铁路燃煤锅炉脱硫除尘及节能技术研究

• 发布时间：2019/3/25 10:35:49
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  　目前，作为一种中小型燃煤锅炉，我国的大部分铁路燃煤锅炉在运行上面都具有较低的效率以及较为落后的技术。在经济成本上，现在铁路燃煤锅炉也无法实现大型电站锅炉的巨额投资，不能运行高价的除尘脱硫设备。所以需要寻找安装简易以及具有较低脱硫成本的烟气脱硫工艺。

　　1 我国中小型燃煤锅炉常用的脱硫技术
　　按照燃烧以及脱硫工艺的彼此结合点能够把脱硫技术划分成：燃烧前脱硫，例如微生物脱硫以及洗煤的的等等；燃烧过程中脱硫，例如炉内喷钙等；燃烧后的脱硫，也就是烟气脱硫（即FGD）。其中全球范围内使用的规模最大的商业化的脱硫方式即为烟气脱硫，此方法能够对S02以及酸雨给予有效控制。通常都是通过下列化学反应生成SOx：
　　为了有效的控制二氧化硫的生成，可以根据实际情况合理的应用下列技术：
　　1.1 燃烧前进行脱硫
　　在燃烧前使用的脱硫技术通常包括微生物脱硫、液化以及煤气化、化学或者物理洗选煤法等，诸多技术方法中发生的比较成熟的即为物理洗选煤技术，但是煤液化与汽化技术还不够成熟，需要不断的深入完善。目前，虽然燃烧煎脱硫技术还具有一定的缺陷，然而其可以有效的去除灰分，可以使得运输量与灰渣处理量大大降低，减少对锅炉产生的磨损。
　　1.2 燃烧中进行脱硫
　　第一，将固硫剂以及粘结剂加入燃煤中，之后加压生产出有着固定形状的
　　块状燃料，从而在锅炉燃烧的时候进行脱硫；第二，将吸收剂喷入炉内进行脱硫。将自云石等脱硫剂喷入炉内，在900℃至1250℃范围内的烟温条件下，脱硫剂可以分解成MgO或者CaO，然后加入S02，相互反应生成硫酸镁或者硫酸钙，从而完成脱硫操作。在单纯的炉内喷钙系统中具有非常低的脱硫率，所以可以将增湿活化器加入炉后，于是生成LIFAC，即所谓的炉内喷钙及尾部增湿润活化脱硫。第三，循环流化床脱硫，即CFBC。可以将石灰石加进循环流化床锅炉炉膛，从而和染料发生燃烧，实现脱硫操作。
　　1.3 燃烧后进行脱硫
　　科学的处理锅炉燃烧后生成的烟气，借助很多方法消除烟气里的二氧化氯。FGD属于目前最高效以及使用范围最广的脱硫技术。
　　根据脱硫时脱硫产物的干湿状态以及是否加入水，将FGD划分成干法、湿法以及半干法工艺。与半干法以及干法工艺比较，湿法烟气脱硫属于一种气液反应，其具有较高的反应效率与速度，具有更低的钙硫比。然而其也存在一定的缺陷，即需要较多的资金以及非常复杂，难以有效处理脱硫产物等，同时在进行湿法脱硫以后，烟气温度都会比露点低，于是必须对其实施升温以及脱水处理，从而防止出现烟道与风机腐蚀、以及烟气带水等现象。
　　现在在湿法烟气脱硫工艺中应用最为广泛的方法即为石蒯石灰石法，除此以外，还有的氢氧化钠法、氯化镁法、双碱法、氨法以及氢氧化钠法等等。
　　根据中小锅炉的基本特征，我国现在研发出很多简易烟气脱硫技术。在通常状况下，此技术往往都会基于备类除尘设备，可以选用一些碱性浆液，例如石灰以及冲渣水等等作为吸收剂，借助很多机理进行除尘以及脱硫，例如文丘里除尘、喷雾塔与筛板塔吸收、水膜除尘以及旋风除尘等机理。已经研发出很多一体化的烟气脱硫技术，例如多管喷雾、麻石水膜以及冲激旋风除尘脱硫技术。
　　2 锅炉烟气除尘脱硫的一体化技术
　　2.1 旋流板塔烟气脱硫除尘装置
　　此装置主要是采用湿法烟气脱硫技术制造而成，其主塔内旋踏板板形如同汽轮机的隔板。在运行的过程中，烟气就会从塔底逐渐向上切向进塔。将除尘水喷洒在塔顶，除尘水就会通过旋流踏板里含有的叶片表面均匀的往下方流动，在塔内旋流塔板叶片的作用下，烟气会接触到除尘水，于是在烟气以及液滴完全接触的基础上，可以获得完全的分离，获得1.5倍普通板塔的气液负荷。由于塔板叶片具有非常大的开孔率以及非常薄的液层，那么仅仅可以消除较少的塔内阻力，也就是普通塔板的一般，同时其具有非常强的抗堵性以及较宽的弹性。在烟气到达副塔以后，其会在脱水装置的作用下拍向大气。主塔里安置着冲洗塔板的装置。
　　此装置具有的脱硫率以及除尘率分别为70%、98%，然而随着喷流水的pH值的增高，脱硫效果也越好。而且，其其液体比大概是普通除尘器的1.5倍，这样就可以增大除尘脱硫率，然而也会导致非常低的锅炉排烟温度，使得烟气中含有水分，从而造成引风机的振动以及累积灰尘，使得烟囱、钢烟道以及引风机出现腐蚀，同时会使得烟囱的浮升力降低，造成烟尘无法顺利的扩散。
　　2.2 等离子体锅炉烟气除尘脱硫的一体化装置
　　此装置是选用干式锅炉烟气除尘脱硫技术制造而成。作为一种最新技术装置，在此装置里的烟气中含有的水蒸气、氧气以及氮气等在获得一定量的电子束照射以后，能够将大多数的能量吸收，从而产生很多自由基，例如HO2以及OH等，其都具有非常强的反应活性，在和烟气里的二氧化硫发生反应从而产生硫酸，之后再与氨发生中和反应，从而生成硫酸铵。 　　图1 旋流板塔烟气脱硫除尘工艺流程
　　此技术不会发生结垢现象，也不会造成设备的污染，不会造成废渣沸水，而且其生成的副产品还能够当成肥料，不会产生二次污染物，具有高于90%的脱硫效率，与此同时，其具有非常简单的设备，能够被广泛应用于很大方面。然而由于其主要是在电子加速器的作用下，生成的高能电子，那么针对普通的大规模企业而言，必须要配备具有很大功率的电子枪，这样就会危害人们的身体健康，所以必须要进行防辐射操作，进而必须要充分做好维护以及运行工作。
　　2.3 SHG型的脱硫除尘装置
　　此装置的主体设备是立世塔，在此塔中使用了干湿式结合的构造其上部属于脱水段，中部属于吸收段，下部属于旋风除尘段。烟气先进入旋风除尘段，在将很大的颗粒去除以后，再进入系手段，在途经筛板的时候，会和其上面的吸收液发生完全的接触，进行传质吸收反应，再脱除二氧化硫以及微细的粉尘。当烟气被充分除尘脱硫以后，就会在脱水段中进行除雾脱水，从而避免烟气内含有水分，之后通过出口排向烟囱。
　　此装置具有的液气比是没立方米0.3升至0.5升，在塔中具有很大的液量，能够实现气液的完全接触，能够达到高于95%的除尘率以及高于70%的脱硫率，于是比较适合低于6t/h的小型燃煤锅炉使用，然而其具有非常高的装置成本。
　　3 目前烟气脱硫除尘装置中存有的问题
　　历经很多年的广泛应用，中小型锅炉具有的烟气脱硫除尘技术也在不断的发展与完善，其工艺系统以及技术水平都得到更大的创新以及提高。然而在实际使用的时候，还会存在很大问题。
　　（1）总体而言，装置的脱硫效率较低，与此同时处理产生的泥浆的操作也非常复杂与困难，极易导致二次污染。
　　（2）出现严重的结垢情况。除尘脱硫一体化的装置，特别是当脱硫剂选定位石灰的石灰，就会出现更加严重的结垢现象。经常会出现系统堵塞，从而对系统的正常运行产生阻碍。在理论上而言，如果浆液的pH值增大，可以使得脱硫效率大大增强，然而这样也会在更短的时间内迅速结垢，从而堵塞管道。
　　（3）出现严重的腐蚀现象。例如水蒸气以及烟气里的S02会发生相互反应，从而产生亚硫酸，这样就会在极大程度上腐蚀设备以及管道。假如没有使用科学、有效的材料，也会在短期内出现由于腐蚀导致的穿透现象，使得脱硫除尘工艺系统无法有序、稳定的运行。
　　（4）脱硫装置会耗费非常多的水资源。由于蒸发比较厉害，所以需要补充很多的洗涤水，难以有效的利用循环水，于是造成水资源的巨大浪费。
　　4 燃煤锅炉的节能方法
　　4.1 改造燃煤锅炉的设计
　　4.1.1 借助变频控制实现节能效果。以往我国在燃煤锅炉中都是使用送风机以及引风机等，其无法对速度给予自动的调节，不能对出风量给予有效的控制，也会浪费很多的电能以及燃料。所以，可在原风机配电柜系统的基础上，加上一台变频控制柜，使得二者并联，这样一次风机以及风机就会分别根据已经设定的频率信号进行运行，并联的配置原有启动系统以及变频器连锁控制系统，使得两柜可以手动切换，从而在变频系统发生故障的时候，马上能够切换到原启动柜操作。在理论层面上，其具有20%至45%的节能效率，能够降低15%至35%的燃煤量。
　　4.1.2 改造炉拱。在设计煤种的基础上配备的炉拱。然而很多锅炉不可以燃用设计煤种，这样就不能得到顺利、充分的燃烧，对锅炉的热效率造成严重影响，更为严重者会制约锅炉出力。根据现实中使用的煤种，可以合理的改变炉拱的位置以及形状，从而对燃烧情况给予改善，使得燃烧率大大提高，从而降低燃煤消耗。目前已经研发出适合使用多种煤种的炉拱配置技术。对于此改造技术而言，其能够得到大概10%的节能效率，可以在大概6个月的时间内收回技术改造投资。
　　4.2 控制燃煤燃料，节约燃煤成本
　　4.2.1 降低原煤消耗。在燃煤锅炉运行的总成本里，占有的份额最多的成本之一即为原煤消耗。所以为了减少运行成本，必须要对原煤消耗给予合理的控制。原煤的质量优劣会在很大程度上关系到煤耗，所以在确保煤质的基础上，借助最好的风煤比配合，从而尽可能的减少煤不充分燃烧而造成的损失，必须在运行过程中对此给予充分调整，然后将炉渣含碳量保持在低于10%的范围内，从而实现此目标。而且还可以借助诸多优秀的经验，强化锅炉的运行管理、科学的调节外管网水力等等，从而进一步的减少煤耗。
　　4.2.2 对燃煤的粒径与水份给予控制。在分层燃烧时，锅炉燃烧效果会在极大程度上取决于燃煤中水份的多少。所以必须要合理的控制燃煤里含有的水份。适量的水份能够促使块煤以及粉煤的充分粘合，使得锅炉飞灰以及炉排漏煤的量大大降低，而且在燃煤水份析出的同时，能够加大煤粒间空隙，使得通风阻力降低。所以，锅炉运行操作的工作人员必须要深入分析煤的颗粒度的基础上，对燃煤水份给予合理的控制。依照相关材料以及经验可知，在通常状况下，应该将燃煤水份控制在8%至10%之间，实际操作的过程中，能够依照煤粒度大小对水份含量给予调节。当颗粒度比较小的时候，可以保持较大的水份含量，当颗粒度比较大的时候，可以保持较小的水份含量，同时保证颗粒最大要低于40毫米，如果超出40毫米或许就会导致大煤块卡死传动装置或者无法充分燃烧，这时候应该将煤块击碎。
　　4.2.3 增强操作人员的责任意识与技术水平。锅炉的运行操作人员会直接影响到锅炉的正常运行，其自身的责任感以及技术能力大小都会对锅炉的污染以及能量消耗产生较大的影响。能力较强的运行操作人员能够促进降低能耗，促进锅炉的经济运行，减少黑烟以及烟尘的排放数量。所以，必须要加强对锅炉运行操作人员的管理以及培训。各铁路部门要建立健全相关的规章制度，完善管理机构，制定定期检修制度，对于操作人员的节能行为给予合理的奖励，对于超耗行为给予适当的处罚，制定科学的奖惩制度，从而有效的增强操作人员的责任意识与技术水平。
　　总而言之，随着我国燃煤数量的增加，煤炭燃烧过程中生成的二氧化硫等物质也逐渐增多，使得我国出现的严重大气污染。所以研发以及应用有效的燃煤锅炉脱硫除尘及节能技术成为我国防治大气污染的关键。作为一种中小型燃煤锅炉，铁路燃煤锅炉也可以应用很多脱硫除尘技术，其分别能够在燃烧前、燃烧中以及燃烧后进行脱硫操作。而锅炉烟气除尘脱硫的一体化技术是目前比较先进、有效的脱硫技术之一。因此，铁路燃煤锅炉应该采取科学的除尘脱硫技术，并且采用有效的节能措施，尽可能的去除燃煤过程中产生的有害物质，防治大气污染，从而促进我国社会经济的可持续发展。

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