锅炉的烟气净化

三、烟气脱硫 烟气中的硫分是以SO2和SO3的形式存在，所以从技术上说，要想去除它是比较简单的。这是现在研究比较多，较有 前途的脱硫方法，但是，对工业锅炉来说，要达到投资少、效果好的脱硫目的，也是不容易的。烟气脱硫方法又可 分为抛弃法和回收法两大类。 回收法可以回收硫，回收法是用吸收剂吸收或咐除SO2。烟气中SO2被回收，转化成可出售的副产品如硫磺、H2SO4 或浓SO2气体。回收效果较好，但是流程较长，设备多，投资大，效率低，成本高。一般按使用吸收剂的形态和处 理过程的不同，又将回收法分为干法烟气脱硫、半干法烟气脱硫和湿法烟气脱硫三类。 抛弃法是将吸收剂与SO2结合，形成废渣，其中包括烟灰、CaSO4、CaSO3和部分水，没有再生步骤，废渣被抛弃或 者做填坑处理。抛弃法只是将空气污染物变成固体和液体废料，污染问题却没能得到彻底解决，这是抛弃法的最大 问题。抛弃法分为喷雾干燥烟气脱硫和灰石湿法脱硫，这两种方法对工业锅炉特别适用。 喷雾干燥烟气脱硫，是把石灰粉加水搅拌成石灰乳液，经喷雾器化成细雾进入脱硫干燥塔，与烟气充分接触，在塔 中SO2同Ca(OH)2发生反应，生成的CaSO3与CaSO4颗粒物随烟气带入除尘器而被排除，使烟气得到净化。这种方法 系统简单、投资小、只要雾化和脱硫塔设计，运行良好，可得到较高的脱硫效率。适用于各种容量的锅炉，在国内 已有应用。系统较简单，脱硫效率为70%～80%，钙硫比低（Ca/s=1.4～1.5），但存在占地面积大，喷雾枪、灰浆泵 磨损严重，吸收塔内易集灰结垢等问题。 石灰湿法脱硫，是以石灰水为吸收剂，在脱硫塔内，烟气与吸收液充分接触反应，最后生成硫酸钙与亚硫酸钙水溶 液，通过吸收、固液分离等工艺过程，达到脱硫的目的。经过沉淀分离出来的清水，仍含有一定量的石灰，循环使 用，但系统中设备及管道易结垢。为减轻洗涤设备的负荷，含尘烟气在进入洗涤器之前，须先除尘。洗涤后排出的 低温烟气须提温后排放。该脱硫方法适用于大容量锅炉，在国内已有应用。脱硫效率90%～95%，技术可靠，工艺系 统完整，钙硫比低（Ca/s=1.2～1.3），脱硫效率高，并可获得副产品——石膏。但投资很大，占地面积大，系统复 杂，运行成本高，对管理要求严格。 除此之外，在流化床锅炉中，煤与脱硫剂混合燃烧，可直接脱硫，不需要设置投资很大的烟气脱硫装置，即能达到 脱硫的目的。






3、立式多管旋风除尘器 立式多管旋风除尘器是由若干个单个产式旋风子烟气进、出管，烟气 分配室及贮灰斗组成，它们组合在一个壳体内，其结构如图8-4所示。 当含尘烟气通过螺旋型或花瓣型导向器进入旋风子内部时，使含尘烟 气产生旋转，在离心力作用下，尘粒被抛到壳内壁沿内壁下落到贮灰 斗，经锁气器排出。而净化的烟气在引风机的作用下，形成上升的内 蜗旋气流，经排气管汇于排气室后排走。 这种除尘器的优点是可以处理较大的烟气量，并具有较高的除尘效率， 多个旋风子组成一个整体，便于烟道的联接和设备的布置。缺点是耗 费的钢材和铸铁量大，且易于磨损，这种除尘器除尘效率可达92%～ 95%，阻列车长为500～800Pa。 4、立式双旋风除尘器 下图为立式双旋风除尘器结构示意图。
§8.2 工业锅炉除尘技术


工业锅炉烟气除尘中，采用了各种各样的分离装置，实质就是利用不同的作用力（包 括重力、惯性力、离心力、扩散附着力、电力等）达到将颗粒从烟气中分离和收集的 目的。从含尘气流中将灰尘分离出来并加以捕集的装置称为除尘装置或除尘器。除尘 器是除尘系统中的主要组成部分，其性能如何对全系统的运行效果有很大影响。 锅炉常用的除尘器种类很多，其分类方式见讲义表8-4。 下面介绍几种供热锅炉常见的除尘器。 一、旋风除尘器 旋风除尘器是一种能使含尘烟气作旋旋转运动，从而使灰尘在离心力的作用下从含尘 烟气中分离出来的一种设备。 XZZ型 旋风除尘器结构 示意图 工作原理 含尘烟气以20m/s的速度切向进入除尘器外壳和排气管之间的环形空间，形 成一股向下运动的外旋气流。这时，悬浮在其中的尘粒在离心力作用下被甩向筒壁， 并随烟气一起沿着圆锥体向下运动沉入除尘器底部进入除灰室。由于气流旋转和引风 机的抽吸，在旋风筒中心产生负压，使运动到筒体底部的已净化的烟气改变流向进入 筒体中部形成上旋气流从除尘器上部的排气管排出。 优点：结构简单，投资少，除尘效率较高，阻力小（一般为200～1000Pa），消耗动力 较少，适应性强、运行操作管理方便。 缺点：对于粒径很细的粉尘（小于10μm）除尘效率低，磨损较大。


这种除尘器是由一个大旋风蜗壳和一个小旋风分离器组成。含尘烟气 切向进入大旋风蜗壳后，在旋转离心力的作用下，尘粒被甩向大蜗壳 的内筒壁，当烟气旋转到270°时，约15%～20%的含尘浓缩的烟气流 从大旋风筒进入小旋风分离器，进一步净化。未进入小旋风的内层烟 气，一部分进入平旋蜗壳，在芯管中继续旋转分离，另一部分通过芯 管与筒壁之间的间隙与新进入除尘器的气流汇合，形成二次回流，以 增加细尘粒被捕集的机会。这两部分气流净化后，沿高度方向经导流 叶片进入蜗壳型大旋风排气芯管，并与小旋风分离器上的排气在芯管 内汇合后一同排出除尘器，灰尘则分别收集在大、小旋风筒下部的灰 斗中，定期排放。 该除尘器属于直流式旋风除尘器，烟气路程较短，阻力小，同时采用 了下排烟结构，便于与引风机连接，除尘效率为88%～92%，阻力为 608～715Pa，适用于容量为1～20t/h的锅炉除尘。
§8.3 锅炉脱硫技术

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锅炉脱硫主要技术措施是：煤燃烧前脱硫、煤在燃烧过程 中脱硫和烟气脱硫等三种途径。 一、煤燃烧前脱硫 采用低硫燃料或对燃料进行脱硫处理，因为受低硫燃料资 源缺乏和燃料脱硫处理费用昂贵的限制，应用起来有一定 的局限性。洗煤和煤气化后脱硫是经常用的方法，这两种 方法在工业锅炉中应用较难。 二、煤在燃烧过程中脱硫（炉内脱硫） 型煤固硫和向锅炉炉膛直接喷固硫剂是常用的方法。这两 种方法虽然在技术上是可行的，但设备投资和运行管理费 用都较大。
第八章 锅炉的烟气净化 §8.1 锅炉污染物排放标准




锅炉所排放出来的烟尘是造成大气污染的主要污染源之一。 一、锅炉烟尘组成与危害 （一）烟尘的组成 锅炉燃烧产生的烟尘由气体和固体两部分组成。 1、气体中除了CO2、水蒸气、N2、O2外，还有CO、SOx、NOx等有害气体。 2、固体主要是被气体夹带的灰泣和未燃尽的炭粒，构成了“尘”。 ①粒径小于10μm的颗粒可以长期漂浮在空中，称为飘尘。 ②粒径大于10μm的颗粒能较快的沉降，称为降尘。 （二）烟尘的危害 1、对人体的危害 烟尘刺激人体的呼吸道，造成气管炎、支气管炎哮喘、肺气肿、肺心病、肺癌等 病症。 2、对植物的危害 烟尘能够使植物的光合作用减弱，造成植物叶片褪绿，农作物产量降低，园林受 害。 3、对空气的危害 烟尘能够使空气污染，降低空气的可见度，增加交通事故。 另外，SO2、SO3浓度超标会诱发人体呼吸道疾病，会腐蚀工业设备和构筑物，严重的会造成酸雨， 破坏植被、森林、庄稼和生态平衡。而NO、CO等有害气体，被吸入人体后，会使人缺氧而麻痹和 痉挛。NO2本身毒性比NO和SO2都强，不仅对人体局部有危害，而且对各种器官和造血组织都有损 害。 总之，燃料在锅炉内燃烧后产生大量的烟尘、硫和氮的氧化物等有害气体，这些有害物排放到大气 中，严重污染周围大气环境。尤其工业锅炉大多集中在城市和市郊区，又属于低空排放，对工农生 产、人民生活、人体健康、环境、生态及经济都会造成极大危害。


（一）管式水膜除尘器 管式水膜除尘器是一种阻力较小、构造简单、维修工作量小，投资省， 除尘效率较高的洗涤式除尘器，主要由水箱、管束、水封式排水装置 等组成，见图8-7。 在除尘器的顶部设置一只水箱，经过控制阀适当调节和控制出水量， 水沿小管流入直径较大的管子内，并从大管上端（大管的下端封闭） 溢流出来，沿着大管外壁均匀地向下流动，形成薄薄的一层水膜。此 时，当含尘烟气经过被水膜所包裹的垂直交错布置的管束时，烟气的 流向不断地改变，在惯性力的作用下灰粒不断与管壁碰撞，从而被管 外水膜所粘附，灰粒随着水流经过水封式排水沟流到沉淀池中。 按照供水方式的不同，管式水膜除尘器可分为上水箱式和压力式两种， 而上水箱式是一种较好的布置方式，压力式水膜除尘器只有在除尘器 的顶部设置水箱有困难时才考虑采用。






（二）旋风水膜除尘器 旋风水膜除尘器俗称捕滴器，按着烟气在除尘器中的流动方向又可分为立式和卧式旋风水膜除尘器 两种类型。 1、立式旋风水膜除尘器 为解决除尘器的防腐蚀问题，用于锅炉烟气除尘的立式旋风水膜除尘器通常采用某种耐腐蚀材料制 成，其中，采用耐磨耐腐蚀材料麻石（花岗岩）制成的麻石水膜除尘器应用最为广泛，其结构如图 8-8所示。 含尘烟气由除尘器的下部的进口以较高的流速切向进入圆柱形筒体，形成急剧旋转上升的气流，在 旋转气流所产生离心力的作用下，尘粒被甩向筒壁，并被在筒壁上自上而下流动的水膜所湿润、粘 附和捕集，然后随水流流入锥形灰斗，经水封池和排灰沟冲到沉淀池，净化后的烟气由除尘器上部 的出口排出，进入引风机。 这种分离方式分离出来的烟尘不可能再被烟气第二次带走，所以除尘效率较高，可达95%左右，对 于捕集5μm以下的细微灰粒是比较有效的。同时，还能部分的清除烟气中的SO2和SO3，因此该除尘 器的排水呈酸性，筒体采用麻石材料主要是防止腐蚀，对除尘后的含酸废水要配置处理装置进行必 要的处理。 近几年，麻石水膜除尘器的应用和研究又取得新的进展，如旋风筒体采用倒锥体结构，有利于提高 除尘效率；净化后烟气采用轴向引出方式，可以减少烟气带水；在除尘器出口烟道内加装叶片式导 流器，有利于大幅度降低除尘器的压力损失。



2、卧式旋风水膜除尘器 卧式旋风水膜除尘器的结构主要由横截面为倒梨形的横置筒状外壳，类似于 外壳形状的内筒、外壳和内筒之间布置的螺旋导流叶片、灰浆斗等组成，见 图8-9。 当含尘烟气由烟气进口以较高的速度沿着切向方向进入除尘器后，并沿外壳 和内筒之间的螺旋导流片作旋转运动前进，烟气多次冲击水槽中的水面，使 得其中部分粗大灰粒由于惯性作用被沉积于水中，而细灰粒烟尘被烟气多次 冲击水面溅起的水泡、水珠所湿润，凝聚，并在螺旋运动中受离心力的作用 加速向外壳内壁移动，被水膜所吸附。被捕集的灰粒依靠自身的重力而沉淀， 并通过灰浆斗排出除尘器。 净化的烟气通过檐板或经旋风脱水后进入引风机。 该除尘器具有除尘效率高，压力损失较小，构造简单、操作与维修方便、耗 水量小、耐磨损等优点，但因其体积大，导致钢耗和占地面积较大；易产生 积灰，导致除尘效率的不稳定；湿灰的粘性较大，易产生堵塞的问题。另外， 考虑防腐，对金属表面要采取防腐措施。






二、锅炉烟尘排放标准 锅炉烟尘排放标准是以保证人体健康、防止环境污染和确保生态系统 不受破坏为目标，为保护和改善环境而对锅炉烟尘排入大气环境的数 量所作出的限制规定。锅炉的烟尘浓度是指每立方米排烟体积中含有 烟尘的质量。 锅炉烟尘最高允许排放浓度和烟气黑度、SO2和Nox的最高允许排放 浓度、燃煤锅炉烟尘初始排放浓度，按《锅炉大气污染物排放标准》 （GB13271—2001）执行，见讲义表8-1、表8-2、表8-3。 在实际燃烧过程中，要使燃料全部燃烧是不可能的，要让烟气中一点 飞灰也没有是做不到的。一般说的消烟除尘，是指将烟气的黑度、含 尘量和其他有害物质降低到不会导致污染环境和危害人体健康的程度。 锅炉排出烟尘的初始浓度与燃烧方式、煤质、锅炉炉型及运行管理等 多种因素有关。要达到烟尘的排放标标准，就要进行消烟除尘。 消烟：消除烟气中的黑烟，降低烟气中的SO2、SO3的含量，使烟气 得到净化。 除尘：降低烟气中的含尘量。





二、湿式除尘器 温式除尘器种类很多，有喷淋塔、冲击式除尘器、文丘里 洗涤器、泡沫除尘器和水膜除尘器等。 优点：结构简单、造价低、金属用量少、投资少，除尘效 率较高，并有降沉和加添加剂处理烟气中SO2的作用。 缺点：具有粘结性，烟尘容易堵塞设备，对污水要防冷冻 和进行处理。 目前，国内的工业锅炉中常用的湿式除尘器是水膜除尘器。 水膜除尘器分管式水膜除尘器和旋风水膜除尘器两种类型。 这种除尘器除尘效率较高，约90%～95%，阻力较小，约 为400～900Pa，结构简单，工作可靠，在工业锅炉和中、 小型燃煤电厂中使用广泛。它适用于大型层燃炉的烟气除 尘，小型煤粉锅炉和流化床锅炉也常采用水膜除尘器。
XZZ型 旋风除尘器结构 示意图


目前常用的旋风除尘器有XZZ直锥型、PWC型平面旋风除尘器以及多管旋风 除尘器等。 1、立式旋风除尘器 右图为XZZ型旋风除尘器结构示意图。XZZ型除尘器本体由烟气进口管、直 通型旁室、反射屏、直筒形锥体及烟气排出管等组成。 考虑到切向进入除尘器的含尘气流会在除尘器顶部形成上灰环，从而可能在 排气管入口处与净化烟气的上旋气流混合，形成“返混”而降低除尘效率， 故采用可了直通型旁室，将上灰环的含灰气流旁室引筒体的锥体部分，灰粒 则下落至下灰斗。 为消除下灰环的形成，同时为减轻锥体部分的落灰端的磨损和粗颗粒粉尘的 反弹现象，采用了接近直筒形的锥体结构。 XZZ型除尘器结构简单，体积小、除尘效率高，适用于中小型锅炉的烟气除 尘。 2、卧式旋风除尘器 卧式旋风除尘器采用了蜗壳扭底板特殊结构，而蜗壳采用了对数螺旋线形， 如下图所示。该除尘器除尘效率可达92%，除尘器阻力为725Pa左右。该除尘 器适用于1～4t/h的层燃锅炉的烟气除尘。