除塵

煙氣的脫硫脫硝以及除塵技術(shù)

    摘要：脫硫(Desulfurization)、脫硝(Denitrifica-tion)(亦稱脫硫脫氮)是除去或減少燃煤過程中的SO2和NOx,如何經(jīng)濟(jì)有效地控制燃煤中SOX和NOx的排放量是我國乃至世界節(jié)能減排領(lǐng)域中急需解決的關(guān)鍵問題。本文主要闡述火電廠脫硫、脫硝技術(shù)和脫硫脫硝一體化技術(shù)以及煙氣除塵技術(shù)，并且分析了每種技術(shù)的原理及優(yōu)缺點。

    引言：煤炭是一種重要的能源資源,當(dāng)今世界上電力產(chǎn)量的60%是利用煤炭資源生產(chǎn)的。中國又是一個燃煤大國,一次能源能源76%是煤炭,到2005年我國煤年產(chǎn)量達(dá)20億t,其中一半用于燃煤電廠,燃煤發(fā)電量約占全國總發(fā)電量的70%左右。煤燃燒排放煙氣中含有硫氧化物SOX(主要包括:SO2、SO3)和氮氧化物NOx（主要包括:NO、NO2、N2O3、N2O4、N2O5）,其中SO2、NO和NO2是大氣污染的主要成分,也是形成酸雨的主要物質(zhì)。

    脫硫(Desulfurization)、脫硝(Denitrifica-tion)(亦稱脫硫脫氮)是除去或減少燃煤過程中的SO2和NOx,如何經(jīng)濟(jì)有效地控制燃煤中SOX和NOx的排放量是我國乃至世界節(jié)能減排領(lǐng)域中急需解決的關(guān)鍵問題。本文主要闡述火電廠脫硝技術(shù)和脫硫脫硝一體化的發(fā)展趨勢,有助于推動我國火電廠脫硝和脫硫脫硝一體化技術(shù)的應(yīng)用,以減少燃煤電廠氮氧化物NOx的排放。氮氧化物排放量NOx排放量近70%來自于煤炭的直接燃燒,火力發(fā)電廠是NOx排放的主要來源之一,其中污染大氣的主要是NO和NO2。降低NOx的污染主要有二種措施:一是控制燃燒過程中NOx的生成,即低NOx燃燒技術(shù),亦稱一級脫氮技術(shù);二是對生成的NOx進(jìn)行處理,即煙氣脫硝技術(shù),亦稱二級脫氮技術(shù)。

一、煙氣脫硫技術(shù)

    目前針對燃煤中硫的脫除,國內(nèi)外早已進(jìn)行了大量的研究。從脫硫環(huán)節(jié)上可分為:燃燒前脫硫、燃燒中脫硫、燃燒后的煙氣脫硫。脫硫方法有上百種,但工業(yè)化應(yīng)用的只有十幾種，目前世界上大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用的脫硫技術(shù)是燃燒后煙氣脫硫。煙氣脫硫按其所采用吸收劑介質(zhì)是固態(tài)還是液態(tài)可以分為干法、半干法、濕法。下面介紹幾種典型的煙氣脫硫工藝:

  1、石灰石—石膏法(Wet-FGD)

石灰石—石膏法是以石灰石漿液作為吸收劑,在吸收塔內(nèi)通過石灰石漿液對煙氣進(jìn)行洗滌,并發(fā)生反應(yīng),去除煙氣中的 SO2,反應(yīng)產(chǎn)生的亞硫酸鈣通過強制氧化,能夠生成含兩個結(jié)晶水的硫酸鈣,脫硫后的煙氣從煙囪排放。該工藝是目前世界上技術(shù)Z成熟、應(yīng)用Z廣泛的脫硫工藝,已有三十年的運行經(jīng)驗,其脫硫效率在 90%以上,副產(chǎn)品石膏一般被拋棄處置。然而其缺點也比較明顯:占地面積大,投資和運行費用高,產(chǎn)生廢水、固廢等二次污染。

  2、海水脫硫法

海水脫硫是利用海水的天然堿度來吸收 SO2,海水脫硫裝置投資運行費用適中、工藝簡單、脫硫效率高,但海水脫硫技術(shù)嚴(yán)格受地域限制。根據(jù)現(xiàn)有的工程經(jīng)驗,海水脫硫技術(shù)適用于沿海且燃用低硫煤的電廠[30]。海水脫硫的Z大問題是排海的水質(zhì)是否會對海洋環(huán)境造成二次污染,從已有的數(shù)據(jù)[31]看,海水脫硫后排水水質(zhì)滿足國家標(biāo)準(zhǔn),但脫硫后增加的 Hg 和 As 等物質(zhì)是否會造成海水污染還有待研究,對海水水質(zhì)和區(qū)域海洋生態(tài)環(huán)境是否有影響目前尚有爭議。

  3、雙堿法

    雙堿法主要反應(yīng)步驟可分為:吸收、再生、固液分離。它是以鈉堿(NaOH、Na2CO3)作為吸收液,先吸收煙氣中二氧化硫,再用石灰漿液(Ca(OH)2)再生鈉堿,鈉堿可不斷循環(huán)使用。該法脫硫效率高,裝置占地面積小、吸收劑用量小,且不存在 FGD 法中堵塞、結(jié)垢的問題。然而,由于雙堿法運行成本較高,不適用于大中型鍋爐煙氣的脫硫。

  4、可再生胺脫硫技術(shù)

    可再生胺脫硫技術(shù)屬于濕法回收法,用胺液循環(huán)吸收煙氣中的 SO2,效率可高達(dá) 99%以上。該技術(shù)是依據(jù)汽提原理,利用低壓的蒸汽加熱已吸收了 SO2的胺液,將 SO2氣體從中解吸出來,得到高純度的 SO2氣體可用來制酸或硫磺。再生出的胺液,回流到反應(yīng)系統(tǒng)循環(huán)再用。具有脫硫效率較高,系統(tǒng)操作、維護(hù)簡單可靠優(yōu)點。由于再生蒸汽消耗量較大,能耗成本高,需要有硫磺回收或硫酸等下游配套裝置,有機(jī)胺的抗氧化性、過程中生成的鹽需要很好地解決。

  5、循環(huán)流化床脫硫工藝(LCFB-FGD)

    該技術(shù)工藝的特點是煙氣直接進(jìn)入流化床反應(yīng)塔中與塔內(nèi)脫硫劑反應(yīng),完成脫硫過程。脫硫后的煙氣進(jìn)入電除塵器除塵凈化后,經(jīng)引風(fēng)機(jī)由煙囪排出。該方法系統(tǒng)阻力低,可用率高;占地少,有利于現(xiàn)有電站鍋爐的煙氣脫硫劑技術(shù)改造。然而,脫硫效率相對較低;適應(yīng)范圍較小,脫硫產(chǎn)物基本無法利用。

  6、爐內(nèi)噴鈣爐后增濕活化法(LIFAC)

    半干式煙氣脫硫方法是首先將脫硫劑吹入燃燒爐內(nèi)進(jìn)行第一次脫硫,然后再向活化反應(yīng)器中噴水使它與未反應(yīng)的 CaO 進(jìn)行第二次脫硫。脫硫過程如下:

       熱分解:CaCO3=CaO+CO2  (900℃以上)

       脫硫反應(yīng):2CaO+2SO2+O2=2CaCO4 (800℃~1200℃)

       氫氧化鈣的生成反應(yīng):CaO+H2O=Ca(OH)2

       脫硫反應(yīng):Ca(OH)2+ SO2=CaSO3+ H2O

    該方法具有爐內(nèi)噴鈣法與噴霧干燥法的雙重優(yōu)點,綜合脫硫率可達(dá) 80%左右。反應(yīng)過程無廢水產(chǎn)生,設(shè)備占地面積小,投資運行操作費用低。

二、煙氣脫硝技術(shù)

    脫硝技術(shù)主要分為低 NOX燃燒技術(shù)和燃燒后煙氣脫硝。其中,低 NOX燃燒技術(shù)已經(jīng)在國內(nèi)新建電廠得到廣泛的應(yīng)用,主要方法有空氣分級燃燒、燃料分級燃燒、低氮燃燒、濃度偏差燃燒、煙氣再循環(huán)等。而燃燒后煙氣脫硝是目前發(fā)達(dá)國家普遍采用的減少 NOX排放的方法,具有較高的脫硝效率,應(yīng)用較為成熟和廣泛的有選擇性催化還原法(SCR)、選擇性非催化還原法(SNCR)、電子束法以及熾熱碳還原等技術(shù)。

  1、低 NOX燃燒技術(shù)

    為了控制燃燒過程中 NOX的生成量,采取的措施有:(1) 濃淡二次燃燒技術(shù):降低空氣過剩系數(shù)和氧氣濃度,先使煤粉在缺氧的條件下燃燒;(2)降低燃燒溫度,以防止產(chǎn)生局部高溫區(qū);(3)縮短煙氣在高溫區(qū)的停留時間等。所有措施的目的是盡量減少熱力氮的產(chǎn)生。低氮燃燒法簡單易行,可方便地用于現(xiàn)存裝置,但 NO 的降低幅度十分有限,且燃燒熱損失較多。

  2、選擇性催化還原法(SCR)

    選擇性催化還原法是在催化劑的作用下,―有選擇性‖地與煙氣中的 NOX反應(yīng),將鍋爐煙氣中的氮氧化物還原成氮氣和水。系統(tǒng)中的反應(yīng)過程如下:

       NO 的還原:4NO+4NH3+O2=4N2+6 H2O

       NO2的還原:6NO2+8NH3=7N2+12H2O

       2NO2+4NH3=3N2+6H2O

    與其他技術(shù)相比,SCR 技術(shù)裝置結(jié)構(gòu)簡單、不形成二次污染、技術(shù)成熟、脫硝效率高達(dá) 90%、運行可靠,是目前國際上應(yīng)用Z為廣泛的煙氣脫硝技術(shù)。催化劑失效和尾氣中殘留 NH3是 SCR 系統(tǒng)存在的兩大關(guān)鍵問題。為確保催化劑層的理想條件,避免催化劑中毒、堵塞或磨損,運用 CFD 軟件對 SCR 系統(tǒng)進(jìn)行流體力學(xué)模擬計算,對解決這些問題有所幫助。

  3、選擇性非催化還原法(SNCR)

    SNCR 技術(shù)原理是在無催化劑存在的條件下向爐內(nèi)噴射化學(xué)還原劑使之與煙氣中的 NOx 反應(yīng),將其還原成 N2及 H2O。使用Z廣泛的還原劑為氨或尿素,反應(yīng)溫度在 900～1000℃范圍內(nèi)。其反應(yīng)式為:

       4NH3+4NO+O2=4N2+6H2O

    當(dāng)溫度過高時,NH3將發(fā)生副反應(yīng),生成 NO,反應(yīng)式如下:

       4NH3+5O2=4NO+6H2O

    溫度過低時反應(yīng)速度減慢,所以溫度的控制至關(guān)重要。該工藝不需要催化劑,但脫硝效率較 SCR 低。

  4、混合 SCR- SNCR 脫硝技術(shù)

    SNCR-SCR 脫硝技術(shù)是結(jié)合 SNCR 投資省、SCR 脫除效率高的優(yōu)點所發(fā)展起來的一種新型脫硝工藝,并非只是 SNCR 與 SCR 兩者簡單的組合?；旌?SCR-SNCR 脫硝工藝,Z主要的技術(shù)改進(jìn)是省去 SNCR 工藝煙道內(nèi)復(fù)雜的 AIG(氨噴射)系統(tǒng),并減少了 SCR 技術(shù)中催化劑的用量。該工藝主要分為爐膛和反應(yīng)器兩個反應(yīng)區(qū),首先將還原劑通過位于鍋爐爐墻部位的噴射系統(tǒng),噴入作為第一個反應(yīng)區(qū)的爐膛。此時在高溫條件下,還原劑與煙氣中 NOx 發(fā)生非催化還原反應(yīng),實現(xiàn)初步的脫氮過程。然后,未反應(yīng)完的還原劑進(jìn)入混合工藝的第二個反應(yīng)區(qū),進(jìn)行進(jìn)一步脫氮。

  5、濕法煙氣脫硝技術(shù)

    濕法煙氣脫硝技術(shù)按吸收劑的種類可分為:水氧化吸收法、酸吸收法、堿液吸收法、氧化吸收法、還原吸收法、絡(luò)合吸收法、液膜法等。濕式絡(luò)合吸收法目前仍處于試驗階段,NOX的脫除率較高。但螯合物的循環(huán)利用比較困難,在反應(yīng)中螯合物會有損失,利用率低,造成運行費用很高。

燃煤鍋爐上很少采用濕法脫硝。

三、煙氣同時脫硫脫硝技術(shù)

    燃燒產(chǎn)生的硫氧化物和氮氧化物的濃度都不太高,但總量卻非常大。國內(nèi)外現(xiàn)有煙氣凈化技術(shù)中除塵、脫硫、脫硝往往是在多個獨立系統(tǒng)中分別完成,不但占地面積大,而且投資、操作費用高,并且隨著煙氣脫硫的普及,大氣中氮氧化物危害所占的比例將越來越大。因此,同時脫硫脫硝技術(shù)日益受到各國的重視。

煙氣同時脫硫脫硝技術(shù)主要有三類:煙氣脫硫和煙氣脫硝的組合技術(shù);對現(xiàn)有 FGD 系統(tǒng)進(jìn)行改造增加脫硝功能[37];利用吸附劑同時脫除 SO2和NOx。煙氣同時脫硫脫硝技術(shù)按照其作用機(jī)理可以分為濕法、固相吸收再生法、氣固催化法、吸收劑噴射技術(shù)及高能電子活化氧化法五大類,以下對脫硫脫硝工藝做扼要介紹,

  1、電子束照射法

    電子束照射法(ER 法)屬于干式同時脫硫脫硝的方法。該方法利用陰極發(fā)射并經(jīng)電場加速形成 500～800 keV 高能電子束輻照煙氣產(chǎn)生輻射化學(xué)反應(yīng),生成OH、O 和 HO2等自由基,再和 SOx 和 NOx 反應(yīng)生成硫酸和硝酸,在通入氨氣(NH3)的情況下,產(chǎn)生(NH4)2SO4和 NH4NO3氨鹽副產(chǎn)品。

    在 20 世紀(jì) 70 年代初首先由日木荏原公司提出,經(jīng)過 20 幾年的研究開發(fā),己經(jīng)從小試、中試和工業(yè)示范一步步走向工業(yè)化。具有不產(chǎn)生廢水廢渣;能同時脫硫脫硝,脫硫率 90%以上,脫硝率 80%以上;系統(tǒng)簡單,操作方便,過程易控制;對于含硫量的變化有較好的適應(yīng)性等優(yōu)點。但投資與運行成本比其它方法都要高。

  2、電暈放電法

    半干式電暈放電脫硫脫銷技術(shù)是在脈沖電暈等離子體煙氣脫硫脫銷技術(shù)的基礎(chǔ)上改良而來,將含有SO2和NOX的高溫?zé)煔庖雵婌F塔內(nèi)增濕降溫,然后引入電暈放電煙氣凈化器,施加高電壓,并加入氨氣,在電暈放電與氨的協(xié)同作用下,將SO2和NOX轉(zhuǎn)化為銨鹽顆粒,從煙氣中分離出來,收集在極板(管)上,用水沖洗極板上的反應(yīng)產(chǎn)物。將產(chǎn)物溶液噴入噴霧干燥塔,霧滴蒸發(fā)干燥形成較大的銨鹽顆粒,加以回收,同時使煙氣增濕降溫。與現(xiàn)有方法相比,可解決產(chǎn)物粘結(jié)的問題,提高凈化效果,減少氨泄漏和銨鹽外排,減少能耗,提高了運行可靠性,簡化了工藝,減小凈化裝置尺寸,降低脫硫投資和運行成本。

  3、氣固催化法

    目前 , 氣 固 催 化 法 有 代 表 性 的 工 藝 有 : DESONOX 工 藝 和 SNRB(SOX-NOX-ROX-BOX)工藝。DESONOX 包含兩段催化轉(zhuǎn)化反應(yīng),煙氣經(jīng)靜電除塵后進(jìn)入具有兩層催化劑的固定床反應(yīng)器,第一層為 SCR 催化劑,在 450℃下發(fā)生選擇性催化還原反應(yīng),NOx被 NH3還原生成 N2和 H2O;隨后,煙氣經(jīng)過含釩催化劑的第二層,SO2被氧化為 SO3,再經(jīng)冷凝后得到硫酸。該法脫除效率比較高,不產(chǎn)生二次污染,且技術(shù)簡單,但是投資和運行費用較高。

    SNRB 工藝[42]是利用高溫布袋除塵器進(jìn)行煙氣凈化,能夠同時去除 SO2、NOx和煙塵。脫除過程可分為三步:①在高溫脈沖噴射布袋除塵器中進(jìn)行除塵;②利用 SCR 法將 NOx還原為N2;③利用石灰基或者鈉基吸收劑吸收煙氣中SO2。過濾袋采用可以承受 425-470℃高溫的陶瓷纖維過濾袋。SNRB 工藝成功的實現(xiàn)了煙氣脫硫脫硝除塵一體化,該工藝吸收劑利用率較高,設(shè)備投資少,且對設(shè)備腐蝕性較低,然而產(chǎn)生的廢渣較多,且副產(chǎn)物回收利用價值不高。

  4、CuO/γ-Al2O3一體化吸收/催化法

    該法采用CuO/Al2O3作吸附劑(CuO含量通常在4%～6%)進(jìn)行脫硫脫硝,整個反應(yīng)分兩步:①在吸附器中:脫硫時,溫度在300～450℃內(nèi)時,吸附劑與SO2反應(yīng),生成CuSO4;脫硝時,由于CuO和生成的CuSO4對NH3還原NOx有很高的催化活性,結(jié)合SCR法進(jìn)行脫硝。②在再生器中:吸附劑吸收CuSO4飽和后用H2或CH4還原,還原后的Cu或Cu2O,在吸附劑處理器中用煙氣或空氣氧化成CuO后又可重復(fù)使用。

反應(yīng)式如下:

       6 NO+4NH3= 6H2O+ 5N2

       6NO2+ 8NH3= 12H2O+ 7N2

       2CuO+2SO2+ O2= 2CuSO4

    CuO 吸附法在吸附溫度為 750℃左右時脫硫脫硝率在 90%以上,不產(chǎn)生新的廢棄物,沒有二次污染,除塵率可達(dá) 99.9%。但反應(yīng)溫度要求高,需要加熱裝置,并且吸附劑的制備成本較高。

5、吸附法

吸附法是用活性焦炭進(jìn)行煙氣的同時脫硫脫硝。SO2的脫除是通過活性焦炭的微孔催化吸附作用,生成硫酸儲存于焦炭微孔內(nèi),然后通過熱再生。而 NOx的脫除是在加氨的條件下,經(jīng)活性焦炭的催化作用生成水和氮氣再排入大氣。根據(jù)吸附材料的不同又可分為活性炭吸附法和活性焦吸附法兩種,其脫硫脫硝原理基本相同,見圖 2-1。不同的是活性炭吸附法有兩個吸附塔,一個脫硫一個脫硝,而活性焦吸附法只有一個吸附塔,塔分兩層,上層脫硝,下層脫硫,活性焦在塔內(nèi)上下移動,煙氣橫向流過塔。

  6、濕法煙氣同時脫硫脫硝技術(shù)

    濕式同時脫硫脫硝的方法目前尚處于研究階段。該方法通過加入添加劑來提高 NO 的溶解度。主要的濕法同時脫硫脫硝工藝有濕式絡(luò)合吸收法、氯酸氧化法、尿素凈化法、NaClO2/NaOH 法等。

      1) 濕式絡(luò)合吸收法

    濕式絡(luò)合吸收法是在現(xiàn)有的濕法脫硫液中加入一些金屬螯合物,如亞鐵螯合物 Fe(Ⅱ)EDTA 等絡(luò)合吸收劑,能與 NO 迅速發(fā)生反應(yīng)形成亞硝酰絡(luò)合物。因此,在傳統(tǒng)的在濕法工藝中加入金屬螯合物作為添加劑,使其在吸收 SO2的同時,吸收 NOx,實現(xiàn)同時脫硫脫硝。但螯合物的循環(huán)利用比較困難,該法能否工業(yè)化的關(guān)鍵問題是對絡(luò)合吸收形成的 Fe(Ⅱ)EDTANO 和被煙氣中的 O2氧化形成的Fe(Ⅲ)EDTA 的再生。

      2)氧化法

    氧化法同時脫硫脫硝是先將 NO 氧化為易溶于水的形態(tài),以此達(dá)到吸收脫除的效果。NO 的氧化速度是決定整個氧化法脫除 NOx的關(guān)鍵步驟,為了提高 NO的氧化效率,需要應(yīng)用氧化劑。氧化劑包含氣相與液相兩種,氣相氧化劑主要有ClO2、Cl2、O3等,價格昂貴,同時氣體在設(shè)備中運行也具有危險性。液相氧化劑有很多,如 HNO3、KMnO4、P4、H2O2、HClO3、NaClO、NaClO2、KBrO3、K2Br2O7等。其中,比較有效的液相氧化方法有氯酸氧化法、黃磷氧化法、亞氯酸鈉氧化法。

      3) 氯酸氧化法

    是采用含有氯酸的強氧化劑氧化吸收 SO2和 NO,該過程在氧化塔中進(jìn)行;后續(xù)工藝采用 NaOH 和 Na2S 來吸收殘余的酸性氣體,吸收過程在堿式吸收塔中完成。該工藝實現(xiàn)了在一套裝備中對煙氣同時脫硫脫硝,脫除效率可達(dá) 95%以上,并且與利用催化氧化原理的技術(shù)相比沒有催化劑中毒、失活等問題。該工藝適用性強,對入口煙氣的限制范圍不高,在常溫、吸收劑濃度較低時也可進(jìn)行氧化吸收。但存在氯酸吸收劑價格高、對設(shè)備腐蝕性強、產(chǎn)生廢酸造成二次污染等問題。氯酸氧化 NO 的反應(yīng)機(jī)理:

       NO+2HClO= NO2+2ClO2

       5NO+2ClO2+ H2O=2HCl+5NO2

       5NO2+ ClO2+3H2O=HCl +5HNO3

    氯酸氧化 SO2反應(yīng)機(jī)理為:

       SO2+2HClO3=SO3+2ClO2+H2O

       Cl2+ H2O= HCl+HClO

       SO2+HClO=SO3+ HCl

       SO3+H2O=H2SO4

      4)尿素凈化法

    尿素凈化法是在 NH3還原法脫硫的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的,是利用尿素的強還原性,在酸性條件下將 NOX還原為 N2,NOX濃度越高,脫除效率也越高,適合處理純氮氧化物[47]。該法治理效果好、無二次污染、操作彈性大,但吸收液尿素的濃度需較高,運行成本過高,且處理能力低,無法在工業(yè)上得到推廣應(yīng)用

  8、活性炭纖維負(fù)載 TiO2法

    趙毅等在《活性炭纖維負(fù)載 TiO2同時脫硫脫硝實驗研究》中提出將 TiO2和活性炭纖維（AFC）制成復(fù)合型光催化劑，即將 TiO2光催化活性和活性炭纖維的吸附性能結(jié)合于一體，ACF 的強吸附作用為TiO2的光催化提供了高濃度的反應(yīng)環(huán)境，實現(xiàn)了煙氣同時脫硫脫硝。

    實驗得出：

    經(jīng)試驗得出結(jié)論：ACF 的強吸附作用為 TiO2的光催化氧化提供了良好的反應(yīng)環(huán)境，在可見光條件下SO2和 NO 能夠達(dá)到較高的脫除效率。實驗研究了影響煙氣同時脫硫脫硝效率的影響因素，發(fā)現(xiàn)反應(yīng)溫度、煙氣濕度和煙氣中氧氣濃度是主要因素。在Z佳實驗條件下，如反應(yīng)溫度為 100℃，煙氣濕度為 0.006m3/m3，氧氣含量 6%，可見光照射，煙氣同時脫硫脫硝效率分別達(dá)到97.5%和 49.6%。尾氣如果采用稀氨水作吸收液，可發(fā)展為一種可資源化的煙氣同時脫硫脫硝技術(shù)。

四、煙氣除塵

    由燃料及其他物質(zhì)燃燒過程產(chǎn)生的煙塵，以及對固體物料破碎、篩分和輸送等機(jī)械過程產(chǎn)生的煙塵，除塵就是把這些粒子從煙塵中分離出來并加以捕集、回收的過程。

煙氣除塵的技術(shù)包括袋式除塵器技術(shù)、電除塵器技術(shù)和電袋結(jié)合除塵器技術(shù)。

  1、袋式除塵器

    袋式除塵器是一種干式濾塵裝置。濾料使用一段時間后，由于篩濾、碰撞、滯留、

    擴(kuò)散、靜電等效應(yīng)， 濾袋表面積聚了一層粉塵，這層粉塵稱為初層，在此以后的運動過程中，初層成了濾料的主要過濾層，依靠初層的作用，網(wǎng)孔較大的濾料也能獲得較高的過濾效率。隨著粉塵在濾料表面的積聚，除塵器的效率和阻力都相應(yīng)的增加，當(dāng)濾料兩側(cè)的壓力差很大時，會把有些已附著在濾料上的細(xì)小塵粒擠壓過去，使除塵器效率下降。另外，除塵器的阻力過高會使除塵系統(tǒng)的風(fēng)量顯著下降。因此，除塵器的阻力達(dá)到一定數(shù)值后，要及時清灰。清灰時不能破壞初層，以免效率下降。

工作原理：

    過濾式除塵器是指含塵煙氣孔通過過濾層時，氣流中的塵粒被濾層阻截捕集下來，從而實現(xiàn)氣固分離的設(shè)備。過濾式除塵裝置包括袋式除塵器和顆粒層除塵器，前者通常利用有機(jī)纖維或無機(jī)纖維織物做成的濾袋作過濾層，而后者的過濾層多采用不同粒徑的顆粒，如石英砂、河砂、陶粒、礦渣等組成。

伴著粉末重復(fù)的附著于濾袋外表面，粉末層不斷的增厚，布袋除塵器阻力值也隨之增大;脈沖閥膜片發(fā)出指令，左右淹沒時脈沖閥開啟，高壓氣包內(nèi)的壓縮空氣通了，如果沒有灰塵了或是小到一定的程度了，機(jī)械清灰工作會停止工作。

結(jié)構(gòu)如圖：

袋式除塵器具有適應(yīng)各種粉塵特性煙氣、除塵效率高、結(jié)構(gòu)緊湊占地面積小、布置靈活、濾袋拆裝方便、清灰高效徹底、設(shè)備運行穩(wěn)定可靠等特點。

  2、電除塵器

    電除塵器是火力發(fā)電廠必備的配套設(shè)備，它的功能是將燃灶或燃油鍋爐排放煙氣中的顆粒煙塵加以清除，從而大幅度降低排入大氣層中的煙塵量，這是改善環(huán)境污染，提高空氣質(zhì)量的重要環(huán)保設(shè)備。它的工作原理是煙氣通過電除塵器主體結(jié)構(gòu)前的煙道時，使其煙塵帶正電荷，然后煙氣進(jìn)入設(shè)置多層陰極板的電除塵器通道。由于帶正電荷煙塵與陰極電板的相互吸附作用，使煙氣中的顆粒煙塵吸附在陰極上，定時打擊陰極板，使具有一定厚度的煙塵在自重和振動的雙重作用下跌落在電除塵器結(jié)構(gòu)下方的灰斗中，從而達(dá)到清除煙氣中的煙塵的目的。由于火電廠一般機(jī)組功率較大，如60萬千瓦機(jī)組，每小時燃煤量達(dá)180T左右，其煙塵量可想而知。因此對應(yīng)的電除塵器結(jié)構(gòu)也較為龐大。一般火電廠使用的電除塵器主體結(jié)構(gòu)橫截面尺寸約為25~40×10～15m，如果在加上6米的灰斗高度，以及煙質(zhì)運輸空間高度，整個電除塵器高度均在35米以上，對于這樣的龐大的鋼結(jié)構(gòu)主體，不僅需要考慮自主、煙塵荷載、風(fēng)荷載，地震荷載作用下的靜、動力分析。同時，還須考慮結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

結(jié)構(gòu)如圖：

    電除塵器具有性能可靠、除塵效率高、抗高溫、二次揚塵小、易于維護(hù)等特點。

  3、電袋復(fù)合式除塵器

    電袋復(fù)合式除塵器，作為一種新型的復(fù)合型除塵器，采用了靜電除塵和布袋除塵的原理，克服了之前單一功能除塵器的弊端，可謂是這一領(lǐng)域的重大突破。對于目前PM2.5的吸收也具有良好的效果。此外，這種復(fù)合型的除塵器吸塵率更高，高達(dá)70%—80%，而且更具環(huán)保的功效。

    電袋復(fù)合式除塵器是有機(jī)結(jié)合了靜電除塵和布袋除塵的特點，通過前級電場的預(yù)收塵、荷電作用和后級濾袋區(qū)過濾除塵的一種高效除塵器，它充分發(fā)揮電除塵器和布袋除塵器各自的除塵優(yōu)勢，以及兩者相結(jié)合產(chǎn)生新的性能優(yōu)點，彌補了電除塵器和布袋除塵器的除塵缺點。

結(jié)構(gòu)如圖：

    電袋組合式除塵器是綜合利用和有機(jī)結(jié)合電除塵器與布袋除塵器的除塵優(yōu)點，先由電場捕集煙氣中大量的粉塵，再經(jīng)過布袋收集剩余細(xì)微粉塵的一種組合式高效除塵器。具有除塵穩(wěn)定（≤50mg/Nm3）、系統(tǒng)阻力小、設(shè)備使用壽命長、性能優(yōu)異等特點。

    除塵器種類繁多，按除塵過程中是否采用潤濕劑，除塵器可以分為干式除塵器和濕式除塵器。按除塵 過程中的基本作用原理可以分為機(jī)械除塵器、濕式除塵器（主要是洗滌式除塵器）、過濾式除塵器、電除塵器和聲波除塵器。以下將從后一種分類角度對各種除塵器的工作機(jī)理，特點、適用場合、除塵效率作一個簡單的介紹。

  1、重力沉降室

    重力沉降室是利用粉塵與氣體的密度不同，使含塵氣體中的塵粒依靠自身的重力從氣流中沉降下來，從而達(dá)到凈化目的的一種裝置。當(dāng)含塵氣流從管道進(jìn)入沉降室后，由于截面擴(kuò)大，氣體的流速減慢。沉降速度大于氣流速度的沉粒就沉降下來。

    重力沉降室分為水平氣流沉降室和垂直氣流沉降室兩種。重力沉降室的性能特點是結(jié)構(gòu)簡單，投資小， 維修管理方便，體積大。其氣流速度一般為 0.5～1m/s，一般只能捕集粒徑大于 50μm 的塵粒，除塵效率， 干式沉降室為 50%～60%，濕式沉降室為 60%～80%。主要適用于煙氣量較小，塵粒較粗，現(xiàn)場較寬敞及 環(huán)境要求較低的場合，或者作為高效除塵的預(yù)處理裝置。

    重力沉降室具有結(jié)構(gòu)簡單，投資少，壓力損失小的特點，維修管理較容易，而且可以處理高溫氣體。但是體積大，效率相對低，一般只作為高效除塵裝置的預(yù)除塵裝置，來除去較大和較重的粒子。

  2、慣性除塵器

    慣性除塵器是使含塵氣流沖擊在擋板上，氣流方向發(fā)生急劇轉(zhuǎn)變，借助塵粒本身的慣性力作用使其與氣流分離的裝置。慣性除塵器分為碰撞式和回轉(zhuǎn)式兩種。前者是沿氣流方向裝設(shè)一道或多道擋板，含塵氣體碰撞到擋板上使塵粒從氣體中分離出來。顯然，氣體在撞到擋板之前速度越高，碰撞后越低，則攜帶的粉塵越少，除塵效率越高。后者是使含塵氣體多次改變方向，在轉(zhuǎn)向過程中把粉塵分離出來。氣體轉(zhuǎn)向的曲率半徑越小。轉(zhuǎn)向速度越多，則除塵效率越高。慣性除塵器的性能特點是壓力損失大、除塵效率較低。其煙流速度在 12～15m/s 范圍內(nèi)，適用于捕集 粒徑大于 20μm 的塵粒，除塵效率約為 50%～70%。主要適用于非黏性、非纖維性的且密度和粒徑較大的 金屬或礦物性粉塵，多用于多級除塵中的第一級除塵。

  3、旋風(fēng)除塵器

    除塵機(jī)理是使含塵氣流作旋轉(zhuǎn)運動，借助于離心力將塵粒從氣流中分離并捕集于器壁，再借助重力作用使塵粒落入灰斗。旋風(fēng)除塵器的各個部件都有一定的尺寸比例，每一個比例關(guān)系的變動，都能影響旋風(fēng)除塵器的效率和壓力損失，其中除塵器直徑、進(jìn)氣口尺寸、排氣管直徑為主要影響因素。在使用時應(yīng)注意，當(dāng)超過某一界限時，有利因素也能轉(zhuǎn)化為不利因素。另外，有的因素對于提高除塵效率有利，但卻會增加壓力損失，因而對各因素的調(diào)整必須兼顧。旋風(fēng)除塵器是由進(jìn)氣管、排氣管、圓筒體、圓錐體和灰斗組成。旋風(fēng)除塵器結(jié)構(gòu)簡單，易于制造、安裝和維護(hù)管理，設(shè)備投資和操作費用都較低，已廣泛用于從氣流中分離固體和液體粒子，或從液體中分離固體粒子。它屬于中效除塵器，且可用于高溫?zé)煔獾膬艋菓?yīng)用廣泛的一種除塵器，多應(yīng)用于鍋爐煙氣除塵、多級除塵及預(yù)除塵。它的主要缺點是對細(xì)小塵粒（<5μm）的去除效率較低。

  4、濕式除塵器：

    1）噴灑式：此類除塵器設(shè)備中，含塵氣流是連續(xù)相，液體可以是分散相，也可以是連續(xù)相，相接觸面有限，分離效率不高。這一類型包括淋灑式洗滌塔、旋風(fēng)水膜式洗滌器、填料塔洗滌器等。

    2）泡沫洗滌除塵器：氣體呈分散相，液體是連續(xù)相和分散相共存，泡沫的形成是由于氣體的鼓泡作用，湍動程度和相際接觸面積大，除塵效率高。

    3）壓力噴射除塵器：氣體和液體在壓力作用下，噴射形成微粒分散在另一相中（多是液相分散在氣相中），湍動程度和相接觸面均很高，沖擊強度也高，除塵效率高。噴霧洗滌塔、噴射洗滌器、文丘里洗滌 器等都是這一類型。

五、總結(jié)

    本文綜述了國內(nèi)外火電廠脫硫脫硝技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用以及脫硫脫硝一體化技術(shù)的發(fā)展趨勢。由此可見,火電廠脫硫脫硝技術(shù)是一項涉及多個學(xué)科領(lǐng)域的綜合性技術(shù)。為了減少煙氣中硫氧化物和氮氧化物對大氣的污染,一方面要改進(jìn)燃燒技術(shù)抑制其生成,另一方面要加強對排煙中硫氧化物和氮氧化物的煙氣凈化治理。目前,國內(nèi)外已開發(fā)了多種脫硫和脫硝工藝,評價各種工藝應(yīng)從硫氧化物和氮氧化物凈化率、裝置成本、運行費用以及副產(chǎn)物處理和二次污染等多方面綜合評價。在這方面,國外技術(shù)開發(fā)較早,已積累了豐富的應(yīng)用經(jīng)驗。煙氣脫硝的工藝難度和成本都較大,因此,目前世界上只有少數(shù)國家有煙氣脫硝裝置運行,主要是采用選擇性催化還原法(SCR)工藝。若用兩套裝置分別脫硫脫硝,不但占地面積大,而且投資、操作費用高,而使用脫硫脫硝一體化工藝則結(jié)構(gòu)緊湊,投資與運行費用低、效率高。聯(lián)合脫硫脫硝技術(shù)是目前世界上應(yīng)用比較廣泛的煙氣脫硫脫硝工藝,同時脫硫脫硝技術(shù)大多處于研究階段,煙氣同時脫硫脫硝工藝的研究又大多集中在干法上,尚未得到大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用。由于各種脫硫脫硝技術(shù)都有各自的應(yīng)用條件,具體工程項目必須因地制地進(jìn)行技術(shù)、經(jīng)濟(jì)比較和評估,確定適宜的脫硫脫硝工藝。

    粉塵 PM2.5去除技術(shù)的應(yīng)用與推廣，符合《中華人民共和國國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展第十一個五年規(guī)劃綱要》提出的十一五期間單位國內(nèi)生產(chǎn)總值能耗降低20%左右的約束性指標(biāo)；符合十二五時期我國將把大幅度降低能源消耗強度二氧化碳排放強度和主要污染物排放總量作為重要的約束性指標(biāo)（以重金屬排放指標(biāo)PPM2.5為主）k同時，對于我國鋼鐵行業(yè)及環(huán)保事業(yè)的建設(shè)和發(fā)展，自然環(huán)境的改善和凈化均具有重要的作用k因此，此項粉塵 PM2.5去除技術(shù)的應(yīng)用與推廣，具有必要性和可行性。

 參考文獻(xiàn)：

    [1] 趙靜.NaClO2/NaClO符合吸收劑煙氣脫硫脫硝一體化技術(shù)及機(jī)理研究[D].浙江工業(yè)大學(xué), 2012.

    [2] 呂雷.煙氣脫硫脫硝一體化工藝設(shè)計與研究[D].長春工業(yè)大學(xué), 2012.

    [3] 李彩亭.燃煤鍋爐煙氣濕式除塵脫硫技術(shù)及粉煤灰利用的研究[D].湖南大學(xué), 2002.

    [4] 彭瀟.工業(yè)煙氣活性焦法聯(lián)合脫硫脫硝技術(shù)研究[D].昆明理工大學(xué), 2010.

    [5] 姚群，陳隆樞，韋鳴瑞，陳志煒，劉程.大型火電廠鍋爐煙氣袋式除塵技術(shù)與應(yīng)用關(guān)[J].安全與環(huán)境學(xué)報, 2005(4).

    [6] 王民玉 葛清樓 葛慶偉.電、袋除塵器在燃煤鍋爐煙氣粉塵治理中的應(yīng)用[A].中國硅酸鹽學(xué)會環(huán)境保護(hù)分會學(xué)術(shù)年會論文集[C].中國硅酸鹽學(xué)會環(huán)境保護(hù)分會, 2009.

    [7] 楊玉東，孫曉慶，岳彩英.工業(yè)窯爐煙氣粉塵PM2.5去除技術(shù)研究[J].環(huán)境保護(hù)與循環(huán)經(jīng)濟(jì), 2013(2).

    [8] 趙毅，韓靜，馬天忠.活性炭纖維負(fù)載TiO2同時脫硫脫硝實驗研究[J].中國電機(jī)工程學(xué)報, 2009, 29(11):44-49.

    [9] 葛榮良.火電廠脫硝技術(shù)與應(yīng)用以及脫硫脫硝一體化發(fā)展趨勢[J].上海電力, 2007(5).

    [10] 杜黎明，劉金榮.燃煤鍋爐同時脫硫脫’硝一技術(shù)工藝性分析[J].中國電力, 2007, 40(2).

    [11] 汪艷紅.我國火電廠煙氣脫硫工藝現(xiàn)狀及發(fā)展綜述[J].硫磷設(shè)計與粉體工程, 2008(2).

    [12] 戈文江.燃煤發(fā)電廠干式煙氣脫硫工藝的對比分析[J].河北電力技術(shù), 2000, 19(2).

    [13] 百度百科

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