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濕式電除塵器在半干法脫硫系統后的應用
時間:2020-04-26 08:22:06

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摘要:介紹了在半干法脫硫系統之后直接配套濕式電除塵器系統的工程案例,對濕式電除塵器系統的設計參數、系統配置及系統運行情況進行了介紹,整理分析了現場運行的主要參數,提出了運行過程中的有關問題,探討了基于半干法脫硫后濕電系統的除塵脫硫一體化技術,以及實現粉塵和SO2兩個指標都達到超凈排放的思路。

1 前言

某公司有一臺320t/h高溫高壓循環流化床鍋爐,對爐后的煙氣處理采用了一套爐外煙氣循環流化床半干法脫硫系統,配套布袋除塵器進行脫硫灰循環及除塵。近年來因環保要求提高、為滿足煙氣粉塵超潔凈排放要求[1],業主提出在保留使用現有半干法脫硫系統前提下,再上一套濕式電除塵器(以下簡稱濕電)裝置以實現粉塵的超潔凈排放。針對現場實際工況及業主的具體要求,設計并建造了一套濕式電除塵器系統,投運后設備運行穩定,實現了粉塵的超低排放。這是一個集煙氣增濕、超凈脫硫、除塵、除霧、煙氣直排于一體的綜合性系統工程項目,有其特殊性和代表性,本文對該工程的相關工藝流程及運行情況進行了介紹,僅供參考。

2 脫硫系統狀況

現有的脫硫系統配置為:爐內噴鈣+半干法脫硫+脫硫布袋除塵器(脫硫灰循環),脫硫劑采用本地生產的消石灰粉。設計保證燃用實際煤種,含硫量不大于2%,鍋爐320t/h額定出力時,脫硫前SO2濃度4000mg/Nm3,入口粉塵濃度3~18g/Nm3;脫硫后SO2排放濃度≤100mg/Nm3,布袋除塵器出口煙溫≥70℃,粉塵濃度≤30mg/Nm3。

脫硫系統投運后,相關設備運行正常,SO2排放濃度可達到設計要求,粉塵排放濃度在20~30mg/Nm3,布袋除塵器出口煙溫75℃~80℃。上濕電之前,脫硫系統投運已2年,袋除塵器出口粉塵濃度為30~50mg/Nm3。

3 濕電系統設計概況

新上濕電系統項目主要包括:在現有引風機后凈煙氣煙道外側的空地位置上,布置相關煙道、濕式電除塵及直排煙囪,包括煙氣進口煙道、煙氣增濕系統、濕式電除塵器、二次除霧裝置、煙氣直排煙囪、CEMS檢測裝置等,涉及現有建筑物的拆、改、復等,同時增加現有凈煙道到煙囪的切換裝置,可將進入濕電的煙氣完全切入現有煙囪排放。主要設計參數及保證值要求見表1。

根據項目現場的實際情況,最終確定了濕電系統實施方案,系統流程示意見圖1。

(1)煙氣調節/分配系統

現有脫硫系統出口煙氣通往廠內砼煙囪直接排放,超凈改造后的煙氣將通過濕電頂部的煙囪直排,業主要求在濕電系統檢修時不影響脫硫系統的運行,在主機超負荷等特殊情況下能實現部分煙氣走煙囪排放,這就要求在濕電前的煙道和通往煙囪的煙道上各增加一套電動調節擋板門裝置及配套密封系統,接自脫硫后的煙道,新增一段煙道及變徑段,以將煙氣接入濕電系統,布置樓梯平臺、人孔門及濕電前煙氣檢測口。

(2)煙氣增濕系統

半干法脫硫系統運行時,脫硫煙氣的濕度不能滿足濕式電除塵器內進行微量超細粉塵收集的需要,需在進入濕電電場之前進行煙氣增濕降溫處理;在脫硫系統不運行時,煙氣溫度較高(正常在130℃~150℃),不能直接進入濕電內部,否則濕電內部的玻璃鱗片、FRP、FRPP等材料將被高溫損壞,這也需要煙氣降溫處理。煙氣增濕系統布置在濕電的下方合適位置,主要包括煙氣均布和調節板裝置、補水箱、循環水池、廢水池、循環水泵、廢水泵、增濕噴淋層、控制閥門和管道系統等。

(3)濕煙氣超凈除塵(濕電)

增濕降溫后的煙氣經電場前氣流分布板進入濕電電場區域,煙氣中的粉塵和霧滴在電場內被捕集。電場極配采用正六邊形截面的陽極管配整體高效芒刺型極線。陽極管材質為CFRP(導電碳纖維復合玻璃鋼管);陰極線及陰極小梁均采用2205材質,以滿足脫硫后濕煙氣在腐蝕環境中長期使用的需求;電場高壓供電采用2臺1.6A/80kV規格的高頻恒流源供電裝置。

(4)二次除霧裝置

煙氣通過濕電之后、直排煙囪排出之前,通過特殊設計的機械除霧裝置,在確保較低阻力的前提下,對濕電出來的煙氣進行機械式除霧,減少外排煙氣中水汽夾帶。

(5)直排煙囪

濕電及二次除霧裝置之后的煙氣不再進入現有的煙囪,要求直接外排,直排煙囪布置在濕電及二次除霧裝置之上,頂標高60米,內壁防腐(玻璃鱗片),外壁油漆(面漆紅白相間),直排煙囪外部合適高度上設煙氣在線監測裝置預留口及其步梯平臺。

4 濕電系統運行情況

濕電系統建成投運后,各子系統及配套設備運行正常,排放指標達到合同要求并能持續保持穩定。根據直排煙囪上安裝的環保局CEMS記錄數據,以2017年5月25日全天的運行記錄數據為例,統計各項監測數據的最小值、最大值和平均值,結果見表2。

根據表2數據,以平均值計算及對比技術協議要求進行分析:

1)出口煙氣流量42.88萬m3/h,僅考慮出口溫度折算約34.55萬Nm3/h,對應本項目320t/h鍋爐是運行在較高出力工況,當時鍋爐運行在90%~100%滿負荷狀態;

2)系統總阻力(從對接煙道入口到直排煙囪出口)為432Pa,滿足協議要求的小于650Pa;

3)進口溫度84.9℃(已高于合同規定的脫硫運行時75℃~80℃范圍),出口溫度65.8℃,煙溫下降了19.1℃,煙氣增濕系統作用明顯。在將煙氣增濕到飽和的同時還降低了煙溫,對濕電內部件起到了很好的保護作用;

4)粉塵排放濃度1.5mg/Nm3,低于協議要求的5mg/Nm3,實現了粉塵超低排放;

5)SO2排放濃度18.6mg/Nm3,較干法脫硫后有了一定的降低,多數時段在25mg/Nm3以下;

6)高壓電源運行參數不高,二次電壓41kV、二次電流460mA左右,與額定值(1600mA/80kV)相差較遠,主要的原因是,高壓電源在運行時設置限流(設定二次電流限制在500mA以內),這是考慮在確保粉塵排放達標的前提下盡量省電節能運行。期間曾短時調整二次電流限流到700mA,二次電壓上升到47kV左右并保持穩定,隨后又調回500mA限流值,二次電壓也隨之降到41kV。

濕電系統運行現場見圖2。

結語

該項目建成投運后各項性能指標均滿足技術協議要求,系統運行正常并持續保持穩定,實現了工程建設目標。運行過程中發現煙氣中SO2協同脫除達到超凈排放現象,對此進行了初步的分析和探討。

半干法脫硫系統運行穩定,SO2排放濃度按設計指標為≤100mg/Nm3。濕電系統出口SO2排放濃度多數時段已在25mg/Nm3以下,較干法脫硫后的設計值有了較大的降低,也已達到超凈排放指標。

濕電系統能有“二次濕法脫硫”的作用,主要原因估計來自于半干法脫硫出口煙氣夾帶的微量脫硫劑粉塵(消石灰粉),進入煙氣增濕系統時,溶入噴淋液滴,進入循環水中或直接參與了脫硫反應。主要的反應機理為[3]:

SO2+ H2O → H+ + HSO3-

Ca(OH)2 → Ca2+ + 2OH-

Ca2+ + HSO3- + H2O → CaSO3· H2O + H+

2H+ + 2OH- → 2H2O

2CaSO3· H2O + O2+ 3H2O → 2CaSO4·2H2O

現場多次檢測循環水池中的循環水,pH值均在4~5,呈弱酸性,說明半干法脫硫后煙氣中的酸性氣體有相當一部分已被煙氣增濕系統噴淋捕集。若在循環水池中加入一定量的堿性物質如NaOH、Ca(OH)2等,煙氣增濕系統噴淋時將形成一定濃度的“脫硫漿液”,理論上可以實現SO2穩定持續地超凈排放,達到“除塵脫硫一體化”雙超凈效果,但在廢水處理方面負荷會有所加重。目前濕電系統運行時的廢水量較少,按要求用廢水泵輸送到業主現有的廢水處理系統內,對其影響較小。

利用濕電系統裝置進行“除塵脫硫一體化”的深化煙氣處理,涉及到濕法脫硫相關系統的設計及整個系統運行上的協調性、穩定性等,是一個有待深入研究的課題。



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