脱硫除尘设备的一些技术与原理

篇一：简述烟气脱硫方法及除尘设备

武汉轻工大学

科 研 论 文

论文题目： 简述烟气脱硫方法及除尘设备

姓 名学 号 院 （系） 专 业指导教师

2014 年 12 月 24 日

摘要：

工业废气排放中产生大量的SO2和烟尘等烟气，是大气污染防治的重点。本文指出烟气脱硫和除尘技术的现状，通过对比分析脱硫工艺——湿法、半干法、干法和多种脱硫除尘器，详细列举了各技术方法的原理和特点，列表介绍了一些集脱硫除尘一体化的设备，对其优缺点进行比较，为企业选择除尘脱硫方案作参考。

关键词：烟气脱硫、烟气除尘

背景：

我国是发展中国家，更是工业国家，改革开放以来，在追求经济增长的同时却付出了环境污染的严重代价。2008年，全国有超过五分之一的城市空气质量未达到国家二级标准；在113个重点城市中，有48个城市空气质量达不到二级标准【1】。城市空气中的可吸入颗粒物、二氧化硫浓度依然维持在较高水平，尤其是近两年的PM2.5污染更为严重。

我国的大气环境污染主要是煤烟造成的，主要污染物为二氧化硫和总悬浮颗粒物，2014年上半年二氧化硫排放总量1037.2万吨【2】，空气总悬浮物更是导致全国大片区连续严重雾霾。火电厂、工业锅炉和窑炉是上述污染物的三大来源。

为贯彻落实第七次全国环境保护大会和2012年全国环境保护工作会议精神，加快推进我国大气污染治理，切实保障人民群众身体健康，环境保护部批准发布了《环境空气质量标准》（GB 3095-2012）。

中国环境科学研究院张金良研究员指出，有效的空气质量管理是增强公众健康的重要途径，也是经济和社会福利增长的基础【3】。节能减排刻不容缓，研究烟气脱硫方法和除尘技术已经严重关系到我国人民身体健康和经济的可持续持续发展，更是关系到我们子孙后代。

一、烟气脱硫方法

烟气脱硫是目前世界上唯一大规模商业化应用的脱硫方式。世界各国研究开发和商业应用的烟气脱硫技术超过200种

【4】

。按脱硫产物是否回收，烟气脱硫可分为抛

弃法和再生回收法，前者脱硫混合物直接摊放，后者将脱硫副产物以硫酸或硫磺等形式回收。按脱硫产物的干湿形态，烟气脱硫又可分为湿法、半干法和干法工艺。表中列出了几种典型的烟气脱硫方法：

几种典型的烟气脱硫方法

类别

脱硫方法

脱硫剂

副产品

湿式石灰石/石灰-石膏法

湿法

氨法钠碱法金属氧化物法

半干法

喷雾干燥法炉内喷钙法电子束法

干法

脉冲放电等离子体法

1.石灰石/石灰-石膏法

CaCO3，CaO，Ca(OH)2 NH3 Na2CO3，NaOH MgO,ZnO,MnO CaCO3，CaO CaCO3，CaO NH3，电子碰撞电离 NH3，电子碰撞电离

CaSO4

(NH4)2SO3，NH4HSO3，

(NH4)2SO4 Na2SO3，CO2 MgSO3，ZnSO3，MnSO4

CaSO4 CaSO4 (NH4)2SO4 (NH4)2SO4

湿式工艺绝大多数采用碱性浆液或溶液作吸收剂，目前使用最广泛的脱硫技术是以石灰石/石灰为吸收剂的强制氧化湿式脱硫方式。在该工艺中，石灰石厢灰冼涤剂与烟气中 SO2反应，反应生成产物硫酸钙，在洗涤液中沉淀下来，经分离后可以以石膏形式回收，也可以抛弃。目前的系统太多采用了大处理量洗涤塔。 2.简易石灰石灰-石膏法

简易式的原理与传统石灰石/石灰-石膏法大致相同，但通过预洗、吸收和氧化设备台并，简化了烟气热交换系统，以中等脱硫效率(70％-80％)为目标，有效地降低了设备初投资。 3.海水脱硫

天然海水含有大量的可溶性盐，其中主要成分是氯化钠和硫酸盐及一定量的可溶性碳酸盐。海水通常呈碱性，自然碱度约为1.2-2.5mmol／L。这使得海水具有天然的酸碱缓冲能力可以吸收SO2。国外一些脱硫公司利用海水的这种特性，已经成功地开发出海水脱硫工艺。海水脱硫系统主要由烟气系统、再热系统、供排海水系统、海水恢复系统等组成。 4.磷铵复台肥法(PAFP法)

该法是利用天然磷矿石和氨为原料，在烟气脱硫过程中副产磷铵复合肥的脱硫技术。工艺流程主要包括四个过程：活性炭一级脱硫并制得稀硫酸；稀硫酸萃取磷矿石制得稀磷酸溶液；磷酸和氨的中和液(NH4)2HPO4二级脱硫;料浆浓缩干燥制磷铵复合肥。该技术在国外尚无应用实例。

5.其它湿法

其它湿法工艺包括用碳酸钠、氧化镁和氨作吸收剂，一般用于小型电厂和工业锅炉。我国是氧化镁矿富集区。占世界总储量的90％。采用氧化镁脱硫的设备在我国已开始研究开发。 6.喷雾干燥法

喷雾干燥法属半干法脱硫工艺，于70年代初至中期开发成功，第一台电站喷雾干燥脱硫装置于1980年在美国北方电网的河滨电站投入运行，此后该技术在美国和欧洲的燃煤电站实现了商业化。喷雾干燥法目前占总装机量的约10％，大多用于燃用低硫和中硫煤的中小容量机组上。该法利用石灰浆液作吸收剂，以细雾滴喷入反应器，与SO2边反应边干燥，在反应器出口，随着水分蒸发，形成了干的颗粒混合物。该法的副产品是硫酸钙、硫酸盐，飞灰及未反应的石灰组成的混合物。喷雾干燥技术可脱除70-95％的SO2，并有可能提高到98%。 7.吸着剂喷射法【

喷吸着剂工艺属于干法工艺。按所用回收剂不同可分为钙基和钠基工艺，吸着剂可以于态、湿润态或浆状喷入。喷入部位可以为炉膛、省煤器和烟道。当钙硫比为2时，脱硫效率可达50-70%，钙利用率达50％。这种方法较适合老电厂改造，因为在电厂排烟流程中不需增加什么设备就能达到脱硫目的。 8.电子束法

电子束法是采用高能电子束照射烟气，使烟气中生成大量的离子、自由基、原子以及各种激发态的原子、分子等活性物质，在有氨注入的情况下，将烟气中的SO2和NOx转化生成硫铵和硝铵。我国在成都热电厂引进了电子束法工艺，于1998年5月通过国家竣工验收鉴定，处理烟气量300,000Nm3／h，脱硫率80％。 9.脉冲电晕法

脉冲电晕法是从电子束法发展而来的，由于脉冲电晕法是在比较成功的电子束法基础上的改进，省掉了昂贵的电子加速器。避免了电子枪寿命和X射线屏蔽等问题，因而该方法一经提出，各国学者竟相研究，是世界公认的脱硫新技术。

脉冲电晕法的特点是基于在高压脉冲放电中产生5-20eV高能电子，这些高能电子在与烟气的中性气体分子碰撞的过程中会产生O、OH2和O3等自由基和自由原子。这些活性物种引发的化学反应首先把气态的SOX和NOX氧化成高价氧化物，在有氨和水存在的条件下生成硫铵和硝铵固体盐。

二、烟气除尘设备的种类和现状

根据除尘过程中的粒子分离原理，除尘器可分为以下几种类型：1.重力除尘器；2.惯性力除尘器；3.离心力除尘器；4.洗涤除尘器；5.过滤式除尘器；6.电除尘器：7.声波除尘器。

1.干式机械除尘器

干式机械除尘器是指不用水或其它液体作为湿润剂，仅利用重力、惯性力及离心力等沉降机理去除气体中粉尘粒子的设备。包括重力除尘器、惯性力除尘器和静心力除尘器。干式机械除尘器的主要特点是结构简单、易于制造、造州氐、旆工快、便于维护及阻力小等。广泛应用于工业锅炉。这类除尘器对于大粒径粉尘的去除具有较高的效率。因而在去除大颗粒粉尘以及除尘效率要求不高的情况下应用，有时也作为前置预除尘器。2.湿式除尘器

湿式除尘器采用洗涤水或其它液体与含尘气体相互接触实现分离捕集粉尘粒子。与其它除尘器相比具有以下优点：一、在耗用相同的能耗的情况下，湿式除尘器的除尘效率比于式机械除尘器效率高，高能量温式除尘器可以除去0.1um以下的粉尘粒子，除尘效率仍很高。二、湿式除尘器的除尘效率不仅能与布袋和电除尘器媲美，而且还可用于这些除尘器所不能胜任的场合，如处理高温、高压、高比电阻、易燃、易爆的含尘气体。三、湿式除尘器去除含尘气体中粉尘粒子的同对，还可去除气体中的水蒸气及某些有毒有害的气态污染物．3.电除尘器

电除尘器的收尘原理是在高压电场中使气体电离，进入电场中的尘粒得以荷电，并在电场库仑力的作用下，趋向收尘极，从而达到收尘的目的。由于能量是间接作用在尘粒上，放电能耗很低，而其它除尘器，能量是间接作用在尘粒上因此能耗高。电除尘器除了缓慢转动的振打部件外，没有其它运动的部件，维护工作量小，运行费用较低，所以在各种除尘技术中具有显著的优势。特别是能源日益紧张的今天，电除尘器是理想的高效节能环保设备。

三、各系列脱硫除尘设备的原理、特性及规格

1.旋流冲击式脱硫除尘器 （1）工作原理:

将燃煤锅炉烟气控制在180℃左右，含硫约3000mg/Nm3含尘约3000mg/m；该烟气通过锅炉引风机进入旋流冲击式脱硫除尘一体化器进气口，在旋风器中高速旋转，干法除尘，随后冲击含碱液体进行脱硫反应，同时进一步除去微细烟尘,完成除尘脱硫任务的湿烟气，进入旋流分液器,脱去烟气中的水份，烟气达到SO2≤1200mg/Nm，烟尘≤250mg/Nm后达标排放。工艺中通过控制自来水管（循环水）阀门和定期加药的方法来洗涤碱液，连续化药，加入脱硫器部位，输灰管线通过自重阀门，可自动排入灰液池。 （2）特点

①产品标准执行国家环保总局HCRJ012-1998《湿式烟气脱硫除尘装置》II类

3

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篇二：脱硫除尘器的工作原理

脱硫除尘器的工作原理是：含尘气流通过进口烟道进入文丘里，在喉部的入口被水均匀的喷入，由于烟气高速运动，因此喷入的水被其溶化成细小的水雾，湿润了烟气中的灰料。在这个过程烟气中的灰料被湿润，使它的重量加大而有利于被离心分离，在高速呈絮流状态中，由于水滴与尘粒差别较大，它们的速度差也较大。这样，灰粒与水滴就发生了碰撞凝聚，尤其是粒径细小的灰尘料可以被水雾水溶，这些都为灰料的分离做好充分的准备，此后进入主筒。花岗岩水膜脱硫除尘器主筒体是一个圆形筒体，水从除尘器上部注水槽进入主筒，使整个圆筒内壁形成一层水膜从上而下流动，烟气由筒体下部切向进入，在筒体内旋转上升，含尘气体在离心力作用下始终与筒体内壁面的水膜发生摩擦，这样含尘气体被水膜湿润，尘粒随水流到除尘器底部，从溢水孔排走，在筒体底部封底并设有水封槽以防止烟气从底部漏出，有清理孔便于进行筒体底部清理。除尘后废水由底部溢流孔排出进入沉淀池，沉淀中和，循环使用。净化后的气体，通过主筒体上部锥体部分进行脱水处理进入副筒后再进行沉降、分离脱水后，净化后的烟气通过副筒体下部排入引风机，完成除尘设备的整个工作过程。

含尘气体—文丘里管——湿润灰料——灰粒与水滴碰撞凝聚——除尘器主筒——经除尘脱水后外排

石灰石/石灰-石膏法脱硫技术是用石灰石、生石灰或消石灰的乳浊液作为吸收剂吸收烟气中的SO2。脱硫系统主要包括吸收系统、烟气系统、吸收剂制备系统、石膏脱水及贮存系统和废水处理系统。随着工程技术进步和运行管理的成熟，新建脱硫装置大多取消烟气旁路和换热器，增压风机一般也不再设置。

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篇三：脱硫技术原理、控制及应用

脱硫技术原理、控制及应用

作者：杨轶

摘要：

二氧化硫污染控制技术颇多，诸如改善能源结构、采用清洁燃料等。但是，烟气脱硫也是有效削减SO2排放量不可替代的技术。烟气脱硫的方法甚多，但根据物理及化学的基本原理，大体上可分为吸收法、吸附法、催化法三种。吸收法是净化烟气中SO2最重要且应用最广泛的方法。吸收法通常是指应用液体吸收净化烟气中的SO2，因此吸收法烟气脱硫也称为湿法或湿式烟气脱硫。

湿法烟气脱硫的优点是脱硫效率高，设备小，投资省，易操作，易控制，操作稳定，以及占地面积小。 目前常见的湿法烟气脱硫有：石灰石/石灰-石膏抛弃法、钠洗法、双碱法、威尔曼-洛德法及氧化镁法等。

一、湿法烟气脱硫的基本原理

（1）物理吸收的基本原理

气体吸收可分为物理吸收和化学吸收两种。如果吸收过程不发生显著的化学反应，单纯是被吸收气体溶解于液体的过程，称为物理吸收，如用水吸收SO2。物理吸收的特点是，随着温度的升高，被吸气体的吸收量减少。

物理吸收的程度，取决于气—液平衡，只要气相中被吸收的分压大于液相呈平衡时该气体的分压，吸收过程就会进行。由于物理吸收过程的推动力很小，吸收速率较低，因而在工程设计上要求被净化气体的气相分压大于气液平衡时该气体的分压。物理吸收速率较低，在现代烟气中很少单独采用物理吸收法。

（2）化学吸收法的基本原理

若被吸收的气体组分与吸收液的组分发生化学反应，则称为化学吸收，例如应用碱液吸收SO2。应用固体吸收剂与被吸收组分发生化学反应，而将其从烟气中分离出来的过程，也属于化学吸收，例如炉内喷钙（CaO），烟气脱硫也是化学吸收。

在化学吸收过程中，被吸收气体与液体相组分发生化学反应，有效的降低了溶液表面上被吸收气体的分压。增加了吸收过程的推动力，即提高了吸收效率又降低了被吸收气体的气相分压。因此，化学吸收速率比物理吸收速率大得多。

物理吸收和化学吸收，都受气相扩散速度（或气膜阻力）和液相扩散速度（或液膜阻力）的影响，工程上常用加强气液两相的扰动来消除气膜与液膜的阻力。在烟气脱硫中，瞬间内

要连续不断地净化大量含低浓度SO2的烟气，如单独应用物理吸收，因其净化效率很低，难以达到SO2的排放标准。因此，烟气脱硫技术中大量采用化学吸收法。用化学吸收法进行烟气脱硫，技术上比较成熟，操作经验比较丰富，实用性强，已成为应用最多、最普遍的烟气脱硫技术。

（3）化学吸收的过程

化学吸收是由物理吸收过程和化学反应两个过程组成的。在物理吸收过程中，被吸收的气体在液相中进行溶解，当气液达到相平衡时，被吸收气体的平衡浓度，是物理吸收过程的极限。被吸收气体中的活性组分进行化学反应，当化学反应达到平衡时，被吸收气体的消耗量，是化学吸收过程的极限。这里用Ca(OH) 2溶液吸收SO2加以说明。

化学吸收过程中，被吸收气体的气液平衡关系，即应服从相平衡关系，又应服从化学平衡关系

二、湿法烟气脱硫用脱硫剂

在化学吸收烟气脱硫中，吸收剂的性能从根本上决定了SO2吸收操作的效率，因而对吸收剂的性能有一定的要求。

（1）吸收能力高

要求对SO2具有较高的吸收能力，以提高吸收速率，减少吸收剂的用量，减少设备体积和降低能耗。

（2）选择性能好

要求对SO2具有良好的选择性能，对其他组分不吸收或吸收能力很低，确保对SO2具有较高的吸收能力。

（3）挥发性低，无毒，不易燃烧，化学稳定性好，凝固点低，不发泡，易再生，粘度小，比热小。

（4）不腐蚀或腐蚀小，以减少设备投资及维护费用。

（5）来源丰富，容易得到，价格便宜。

（6）便于处理及操作，不易产生二次污染。

完全满足上述要求的吸收剂是很难选择到的。只能根据实际情况，权衡多方面的因素有所侧重地加以选择。石灰（CaO）、氢氧化钙［Ca（OH）2、碳酸钙（CaCO3），是烟气脱硫较为理想的吸收剂，因而在国内外烟气脱硫中获得最广泛地应用。工业上利用废碱液吸收燃

煤工业锅炉烟气中的SO2，利用锅炉冲渣水和湿法除尘循环水在除尘的同时吸收SO2等，已有成功的范例。从资源综合利用，以废治废，避免和减轻二次水污染角度出发来选择吸收剂，具有更重要的意义。

三、湿法烟气脱硫的类型及工艺过程

（1）类型

根据各种不同的吸收剂，湿法烟气脱硫可分为石灰石/石膏法、氨法、钠碱法、铝法、金属氧化镁法等。

（2）工艺过程

湿法烟气脱硫的工艺过程多种多样，但他们也具有相似的共同点：含硫烟气的预处理（如降温、增湿、除尘），吸收，氧化，富液处理（灰水处理），除雾（气水分离），被净化后的气体再加热，以及产品浓缩和分离等。石灰石/石灰-石膏法，是燃煤电厂应用最广泛、最多的典型的湿法烟气脱硫技术。

我国燃煤锅炉湿法烟气脱硫工艺过程较多，其中较典型的工艺过程为旋流塔板高效脱硫除尘工艺过程和湿法氧化镁延期脱硫工艺过程。

四、湿法烟气脱硫主要设备

湿法烟气脱硫主要设备是指脱硫塔（或洗涤塔、洗涤器）和脱硫除尘器。

对脱硫塔和脱硫除尘器的要求

用于燃煤发电厂烟气脱硫的大型脱硫装置称为脱硫塔，而用于燃煤工业锅炉和窑炉烟气脱硫的小型脱硫除尘装置多称为脱硫除尘器。在脱硫塔和脱硫除尘器中，应用碱液洗涤含SO2的烟气，对烟气中的SO2进行化学吸收。为了强化吸收过程，提高脱硫效率，降低设备的投资和运行费用，脱硫塔和脱硫除尘器应满足以下的基本要求：

（1）气液间有较大的接触面积和一定的接触时间；

（2）气液间扰动强烈，吸收阻力小，对SO2的吸收效率高；

（3）操作稳定，要有合适的操作弹性；

（4）气流通过时的压降要小；

（5）结构简单，制造及维修方便，造价低廉，使用寿命长；

（6）不结垢，不堵塞，耐磨损，耐腐蚀；

（7）能耗低，不产生二次污染。

SO2吸收净化过程，处理的是低浓度SO2烟气，烟气量相当可观，要求瞬间内连续不断地高效净化烟气。因而，SO2参加的化学反应应为极快反应，它们的膜内转化系数值较大，

反应在膜内发生，因此选用气相为连续相、湍流程度高、相界面较大的吸收塔作为脱硫塔和脱硫除尘器比较合适。通常，喷淋塔、填料塔、喷雾塔、板式塔、文丘里吸收塔等能满足这些要求。其中，填料塔因其气液接触时间和气液比均可在较大的范围内调节，结构简单，在烟气脱硫中获得广泛地应用。

常见吸收塔的性能

目前国内外燃煤电厂常用的脱硫塔，主要有喷淋空塔、填料塔、双回路塔及喷射鼓泡塔等四种。

近年来，我国许多部门对燃煤工业锅炉及窑炉烟气脱硫技术进行了研究及开发。为了经济简便起见，常常将烟气除尘及脱硫一体化处理，即在同一个设备内处理。为此，将脱硫除尘一体化设备成为脱硫除尘器。

我国中小型燃煤锅炉常用的脱硫除尘器，主要有旋流塔板脱硫除尘器、空心塔脱硫除尘器、填料塔脱硫除尘器以及流化床脱硫除尘器等。

五、烟气吸收系统自动化水平和控制方式

(1) 根据《火力发电厂设计技术规程》DL5000－2000规定，脱硫系统的控制水平不应低于机组控制水平。通过控制方式、热工自动化系统的配置与功能、运行组织、控制室布置及脱硫系统主辅设备可控性等多个方面综合体现。

(2) #1、#2机组烟气吸收工艺系统为单元制，每台炉配一套全烟气量吸收塔。烟气吸收控制系统采用分散控制系统(简称脱硫DCS)，脱硫DCS的功能包括数据采集和处理功能、模拟量控制功能和顺序控制功能等。电气烟气吸收系统高/低压厂用电源系统的监视和电动机的顺序控制纳入脱硫DCS。

(3) 以操作员站作为主要监控手段，在就地人员的巡回检查和少量操作的配合下，在机组主控制室内实现对烟气吸收系统的启停、运行工况监视和调整以及事故处理。

(4) 烟气吸收系统不设就地控制室，在烟气吸收车间内合设一个车间值班室和电子设备间。车间值班室满足对烟气吸收系统的调试。

(5) 控制方案

控制方案的设置，既要与电厂机组主控系统和辅助控制系统的现状，以及电厂可能实施的将所有辅助系统拉入机组主控室实现集中监控结合起来，也要与当前采用湿法（石灰石-石膏法）FGD为主烟气脱硫项目的DCS控制水平、可实施的监控方式结合起来。

目前，在已完成的最具代表性的火电厂脱硫技术示范试验项目，如广东台山1号燃煤发电机组、重庆珞璜电厂4×360MW燃煤机组石灰石(石灰)-石膏湿法脱硫装置、太原第一热电

厂、山东黄岛电厂等的成功经验，为实现脱硫技术的产业化打下了一定基础。同时，也对选择DCS控制水平、控制方案的设置起到了积极的促进作用。根据目前投运的脱硫装置DCS控制水平，FGD可考虑不设专人操作，或只有很少量的定员。

鉴于电厂机组DCS和辅机DCS的现状，目前烟气脱硫控制室大多采用独立控制室但也有在机组控制室内实现监视和控制。

一般300MW燃煤机组按两台机组合设一套脱硫DCS控制系统。即控制系统的分散处理单元、I/O单元、与机组DCS通讯接口（采用冗余配置的双向通讯方式）、硬接线接口、操作员站及DCS机柜按单元机组分开设置；数据通讯系统、历史数据站和工程师站按两台机组共同设置。

对600MW燃煤机组一般按一台机组配一套脱硫DCS控制系统。即控制系统的分散处理单元、I/O单元、操作员站、DCS机柜、数据通讯系统、历史数据站和工程师站按两台机组设置。与机组DCS通讯接口（采用冗余配置的双向通讯方式）、硬接线接口按单元机组分开设置。但也有按两台机组合设一套脱硫DCS控制系统方式的。

对1000MW机组，一般按一台机组配一套脱硫DCS控制系统。即控制系统的分散处理单元、I/O单元、操作员站、DCS机柜、数据通讯系统、历史数据站和工程师站按两台机组设置。与机组DCS通讯接口（采用冗余配置的双向通讯方式）、硬接线接口按单元机组分开设置。

六、脱硫技术的应用

九十年代以来，随着我国经济实力的逐步增强和环境标准渐趋严格，我国火电厂治理二氧化硫污染的力度不断加大，先后建成了一批烟气脱硫试验项目和示范项目。下表为我国火电厂中已建烟气脱硫项目的基本情况。

最具突破性进展的是2004年11月18日广东国华粤电台山发电公司1号燃煤发电机组烟气脱硫工程，经过168小时试运行后已正式投入商业运营，这是国内首项60万千瓦火电机组石灰石湿法脱硫工程，它标志着我国火电厂环保建设迈上一个新台阶。

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