CN102847400B - 一种用于中小型燃煤锅炉的烟气除尘脱硫系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于中小型燃煤锅炉的烟气除尘脱硫系统，包括与锅炉直接连接的除尘装置，和与所述除尘装置相连的废水冷却沉淀循环装置，其中，与除尘系统紧密相连的两大水循环系统是废水冷却沉淀循环系统和文丘里洗涤液深度除尘预脱硫系统。本发明还可进一步包括脱硫液加料结晶循环装置。本发明的除尘脱硫装置结构简单，成本低廉，除尘效率高达99％，脱硫效率高达90％以上，同时灵活多变的布局设计，专门用于中小型燃煤锅炉脱硫设备的现场改造。

Description

一种用于中小型燃煤锅炉的烟气除尘脱硫系统

技术领域

本发明涉及环保脱硫领域，具体涉及一种专用于中小型燃煤锅炉的烟气除尘脱硫装置。

背景技术

我国大量的中小型燃煤锅炉均面临脱硫问题，脱硫任务十分艰巨。全世界的脱硫技术已经超过上百种，但是能够有效应用到工业上的只有十来种。目前的脱硫技术由于技术不过关，脱硫效果不佳。如根据上海市地方标准DB31/387-2007《锅炉大气污染物排放标准》中关于二氧化硫排放量的要求，折算出对脱硫设备的脱硫率要求一般为大于60％，可见，对于中小型燃煤工业锅炉，一般脱硫技术的脱硫效果皆不尽如人意。

目前，我国的中小型燃煤锅炉大部分采用的是水幕除尘脱硫，该方法耗水量极大，除尘效果较佳，脱硫效果很差，脱硫率一般为40％左右，并且二氧化硫溶于水后流入江河，造成二次污染，所以该方法并未从根本上解决中小型燃煤锅炉的脱硫问题。在沿海发达地区，例如上海，一部分燃煤锅炉采用钙基脱硫剂(如石灰-石膏法)，往往会造成管道堵塞、风机腐蚀等一系列问题，致使一般企业难以承担；另一部分燃煤锅炉采用强碱脱硫剂(氢氧化钠法)，该法基本解决了管道堵塞的问题，但是脱硫剂氢氧化钠成本昂贵，分机腐蚀更加严重，脱硫后的沉淀物随污泥一起运往烧砖厂，造成二次污染。因此找到一种低运行成本高脱硫率，并且无管道堵塞无二次污染的技术，脱硫副产品又能资源化，商品化，并且还能盈利，将极大地调动企业脱硫的积极性，必将使企业由被迫治理转为主动治理，这种技术就是专用于中小型燃煤锅炉的烟气湿法氧化镁脱硫技术。

我国氧化镁的储量十分可观，目前已探明的氧化镁储量约为160亿吨，占全世界80％左右且品质优良，因此氧化镁完全能够作为脱硫剂应用于通用中小型燃煤锅炉的脱硫系统。

氧化镁脱硫原理：利用氧化镁浆液对烟气中SO₂进行吸收，可生成含结晶水的亚硫酸镁和硫酸镁。

其反应过程如下：

氧化镁浆液的制备：MgO+H₂O →Mg(OH)₂

SO₂的吸收反应：Mg(OH)₂+SO₂+5H₂O→MgSO₃·6H₂O↓

MgSO₃+SO₂+H₂O→Mg(HSO₃)₂↓

Mg(HSO₃)₂+Mg(OH)₂+10H₂O→2MgSO₃·6H₂O↓

吸收过程发生的主要副反应(氧化反应)：

Mg(OH)₂+SO₃+6H₂O→MgSO₄·7H₂O↓

现有的镁法脱硫设备，虽然有的脱硫效率较高，但是设备投资大，运行费用高。如三菱重工的几套镁法脱硫设备，脱硫效率可达80％-90％(郭如新，从国外镁法烟气脱硫的研发进程看国内发展前景.硫磷设计与粉体工程，2009，(2))。

目前，广泛应用于中小型燃煤锅炉的烟气除尘脱硫工艺，特别是湿法除尘脱硫工艺，其在具体应用当中存在以下缺点：

1)现有脱硫装置，脱硫率低，运行成本高，极易造成二次排放污染。

2)采用氢氧化钠作为脱硫剂，风机腐蚀相当严重，每年风机需要大修一次甚至报废；脱硫剂价格昂贵，4000元/吨的均价使很多企业难以承担，并且价格还在持续上涨中。

3)排放烟气带水问题严重。除雾装置效率低，堵塞严重，清洗困难。

4)现有脱硫装置汽液接触时间短，反应不充分，脱硫剂浪费严重。

5)脱硫系统管道、器壁结垢严重，容易造成管路堵塞。

6)现有除尘装置，直接用水雾进行除尘，耗水量极大。

7)现有脱硫装置，绝大部分未进行废水再利用，水资源浪费严重。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题是提供一种专用于中小型燃煤锅炉的除尘脱硫装置。该装置应具备设备成本低，运行成本低，除尘率高，脱硫率高的特点。

本发明的技术方案是：一种用于中小型燃煤锅炉的烟气除尘脱硫系统，包括与锅炉直接连接的除尘装置，和与所述除尘装置相连的废水冷却沉淀循环装置，

所述除尘装置包括依次连接的多管旋风除尘器、引风机和文丘里洗涤管；

所述废水冷却沉淀循环装置包括：锅炉、位于锅炉下方的煤渣冲洗池、与所述煤渣冲洗池相连的三级地池、连接在所述三级地池上的地沟，所述地沟与煤渣冲洗池相连形成循环；

所述脱硫系统还包括文丘里洗涤液深度除尘预脱硫装置，所述装置由文丘里洗涤管与所述废水冷却沉淀循环装置中的地沟和三级地池相连接形成循环；所述文丘里洗涤管与脱硫塔相连。

本发明的除尘系统为二次除尘系统，该系统主要包括用于干法除尘的多管旋风除尘器和进行湿法深度除尘文丘里洗涤管。

根据本发明所述的用于中小型燃煤锅炉的烟气除尘脱硫系统，较好的是，所述烟气除尘脱硫系统还包括脱硫液加料结晶循环装置，所述脱硫液加料结晶循环装置包括：连接成循环回路的脱硫塔和结晶池，位于所述结晶池上的自动加料机，以及与所述结晶池相连的清水罐。在结晶池和地沟上还可进一步设有pH在线检测仪。结晶池内的脱硫液可根据需要流入废水冷却沉淀循环装置的地沟中，也可不接入废水冷却沉淀循环装置中。

优选的是，所述地沟内置有一曝气装置；所述结晶池内置有一曝气装置。因为地沟属于文丘里洗涤液深度除尘预脱硫装置的一部分，即所述文丘里洗涤液深度除尘预脱硫装置还可包括一曝气装置；结晶池属于脱硫液加料结晶循环装置的一部分，即脱硫液加料结晶循环装置还可包括一曝气装置。

曝气装置的作用是使不稳定的亚硫酸镁氧化成硫酸镁，防止亚硫酸镁分解造成二次污染。加入曝气装置，可以加快硫酸镁的形成，使氧化镁的活性显著提高，达到脱硫率稳定可靠的效果。

根据本发明所述的用于中小型燃煤锅炉的烟气除尘脱硫系统，在一个优选的实施方案中，所述多管旋风除尘器与所述锅炉间连接有一省煤器。使用省煤器可以更进一步节省能耗。

在一个优选的实施方案中，在所述煤渣冲洗池、结晶池、地沟和三级地池的液体流出口设置有过滤网。

进一步地，所述过滤网可以为不锈钢或塑料材质。更进一步地，所述过滤网的密度为60目～100目。

这些过滤网构成了本套脱硫装置的过滤排渣防堵系统，可以在脱硫时进一步保证流体畅通；停机时，开阀把脱硫塔管道内液体排入地沟，保证管道内无残留液体；停机时，把清水罐的清水抽入脱硫塔，冲洗管道、喷头和塔体，保证管路与喷头无积垢堵塞。

根据本发明所述的用于中小型燃煤锅炉的烟气除尘脱硫系统，较好的是，所述废水冷却沉淀循环系统的入水口为锅炉的煤渣冲洗池。

洗煤渣水具有很强的碱性(PH＝10～11)，通入文丘里洗涤管可以对烟气进行预脱硫。

在一个优选的实施方案中，在所述文丘里洗涤液深度除尘预脱硫装置中，所述文丘里洗涤管的出水口与废水冷却沉淀循环装置中的地沟相连；所述废水冷却沉淀循环系统中的三级地池下游与所述文丘里洗涤管的入水口相连。这样，三级地池下游经过沉淀的废水可以作为文丘里洗涤管中的洗涤液用于喷洗烟气，对烟气进行深度除尘，降温和预脱硫，喷洗完烟气的液体流入地沟上游，与引来的洗煤渣废水酸碱中和，再从地沟下游溢流入三级地池冷却沉淀，从而构成文丘里洗涤液深度除尘预脱硫循环装置。当然，也可以将其他水源引入文丘里洗涤管中，作为起到深度除尘，降温和预脱硫作用的洗涤液的来源。

进一步的，所述脱硫塔的排气口连接有除雾器，所述除雾器上端连接有烟囱，所述除雾器的排水口与地沟相连。除雾器的作用是可以进一步减少蒸汽的排放。除雾器可以采用独立的丝网除雾器，独立的丝网除雾器保证了水量损失较少，不易堵塞，清洗方便。

根据本发明所述的用于中小型燃煤锅炉的烟气除尘脱硫系统，更进一步地，所述多管旋风除尘器与引风机间设有一烟气换热器；所述烟气换热器同时连接在所述除雾器与烟囱之间。

本发明的用于中小型燃煤锅炉的烟气除尘脱硫系统，主要包括与除尘系统紧密相连的两大水循环装置，即废水冷却沉淀循环装置和文丘里洗涤液深度除尘预脱硫装置。另外，还可进一步包括脱硫液加料结晶循环装置，进一步参与深度脱硫的是脱硫液加料结晶循环装置。

本发明提供了一种由三大水循环系统组成的烟气脱硫方法，保证了真正废水零排放，水的损失较小，补水较少。以氧化镁作为主脱硫剂(脱除的SO₂约占烟气SO₂总量的60wt％)，洗煤渣水等废水作为副脱硫剂(脱除的SO₂约占烟气SO₂总量的35wt％)，对烟气进行深度除尘和脱硫。结晶产物可提纯为硫酸镁产品出售，洗煤渣水达到了以废(水)治废(气)的目的，两者都降低了运行成本。同时可以进一步用过滤网形成一个过滤排渣防堵系统，可以保证系统通畅。

本发明的有益效果是：

1)三大水循环系统，保证了真正废水零排放，杜绝水污染。

2)利用洗煤渣水作为副脱硫剂，以废(水)治废(气)，节省主脱硫剂资源。

3)独立的丝网除雾器保证了水量损失较少，不易堵塞，清洗方便。

4)结晶产物提纯后得到硫酸镁产品，降低运行成本。

5)采用自动加料机与PH在线检测仪，实现脱硫剂的加入量随PH的变化而变化。在稳定脱硫率的同时，节省了人力以及脱硫剂的使用量，并有效防止脱硫剂氧化镁过量加入时形成沉淀。

6)采用特别设计的过滤排渣防堵系统，过滤彻底，排渣方便，防堵性能强，运行可靠性高。

7)设备紧凑，占地面积小(处理4吨锅炉烟气的脱硫设备总占地面积仅为24m²)，耗电量较少。

8)除尘率高达99％，脱硫率高达90％以上。

9)灵活多变的布局设计，可用于不同吨位锅炉脱硫设备的现场改造。

10)适应性好，适应负荷变化、烟气成分变化、煤的含硫率变化。

附图说明

图1是本发明烟气除尘脱硫系统的结构示意图。

图中，1.锅炉，2.煤渣冲洗池，3.省煤器，4.多管旋风除尘器，5.引风机，6.文丘里洗涤管，7.脱硫塔，8.曝气装置，9.曝气装置，10.清水罐，11.自动加料机，12.结晶池，13.地沟，14.三级地池，15.除雾器，16.烟气换热器，17.烟囱。

图2是本发明的废水冷却沉淀循环装置示意图。

图3是本发明的文丘里洗涤液深度除尘预脱硫装置示意图。

图4是本发明的脱硫液加料结晶循环装置示意图。

图5是脱硫率和除尘率随周期数的变化示意图。

具体实施方式

实施例1：

本发明除尘脱硫的基本流程是：从燃煤锅炉1烟道出来的烟气首先进入省煤器3再进入除尘系统中的多管旋风除尘器4进行干法除尘，经除尘后的烟气先进入烟气换热器16后再进入引风机5，经引风机5增压后的烟气进入文丘里洗涤管6，进行深度除尘和降温预脱硫，从文丘里洗涤管6出来的烟气沿塔体切线进入脱硫塔7的下部，经多层喷淋的脱硫液洗涤脱硫后从塔顶出来，再经管道进入除雾器15，除雾后的烟气通过烟气换热器16加热后进入烟囱17排放。

在此过程中，从锅炉排渣口的煤渣冲洗池2流出的废水用管道引入地沟13上游，经地沟13沉淀排出后进入三级地池14，冷却沉淀后利用水泵把地池13下游的一部分水喷入煤渣冲洗池2，从而构成废水冷却沉淀循环系统。

从三级地池14下游抽出一部分水作为文丘里洗涤液喷洗烟气，对烟气进行深度除尘，降温和预脱硫，喷洗完烟气的液体流入地沟13上游，与引来的洗煤渣废水酸碱中和，再从地沟下游溢流入三级地池14冷却沉淀，从而构成文丘里洗涤液深度除尘预脱硫系统。

脱硫液加料结晶循环系统：采用自动加料机11与pH在线检测仪，把脱硫剂氧化镁加入到结晶池的下游，并且加入量随pH的变化而变化。利用水泵把脱硫液抽入脱硫塔7进行雾状喷淋，喷淋后的液体从脱硫塔7底部流入结晶池12，经曝气装置9强行氧化，待溶液饱和后冷却结晶沉淀，从而构成脱硫液加料结晶循环系统。

本发明提供的烟气除尘脱硫系统实施在4t/h燃煤锅炉烟气除尘脱硫系统工程上，其连接方式与图1相同。该4t/h燃煤锅炉需要处理的烟气量为14000m³/h，烟气温度为180℃，烟气中SO₂气体浓度为680mg/m³，烟尘含量为77mg/m³。通过该烟气除尘脱硫系统后排出的烟气温度为90℃，烟气中SO₂气体浓度为30mg/m³，烟尘含量为1.0mg/m³，烟气含水量为3.1g/m³。除尘率为99％，脱硫率为95％。

考察实施例1中的4t/h燃煤锅炉烟气除尘脱硫系统的稳定性。连续运行6周，每周连续运行5天，每天连续运行8个小时。为保持进入脱硫塔的脱硫液PH＝7，每天消耗纯度为90％的氧化镁约30公斤。得到的脱硫率和除尘率随周期数的变化如图5所示。

考察上述4t/h燃煤锅炉烟气除尘脱硫系统的经济性。

每天消耗纯度为90％的氧化镁约30公斤，每天耗电量约为50千瓦，耗水量约为0.5吨。纯度为90％的氧化镁均价约为800元/吨，工业电价为1.2元/千瓦，工业水价为3元/吨。算得一个月(22个工作日)的运行成本(不计人力费用)约为1881元。

平均每周结晶池沉淀物约为90～120公斤，结晶颗粒约为20～30公斤。经检测，沉淀物中硫酸镁约占20％，结晶颗粒中硫酸镁约占90％。若不提纯硫酸镁，仅作为镁肥使用，市场上40％的镁肥约为350元/吨。折算后卖出一个月沉淀结晶产物的收入约为924元。

综合以上估算数据可得，4t/h燃煤锅炉烟气除尘脱硫系统每个月(22个工作日)的实际运行成本(不计人力费用)不足1000元。

实施例2

除缺少省煤器3和烟气换热器16以外，其他同实施例1。本实施例的除尘脱硫系统的除尘率为98％，脱硫率为94％.

Claims (9)

1.一种用于中小型燃煤锅炉的烟气除尘脱硫系统，包括与锅炉直接连接的除尘装置，和与所述除尘装置相连的废水冷却沉淀循环装置，其特征在于：

所述除尘装置包括依次连接的多管旋风除尘器(4)、引风机(5)和文丘里洗涤管(6)；

所述废水冷却沉淀循环装置包括：锅炉(1)、位于锅炉(1)下方的煤渣冲洗池(2)、与所述煤渣冲洗池(2)相连的三级地池(14)、连接在所述三级地池(14)上的地沟(13)，所述地沟(13)与煤渣冲洗池(2)相连形成循环；

所述脱硫系统还包括文丘里洗涤液深度除尘预脱硫装置，所述装置由文丘里洗涤管(6)与所述废水冷却沉淀循环装置中的地沟(13)和三级地池(14)相连接形成循环；所述文丘里洗涤管(6)与脱硫塔(7)相连；

所述烟气除尘脱硫系统还包括脱硫液加料结晶循环装置，所述脱硫液加料结晶循环装置包括：连接成循环回路的脱硫塔(7)和结晶池(12)，位于所述结晶池(12)上的自动加料机(11)，以及与所述结晶池(12)相连的清水罐(10)。

2.根据权利要求1所述的用于中小型燃煤锅炉的烟气除尘脱硫系统，其特征在于：所述地沟(13)内置有一曝气装置(8)；所述结晶池(12)内置有一曝气装置(9)。

3.根据权利要求1所述的用于中小型燃煤锅炉的烟气除尘脱硫系统，其特征在于：所述多管旋风除尘器(4)与所述锅炉(1)间连接有一省煤器(3)。

4.根据权利要求1所述的用于中小型燃煤锅炉的烟气除尘脱硫系统，其特征在于：在所述煤渣冲洗池(2)、结晶池(12)、地沟(13)和三级地池(14)的液体流出口设置有过滤网。

5.根据权利要求4所述的用于中小型燃煤锅炉的烟气除尘脱硫系统，其特征在于：所述过滤网为不锈钢或塑料材质。

6.根据权利要求1所述的用于中小型燃煤锅炉的烟气除尘脱硫系统，其特征在于：所述废水冷却沉淀循环系统的入水口为锅炉的煤渣冲洗池(2)。

7.根据权利要求1所述的用于中小型燃煤锅炉的烟气除尘脱硫系统，其特征在于：所述文丘里洗涤管(6)的出水口与所述废水冷却沉淀循环装置中的地沟(13)相连；所述废水冷却沉淀循环系统中的三级地池(14)下游与所述文丘里洗涤管(6)的入水口相连。

8.根据权利要求1所述的用于中小型燃煤锅炉的烟气除尘脱硫系统，其特征在于：所述脱硫塔(7)的排气口连接有除雾器(15)，所述除雾器(15)上端连接有烟囱(17)，所述除雾器(15)的排水口与地沟(13)相连。

9.根据权利要求8所述的用于中小型燃煤锅炉的烟气除尘脱硫系统，其特征在于：所述多管旋风除尘器(4)与引风机(5)间设有一烟气换热器(16)；所述烟气换热器(16)同时连接在所述除雾器(15)与烟囱(17)之间。