系列作用，使烟尘中的较大尘粒和相当部分SO2酸气，在这里得到一定的清除，这一过程称之为第一级净化。因为烟气温度较高（200~220oC），在这一过程产生大量蒸汽。生成的蒸汽与得到初步净化的烟气一起上升，与淋降的脱硫液在多个气液接触元件――旋流板上反复混旋，使烟气中的尘和SO2酸气得以基本清除，这一过程称之为第二级净化。净化后的烟气再经旋流除雾板除去液沫和雾滴，由净化塔顶直接排放或入烟囱排放。携带尘粒的脱硫液由塔底流出，返回水池，尘粒依靠重力沉入池底，吸收液用泵打入塔内循环使用。为保持循环液中一定的PH值，定期向池中加入碱液或碱。池中用浮球伐保持液位恒定，蒸发水可自动补充。循环液根据其比重，部分间隙排放至水处理站处理。
其工艺过程的化学反应式如下：
SO2 （气） → SO2 （液）
2NaOH + SO2 → Na2SO3 + H2O
Na2SO3 + SO2 + H2 O → 2NaHSO3
由于烟气中有氧气，一部分Na2SO3 被氧化
2Na2SO3 + O2 → 2Na2SO4
4、组合式旋流板净化塔治理重油锅炉烟气部分实例
以深圳维他（光明）食品饮料有限公司为例。 该公司是一家生产各种瓶装、软包装、纸盒装饮料的大型企业，产品销往港澳、东南亚和珠江三角洲一带。其锅炉车间有3台蒸发量为6T/h燃重油锅炉，常年运转，燃油烟气直接排放，对周围环境造成严重污染。受其委托，我公司于2002年8月承担该公司重油锅炉烟气脱硫除尘任务。经过现场实地调研，发现其洗瓶车间有约30m3/h、PH为8~11的洗瓶废碱水，决定以此洗瓶废碱水为脱硫除尘液，净化锅炉烟气中二氧化硫，达到“以废治废”效果的设计方案。工程竣工运行后，经市环保局多次随机监测（监测结果见表1、2、3），净化效果非常喜人。维他（光明）食品饮料有限公司污染源废气监测一览表表1
| 项目 | 治理前 | 治 理 后 | | 日期 | 2002.7.16 | 2002.12.13 | 2003.1.15 | | 锅炉 | 1# | 3# | 1# | 2# | | 烟囱高度 | 25M | 25M | 20M | 20M | | 监测次数 | 1 | 1 | 2 | 3 | 1 | 2 | | 实测排放浓度 | 332 | 6 | 9 | 10 | 7 | 6 | | 折算排放浓度 | 570 | 12 | 19 | 21 | 15 | 13 | | 排放速率 | 1.04 | 0.02 | 0.03 | 0.03 | 0.04 | 0.01 | | 实测排放浓度 | 193 | 314 | 314 | 316 | 160 | 157 | | 排放速率 | 0.602 | 1.01 | 1.01 | 1.02 | 1.03 | 0.381 | | 实测排放浓度 | 1.6×103 | 21 | 18 | 17 | 58 | 57 | | 折算排放浓度 | 2.75×103 | 43 | 37 | 35 | 124 | 123 | | 排放速率 | 4.99 | 0.07 | 0.12 | 0.05 | 0.37 | 0.14 | | 烟气黑度（林格曼级） | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | | 标干烟气流量（m3/h） | 3.12×103 | 3.22×103 | 3.22×103 | 3.22×103 | 6.42×103 | 2.43×103 |
2003年2月24日由深圳市环保局组织的考核监测情况表 表2
| 参数名称 | | 燃料 | O2（%） | 实测过量空气系数 | 规定过量空气系数 | 烟气温度（℃） | 烟气含湿量（%） | | 1#锅炉烟囱处理前 | 180# 重油 | 10.2 | 1.94 | 1.2 | 176 | 7.53 | | 1#锅炉烟囱处理后 | 180# 重油 | 10.8 | 2.06 | 1.2 | 76 | 12.45 |
表3
| 监测项目（处理前） | | 烟尘 | 氮氧化物 | 二氧化硫 | 烟气黑度（林格曼级） | | 实测排放浓度 | 100 | 256 | 2.69×103 | 1 | 4.32×103 | | 折算排放浓度 | 162 | - | 4.20×103 | - | - | | 排放速率 | 0.432 | 1.11 | 11.2 | - | - | | 实测排放浓度 | 102 | 260 | 2.71×103 | - | 4.32×103 | | 折算排放浓度 | 165 | - | 4.38×103 | - | - | | 排放速率 | 0.441 | 1.12 | 11.7 | - | - | | 实测排放浓度 | 98 | 267 | 2.84×103 | - | 4.32×103 | | 折算排放浓度 | 158 | - | 4.59×103 | - | - | | 排放速率 | 0.423 | 1.15 | 12.3 | - | - | | 监测项目（处理后） | | 烟尘 | 氮氧化物 | 二氧化硫 | 烟气黑度（林格曼级） | | 实测排放浓度 | 21 | 221 | 118 | 1 | 3.24×103 | | 折算排放浓度 | 36 | - | 203 | - | - | | 排放速率 | 0.068 | 0.716 | 0.382 | - | - | | 实测排放浓度 | 17 | 224 | 104 | - | 3.24×103 | | 折算排放浓度 | 29 | - | 179 | - | - | | 排放速率 | 0.055 | 0.726 | 0.337 | - | - | | 实测排放浓度 | 20 | 220 | 89 | - | 3.24×103 | | 折算排放浓度 | 34 | - | 153 | - | - | | 排放速率 | 0.065 | 0.713 | 0.288 | - | - |
监测方法： 烟尘 重量法 最低检出限 2 mq/m3
氮氧化物 定电位电解法 1 mq/m3
二氧化硫 定电位电解法 1 mq/m3
烟气黑度 林格曼烟度法 0林格曼级
我公司近年完成的部分重油锅炉烟气脱硫除尘项目见下表
| 烟 气 | | 治理前 | 治理后 | | 林格曼黑度 | 尘mg/m3 | SO2mg/m3 | 林格曼黑度 | 尘mg/m3 | SO2mg/m3 | | 深圳市海超工贸有限公司 | 6T/h | >1 | 300 | 2800 | 0 | 120..6 | 73.87 | 碱水 | 1999.5月 | | 一期1#8T/h | >1 | 371 | 3863 | 0 | 69.42 | 532.05 | 织染含碱废水 | 20013月 | | 二期2#8T/h | >1 | 362 | 3913 | 0 | 41.6 | 602 | 织染含碱废水 | 200112月 | | 一期3#10T/h | >1 | 406 | 4150 | 0 | 105 | 221 | 织染含碱废水 | 20016月 | | 二期1#10T/h | >1 | 398 | 4010 | 0 | 100 | 268 | 织染含碱废水 | 20019月 | | 2#10T/h | >1 | 391 | 3870 | 0 | 94 | 175 | 织染含碱废水 | 20019月 | | 5#10T/h | >1 | 387 | 3700 | 0 | 90 | 34.8 | 织染含碱废水 | 20019月 | | 深圳维他（光明）食品饮料有限公司 | 6T/h 3台 | 1 | 570 | 2750 | 1 | 17.3 | 38.3 | 洗瓶含碱废水 | 200212月 |
5、组合式旋流板净化塔与其他吸收设备操作参数性能比较
组合式旋流板净化塔除集脱硫除尘于一体外，还有许多其他净化装置无可比拟的优点：
5.1、脱硫、除尘效率高，一般情况下，达90%以上。
5.2、气流阻力小，整塔气流阻力在600Pa以内。因此可选用较低风压的风机，节省动力。
5.3、处理气流大。同样塔径、同样气流阻力，它所处理气量是填料塔的两倍。对填料塔，一般空塔速度是2~2.5m/s以下，超过这个值常会发生拦液及液泛现象；而在组合式旋流板净化塔中，气流是旋转上升，气量加大，旋转加剧，如果不考虑气流阻力，只会有益于脱硫除尘，不存在拦液及液泛现象。
5.4、液气比小，为其他脱硫除尘设备用液量的60%。我司多次使用发现，随着液气比增大，脱硫除尘效率增高，但当液气比增大到一定值时，随着液气比增大，气流阻力会迅速上升，以 0.6~0.8 为佳（见图）。
5.5、永不堵塞。塔板开孔率高达33%，气流过孔冲刷力大；另外，供液至旋流板盲板区的为ф40mm～ф50mm管道，不会堵塞。
5.6、处理气流温度高，波动范围大，既可处理高温气体，也可处理常温气体。燃油锅炉烟气净化，进塔烟气温度220oC，出塔烟气温
度65oC；柴油发电机烟气净化，进塔烟气温度400oC，出塔烟气温度70oC；打磨岩石粉尘气及喷涂有机废气属常温气体。
5.7、结构简单，制造方便，运行平稳，可自动控制，不需额外增添人员操作。
组合式旋流板净化塔与其他吸收设备操作参数、性能比较表
| 名 称 | 组合式旋流板塔 | 填 料 塔 | 喷 淋 塔 | | 液气比 | 0.5～0.8 L/m3 | 1～10 L/m3 | 0.6～1.0 L/m3 | | 喷淋密度 | 动能因子10~15 | 6～8 m3/ m2.h | | | 压力损失 | < 600 Pa | 500 Pa/m | < 600 Pa | | 空塔气速 | 4.0～5.0 m/s | 2.0～2.5 m/s | 0.2～2.0 m/s | | 结构 | 简单、易制 | 简单、易制 | 简单、易制 | | 处理能力 | 强 | 较低 | 较强 | | 操作弹性 | 大 | 较大 | 一般 | | 流体阻力 | 较小 | 较小 | 较小 | | 能量消耗 | 一般 | 一般 | 大 | | 气液分布 | 均匀 | 不均匀 | 不易均匀 | | 设备功能 | 可同时吸收、除尘、降温 | 气体含尘高时易堵塞填料 | 可同时吸收、除尘、降温 | | 运行状况 | 可靠 | 填料易堵塞 | 喷咀易堵塞 | | 净化效果 | 好 | 一般 | 一般 | | 防腐 | 易防腐 | 易防腐 | 易防腐 | | 维修 | 不经常 | 较经常 | 较经常 |
6、结束语
组合式旋流板净化塔不但在燃重油锅炉烟气脱硫除尘上取得了成功，而且在治理其他各类废气上同样取得了良好效果。我公司利用这一技术治理的各种功率柴油发电机黑烟、食堂炉燃火烟、石材打磨粉尘、冲天炉窑炉烟气乃至有机废气工程，全部运行稳定、质量可靠，一次验收合格，净化后的废气排放浓度低于国家及省市标准允许值。组合式旋流板净化塔这一先进的脱硫除尘设备，将随着我国经济建设的迅猛发展，发挥出更大的作用。
作者单位：深圳市百斯特环保工程有限公司(end)
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(5/9/2005) |
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