1.前言
我国目前的大气环境污染仍然以煤烟型为主，酸雨问题依然严重。1998年全国SO2的排放量为2090万吨。以煤烟型为主的大气污染导致酸雨的覆盖面积约占国土面积的30%，降水年均pH值低于5.6的城市占统计城市数的52.8%。73.03%的南方城市降水年均pH值低于5.6，华中酸雨区中心区域降水年均pH值仍低于5.0，酸雨频率在70%以上。南部沿海部分城市降水年均pH值逐年降低，酸雨出现频率逐年上升。酸雨治理工作仍然任重道远。
我国现有工业锅炉（含采暖锅炉）约43万余台，年耗原煤3亿多吨，占全国煤炭消费量近30%每年向大气排放烟尘近200万吨，二氧化硫800多万吨，约占二氧化硫排放量的40%左右。大多数的中小锅炉的烟气除尘采用旋风除尘器，无脱硫能力，除尘效果也不尽如人意，尤其对细小颗粒捕集能力较差。自从1998年国务院颁布了《酸雨控制区和二氧化硫污染控制区划分方案》之后，对脱硫提出了更高的要求，迫切需要脱硫除尘设备，面对如此状况，开发制造出适合于锅炉烟气脱硫除尘一体化设备具重要的意义。
为此，"八五"期间同济大学环境学院在大量调研国内外有关脱硫设备的基础上开发研制了一种喷射鼓泡式的锅炉烟气脱硫除尘一体化净化装置（简称GCL）。
该装置采用喷射鼓泡的气液接触方式，大大提高了分离净化效果。该装置可用水或某些废水作为涤气液来进行除尘；也可用石灰浆液或其它碱性溶液作吸收剂时则可同时去除二氧化硫和灰尘。
其脱硫原理如下（以石灰/石灰石为例）：
Ca(OH)2 + SO2 → CaSO3·1/2 H2O + 1/2 H2O
CaCO3 + SO2 + H2O → CaSO3·1/2 H2O + 1/2 H2O + CO2
CaSO3·1/2 H2O + SO2 + 1/2 H2O → Ca(HSO3)2
由于烟气中仍含有一定数量的氧, 所以还发生
CaSO3·1/2 H2O + O2 + 3 H2O → 2CaSO4 + 2H2O
当采用可溶性碱（如NaOH）作为吸收剂，生成可溶性盐，并可用钙剂再生（即双碱法），其反应
2NaOH + SO2 → Na2SO3 + H2O
Na2SO3 + Ca(OH)2 + 1/2 H2O→ 2NaOH + CaSO3·1/2 H2O
双碱法吸收效果好，反应器中不存在固相物料，不易堵塞。用钙剂再生后碱可回用，生成的CaSO3经氧化后可分离回收或抛弃。
2.当前存在的问题和解决措施
2.1 主要问题
当前投入应用的湿式烟气净化装置存在的问题有：
（1） 尾气带水严重。气液分离一直是湿式脱硫除尘的难题，气液分离不好会带来一系列的问题，如管道、烟囱的腐蚀，风机积水，叶轮积灰导致动平衡破坏，烟囱喷出水滴等。
（2） 设备堵塞。堵塞问题主要有两个原因，一是由于设备内部气流分布不均匀，飞灰积累在死角，导致堵塞；二是由于吸收液浓度过高，造成结晶，从而导致堵塞。
（3） 设备和管道的腐蚀。由于设备和管道经常暴露在酸性或碱性介质中，腐蚀问题严重。
（4） 循环吸收液的固液分离不好。由于循环液中含有烟尘和脱硫产物，如果浓度过高使净化效果下降。
2.2 解决措施
针对以上问题经过仔细研究，采取以下解决措施：
（1） 改进脱水装置。为提高气液分离效果，在该设备上部设有折板和丝网两层气液分离层，并通过实验确定了丝网层的最优布置方式，去除了排气中绝大部分水滴。为防止积灰堵塞丝网，定期喷水清灰。
（2） 尾气再热。由于设备排气中水汽基本饱和，经烟囱排出时仍有冷凝水。为此在气体净化后再与未净化气体进行换热，从而保持烟道的干燥，避免烟囱腐蚀和冒白烟，并有利于烟气抬升。
（3） 防腐处理。设备的防腐有两种办法，一是采用耐腐蚀的材料，二是在设备内外表面涂防腐材料。考虑到费用的原因，在实际应用中采用了后者，实践证明，效果良好。
（4） 循环吸收液的固液分离。采用滤料过滤分离，达到了很好的分离效果。与沉淀分离相比，大大减少了水池体积。
3.装置结构和系统流程
3.1 影响脱硫除尘的主要因素
经过实验室研究，喷射鼓泡反应器的净化效率与以下因素有关：
（1） 喷口的浸没深度。喷口的浸没深度对脱硫效率影响较大，脱硫效率随浸没深度的增大而提高。但达到一定深度后，对脱硫效率影响不大。对于除尘而言，效率也随深度增加而增加，但幅度较小。
（2） 工作液体的含尘量。液体的含尘量越大，除尘的效果越差，因此要求循环液经过良好的固液分离。
（3） 工作液体的pH值。工作液体的pH值对脱硫有较大影响，总的来说，pH值越高，脱硫效果越好，但与碱液的性质也有很大关系，对于强碱而言pH一般要大于11，对于弱碱（如石灰等）pH只要大于8就可以取得较好的效果。
3.2 结构
该装置在设计时考虑到锅炉烟气净化场地有限，因而把不同功能区竖向布置，设备占地小，结构紧凑。设备底部为吸收液槽，烟气首先进入烟气再热器，然后从装置中部进入，先向下喷入吸收液中，然后向上，经过沉降室、上升管，再经两层气液分离层后进入再热器，而后经风机排出。为节省空间，设备可架在循环水池之上。
4.设备应用效果
在试验研究的基础上，已开发了为蒸发量2～20t/h的锅炉配套的系列化产品，并投入实际应用，实际运行效果良好。
5.结论
在实际运行中喷射鼓泡脱硫除尘一体化装置具有以下几个主要特点：
１、能够实现脱硫除尘一体化，尤其适合对中小型锅炉的烟气净化；
２、净化效率高，压降适中，代替多管除尘器时，可不必换风机；
３、设备运行稳定，设有调节堰板操作弹性大；
４、气液分离好，且具有尾气再热功能；
５、循环液流动通畅，设备本身具有气液搅动功能，能有效防止堵塞；
６、循环液采用过滤分离，固液分离效果好，水池体积小；
７、设备结构、体积较小，投资费用较低，操作运行方便。
有关详细情况可联系咨询：
同济大学环境学院，空气污染控制研究所，200092
季学李，羌宁，赵修华
TEL：65981926
(编辑：黄雪宁) |
