工业废气除尘脱硫技术的进展
随着国民经济的发展能源消耗不断增加,尤其是我国煤炭的大量消耗引起了大气中烟尘和SO2 的严重污染,环境保护工作者对如何减少和控制大气污染进行了大量的研究。大气中的二氧化硫( SO2 )是分布最广,数量最大危害最严重的气体污染物之一,其主要来源有含硫燃料的燃烧,含硫矿物的冶炼,化学工业的废气,也有水泥窑废气排放的SO2 等工业[ 1 ] 。随着环保力度的加强,烟气除尘脱硫技术越来越引起人们的重视。本文主要介绍了国内外烟气除尘脱硫技术的主要方法,简述了各种方法的原理、特点和适用范围,为工业废气除尘脱硫提供参考。
1 工业废气除尘的技术
除尘方式通常概括为两类,一是干法除尘,二是湿法除尘。干法主要包括旋风除尘、静电除尘和袋式除尘。旋风分离装置已有一百年的历史,初期多用于生产过程中的物料回收及气固分离,随着人们环保要求的日益提高,旋风分离广泛地应用于了气体除尘,并对其提高分离效率、降低压力损失、提高耐磨性能等方面进行了大量研究[ 2～3 ] 。静电除尘器是利用静电力将粉尘从气流中除去的一种装置,它具有除尘性能好,能耗低,气流阻力小等优点,并且从低温低压到高温高压均可应用[ 4～5 ] 。袋式除尘器是一种高效的烟尘净化设备,其除尘效率可达99199%。袋式除尘技术对高浓度的烟尘有较好的适应性,可处理的烟尘浓度达1000 g/m3 以上,适用于半干法/干法烟气脱硫和循环流化床锅炉的烟气处理[ 6～7 ] 。
湿式除尘器是利用水形成液网、液膜或液滴与尘粒发生惯性碰撞、扩散效应、粘附、扩散漂移与热漂移、凝聚作用,从废气中搜集分离尘粒,并兼吸收气态污染物的作用。目前国内常用湿式除尘器的有水膜除尘器、喷淋塔、文丘里洗涤器、冲击式除尘器和旋流板塔等[ 6～7 ] 。
2 工业废气脱硫技术
烟气脱硫是指脱除烟气中的SO2。SO2 控制方法多种多样,世界各国研究开发的SO2 控制技术达200多种。这些技术按燃烧过程可分为三大类: ( 1)燃烧前脱硫; ( 2)燃烧中脱硫; ( 3)燃烧后脱硫,即烟气脱硫 ( FGD) 。后一种脱硫技术是目前应用最广、效率最高的脱硫技术。
烟气脱硫按工艺特点可分为干法,半干法和湿法三大类。干法脱硫主要为荷电干式喷射脱硫法、脉冲电晕等离子体法等[ 8 ] ,干法脱硫工艺简单、无污水处理、能耗低且腐蚀性小,但脱硫效率一般比湿法低。半干法脱硫主要为旋转喷雾干燥法、烟道内喷入吸收剂法等[ 9～11 ] ,其特点是:反应在气、液、固三相中进行,具有干法脱硫的某些优点。湿法脱硫主要为石灰/石灰石法、钠碱双碱法、钠盐循环法、碱式硫酸铝- 石膏法等[ 11～13 ] ,其优点是脱硫率高、操作稳定且经验多,但存在着易造成二次污染,脱硫后的烟气需再加热,易造成腐蚀和结垢等问题。
3 工业废气除尘与脱硫一体化技术
除尘脱硫一体化是将高温煤气中的粉尘颗粒和气态SO2 在一个单独的捕集单元中脱除。除尘脱硫一体化装置可概括为干法和湿法两种。目前国内外已开发了大量脱硫除尘一体化装置,主要有水膜除尘器、文丘里旋风水膜除尘器、卧式旋风水膜除尘器、喷淋塔除尘脱硫装置、冲击式水浴除尘器、自激式除尘器、旋流板塔脱硫除尘一体化装置以及高压静电滤槽复合型卧式除尘器[ 14 ]等湿式处理装置。由于除尘脱硫一体化工艺具有投资少、运转费用低、脱硫率适中、操作管理简便、结构紧凑、占地面积小等优点,近年来已被广泛应用。下面介绍几种新型的除尘与脱硫一体化装置:
3.1 多管文丘里烟气除尘脱硫装置
烟体由下向上进入文丘里管,由于离心力作用,尘粒被甩到装置的湿内壁上,然后被溢流堰上流下的碱液洗涤下来。其除尘效果约为85～90% ,脱硫效率达到90%以上。该装置是一种结构简单、高效、高可靠性、低费用的烟气脱硫除尘设备,既适合于新建燃煤(油)锅炉,又适合于已有湿式除尘器增加脱硫功能[ 15 ] 。
3.2 喷流塔脱硫除尘装置
该喷流塔吸收剂从塔下部的管网高速喷出,到达至高点后分散成雾滴下落,与从管网下部进入并穿过管网的烟气充分接触,形成流化层,完成除尘脱硫过程。本技术用于同时脱硫除尘时,在脱硫条件下运行,可达到9916%以上的除尘效率和92%以上的脱硫效率。该装置结构简单、压降小、效率高、生产能力大,适于处理大规模烟气[ 16 ] 。
3.3 湿式旋流烟气脱硫除尘一体化装置
烟气从塔底部切线方向进入除尘脱硫器主体,自下而上与吸收液逆流接触。烟气在旋流板上旋激液体, 把液体分散成较小的液滴,增大了传质效果。气相和液相在接触过程中,气相中的烟尘和二氧化硫在扩散、碰撞的作用下被捕获截留和吸收。液滴和颗粒物又在离心力的作用下,甩向四周的薄液流边界层而被除去。
该装置具有开孔率大、负荷高、压降低、处理能力大、操作弹性大、不易堵塞等优点。对中小型燃煤锅炉的脱硫除尘具有一定的推广应用价值[ 17 ] 。
3.4 SCX2III型湿式除尘脱硫装置
废气经集气罩抽风系统进入袋式除尘器,除去绝大部分废尘后经引风机进入湿式脱硫除尘一体化设备, 除去废气中的二氧化硫及进一步除去粉尘,其余废气经烟囱排出。其脱硫效率为大于85% ,除尘效率大于 80%。该装置综合应用了气液旋转雾化、文丘里、旋流板等先进技术以提高气液传质速率,强化SO2 吸收和除雾功能,具有脱硫除尘一体化、脱硫率高、阻力小等优点[ 18 ] 。
3.5 移动床活性焦烟气脱硫与除尘中式装置
该装置吸附塔结构为错流移动床,烟气流通截面为矩形。活性焦由顶部加入,靠重力自上向下缓慢下移,同时,烟气由活性焦层的一侧连续错流穿过焦层。烟气与活性焦接触时,烟气中的SO2 被活性焦吸附脱除。含尘气体通过该床层时,活性焦床层相当于一台颗粒过滤器,其过滤作用能除去大部分烟尘。其脱硫效率达98% ,除尘效率大于95%。该装置具有设备简单、操作与控制容易、运行稳定可靠、脱硫过程基本无水耗和不对环境造成二次污染等优点[ 19～20 ] 。
4 结语
本文介绍了多种工业废气除尘脱硫技术,其环境效益都十分明显,但一个可行的脱硫工艺还要考虑其综合经济情况。因此,在实际生产中应选择投资省,除尘脱硫效率高,技术成熟,运转费用低,长期运转稳定可靠,不产生二次污染的除尘脱硫技术。
参考文献:
[ 1 ] 单晓云,高志芳,赵树果1燃煤二氧化硫对大气的污染及可行的控制措施[ J ]1矿业安全与环保, 2005, 32 (1) : 302331
[ 2 ] 谷新春,王伟文,王立新,等1环流式旋风除尘器内流场的数值模拟[ J ]1高校化学工程学报, 2007, 21 (3) : 41124161
[ 3 ] Stefen Obermair, JakobWoisetschlager, Gemot Staudinger1 Investigation of the flow pattern in different dust outlet geometrie of a gas scyclone by la2
