1 前言
在我国的一次能源消耗结构中，燃煤占总能源消耗的70%以上，而由燃煤产生的SO2约占到全国SO2总排放量的90%。因此，对燃煤锅炉烟气进行脱硫、控制SO2的排放是我国经济和社会发展的迫切要求。北京某热力厂拟为1台35t/h燃煤锅炉的烟气进行治理，拆除现有φ2500mm文丘里麻石水膜除尘器，选用净化效率稳定、运行可靠、投资适合北京市市情的新型高效喷淋泡沫脱硫除尘塔。根据脱硫除尘系统需要，配置相应的高效脱水设备、水循环系统、加药系统、曝气系统和自动控制系统。
2 治理方案
2.1 设计参数
根据该厂提供的测试报告和资料确定主要设计参数为：烟气量 ≤63000m3/h，空气预热器出口烟气温度≤180℃，空气预热器出口含尘浓度≤2500mg/m3，燃煤含硫量≤0.8%，除尘器前系统阻力≤1.0kPa，脱硫效率≥90%，除尘效率≥98.2%。
2.2 治理工艺
本工艺包括烟气系统、水循环系统、加药系统、曝气系统和自动控制系统，工艺流程见图1。
图1 烟气脱硫除尘工艺流程
2.2.1 烟气系统
本工艺将锅炉烟气引入空气换热器降温到180℃以下，再通过管道切向进入喷淋泡沫塔，烟气在塔内经洗涤液喷淋后由烟道进入高效脱水器，带气雾的烟气经脱水后进入引风机，由烟道进入烟囱排放。引风机选用GDGYNo13–左 90°–132kW–60℃防腐引风机。流量为75000m3/h，全压为3.6kPa。
2.2.2 水循环系统
由循环水泵将含有脱硫剂（MgO粉）的循环水从水池送往喷淋泡沫塔，同塔中的烟气反应后由溢流槽排出，经灰水沟排入水池（容积为2400m3）。本系统总循环水量为252t/h。选用2台（其中1台备用）150UHB–ZK–250–35（75kW）耐磨防腐水泵作为循环水泵。
2.2.3 加药系统
进入水池中的循环水通过pH值自动测量仪检测pH值。当pH＜6.5时，自动打开Mg（OH）2乳液管路上的电动调节阀，注入Mg（OH）2乳液；调整到出塔循环水pH=6.5时自动关闭电动调节阀，经过pH仪调节循环水清水池中水的pH值为9～11。MgO粉加到消化槽内，加水搅拌几分钟成乳状液后，靠重力自流到Mg（OH）2乳液贮槽。贮槽中的乳液通过重力自流到沉淀池，供脱硫使用。MgO粉的投加量为66.8kg/h。
2.2.4 曝气系统
为使沉淀池中的MgSO3氧化成溶解于水的MgSO4，需在沉淀池中进行曝气，这样既可大大减少循环水中的悬浮物，也可防止循环水系统及脱硫塔内结垢堵塞，同时还可减少脱硫渣的生成量。曝气压缩空气气源由罗茨鼓风机直接提供，由曝气管路送到沉淀池。压缩空气从曝气管路中以小气泡通过循环水，从水面逸出。氧气的消耗量为4.6m3/min。
2.2.5 自动控制系统
本系统中引风机采用变频控制，控制盘位于锅炉控制间。水泵亦采用变频控制。pH值自动控制仪根据采样的数据以4～20mA的信号控制加药电动阀门。
2.3 工作原理
喷淋泡沫塔采用切向进风，使气流旋转上升。在烟气入口上方布置1层或2层螺旋喷嘴组合层，喷嘴层上方为多孔泡沫塔板层，塔板上设喷淋布水器。整个塔分成上、下2个塔体，或上、中、下3个塔体（当用2层塔板时），下塔体下部为循环水槽及液封排水槽。
锅炉排放的烟气，切向进入喷淋泡沫塔旋流段，较大粒径的烟尘受离心力的作用产生附壁效应与塔板布下的水幕汇合，流到塔底排出。烟气继续在塔体内上升，先经2层雾化喷嘴洗涤、吸收而脱除部分细颗粒烟尘和SO2，烟气上升再经2层泡沫塔板，布满吸收液的多孔板鼓泡形成有巨大液膜表面积的泡沫层，同时塔板上具有极大液膜表面积的气雾，烟尘在此阶段亦发生扩散作用，从而进一步去除细颗粒烟尘和脱掉SO2，最终达到高的除尘脱硫效率。
洗涤及吸收都是依赖气液两相液膜界面进行的，液膜面积越大，除尘脱硫效率越高。净化烟气中的气雾，在上塔体中缓慢上升，经塔体与脱水器之间的连接管，进入高效复档型脱水器，脱水后经烟道进入引风机至烟囱达标排放。碱性循环水在塔内吸收SO2后，pH值迅速降低，排入循环沉淀池与锅炉碱性排污水汇合，通过加药装置，将200目以上的MgO粉制成Mg（OH）2乳液，通过pH自动控制仪控制加药的电动阀门，调整水池内的pH值，使出塔洗涤液的pH值为6.5左右。进入水池内的循环水经鼓风曝气，使脱硫产物最终氧化成溶于水的MgSO4。其化学反应方程式为：
为防止水池内硫酸盐过饱和，需排出部分循环水，其水量约占总循环水量的2%。
3 运行效果分析
本工艺的监测结果见表1。
表1 烟气处理结果数据
项 目
1
2
3
4
5
平均值
入塔烟气量(×104m3/h)
5.289
5.455
5.678
5.845
5.568
5.567
出塔烟气量(×104m3/h)
5.944
5.699
6.560
6.495
5.942
6.128
入塔SO2 浓度(×103mg/m3)
1.06
1.08
1.11
1.18
1.07
1.10
出塔SO2浓度(mg/m3)
92.5
97.3
94.8
98.2
92.2
95.0
脱硫效率(%)
91.3
91.0
91.5
91.7
91.4
91.4
入塔烟尘浓度(×103mg/m3
1.94
2.05
2.41
2.27
2.13
2.16
出塔烟尘浓度(mg/m3)
23.8
25.7
30.2
28.4
26.9
27.0
除尘效率(%)
98.7
98.7
98.7
98.7
98.7
98.7
入塔烟气含氧量(%)
7.6
7.9
8.3
8.5
7.7
8.0
出塔烟气含氧量(%)
7.7
8.2
8.7
8.3
9.1
8.4
由表1可知，经处理后SO2的排放浓度为95.0 mg/m3，去除率达91.4%；烟尘的排放浓度为27.0 mg/m3，去除率达98.7%。北京市环境保护局、北京质量技术监督局联合颁发的《锅炉污染物综合排放标准》（DB11/139–2002）A区和B区II时段规定污染物排放限值为：SO2≤150 mg/m3、烟尘≤50mg/m3。这说明用喷淋泡沫塔脱硫除尘可以达到非常理想的效果，烟尘和SO2的排放浓度远低于标准的限值要求。
本工艺系统共投资158.0万元，系统年运行费用为48.6万元，脱除SO2费用为0.93元/kg。
4 结论
4.1 喷淋泡沫塔根据离心、喷雾、泡沫相结合的多级净化原理，将二级喷雾洗涤同二级泡沫层脱硫除尘相互结合，优势互补，充分发挥这2种除尘及脱硫单元的功能，做到除尘粒径由粗到细，脱硫功能由中效到高效的逐段按序完成，从而保证脱硫除尘器的优良工况和性能。
4.2 该工艺系统净化效率稳定、运行可靠，其脱硫除尘效率分别达到91.4%和98.7%。
4.3 喷淋泡沫塔具有除尘脱硫一体化、设备占地面积小、节省投资等特点，适用于大中型工业锅炉烟气脱硫除尘。