鐵路燃煤鍋爐脫硫除塵及節(jié)能技術(shù)研究
目前，作為一種中小型燃煤鍋爐，我國(guó)的大部分鐵路燃煤鍋爐在運(yùn)行上面都具有較低的效率以及較為落后的技術(shù)。在經(jīng)濟(jì)成本上，現(xiàn)在鐵路燃煤鍋爐也無法實(shí)現(xiàn)大型電站鍋爐的巨額投資，不能運(yùn)行高價(jià)的除塵脫硫設(shè)備。所以需要尋找安裝簡(jiǎn)易以及具有較低脫硫成本的煙氣脫硫工藝。
1 我國(guó)中小型燃煤鍋爐常用的脫硫技術(shù)
按照燃燒以及脫硫工藝的彼此結(jié)合點(diǎn)能夠把脫硫技術(shù)劃分成：燃燒前脫硫，例如微生物脫硫以及洗煤的的等等；燃燒過程中脫硫，例如爐內(nèi)噴鈣等；燃燒后的脫硫，也就是煙氣脫硫（即FGD）。其中全球范圍內(nèi)使用的規(guī)模最大的商業(yè)化的脫硫方式即為煙氣脫硫，此方法能夠?qū)02以及酸雨給予有效控制。通常都是通過下列化學(xué)反應(yīng)生成SOx：
為了有效的控制二氧化硫的生成，可以根據(jù)實(shí)際情況合理的應(yīng)用下列技術(shù)：
1.1 燃燒前進(jìn)行脫硫
在燃燒前使用的脫硫技術(shù)通常包括微生物脫硫、液化以及煤氣化、化學(xué)或者物理洗選煤法等，諸多技術(shù)方法中發(fā)生的比較成熟的即為物理洗選煤技術(shù)，但是煤液化與汽化技術(shù)還不夠成熟，需要不斷的深入完善。目前，雖然燃燒煎脫硫技術(shù)還具有一定的缺陷，然而其可以有效的去除灰分，可以使得運(yùn)輸量與灰渣處理量大大降低，減少對(duì)鍋爐產(chǎn)生的磨損。
1.2 燃燒中進(jìn)行脫硫
第一，將固硫劑以及粘結(jié)劑加入燃煤中，之后加壓生產(chǎn)出有著固定形狀的
塊狀燃料，從而在鍋爐燃燒的時(shí)候進(jìn)行脫硫；第二，將吸收劑噴入爐內(nèi)進(jìn)行脫硫。將自云石等脫硫劑噴入爐內(nèi)，在900℃至1250℃范圍內(nèi)的煙溫條件下，脫硫劑可以分解成MgO或者CaO，然后加入S02，相互反應(yīng)生成硫酸鎂或者硫酸鈣，從而完成脫硫操作。在單純的爐內(nèi)噴鈣系統(tǒng)中具有非常低的脫硫率，所以可以將增濕活化器加入爐后，于是生成LIFAC，即所謂的爐內(nèi)噴鈣及尾部增濕潤(rùn)活化脫硫。第三，循環(huán)流化床脫硫，即CFBC?？梢詫⑹沂舆M(jìn)循環(huán)流化床鍋爐爐膛，從而和染料發(fā)生燃燒，實(shí)現(xiàn)脫硫操作。
1.3 燃燒后進(jìn)行脫硫
科學(xué)的處理鍋爐燃燒后生成的煙氣，借助很多方法消除煙氣里的二氧化氯。FGD屬于目前最高效以及使用范圍最廣的脫硫技術(shù)。
根據(jù)脫硫時(shí)脫硫產(chǎn)物的干濕狀態(tài)以及是否加入水，將FGD劃分成干法、濕法以及半干法工藝。與半干法以及干法工藝比較，濕法煙氣脫硫?qū)儆谝环N氣液反應(yīng)，其具有較高的反應(yīng)效率與速度，具有更低的鈣硫比。然而其也存在一定的缺陷，即需要較多的資金以及非常復(fù)雜，難以有效處理脫硫產(chǎn)物等，同時(shí)在進(jìn)行濕法脫硫以后，煙氣溫度都會(huì)比露點(diǎn)低，于是必須對(duì)其實(shí)施升溫以及脫水處理，從而防止出現(xiàn)煙道與風(fēng)機(jī)腐蝕、以及煙氣帶水等現(xiàn)象。
現(xiàn)在在濕法煙氣脫硫工藝中應(yīng)用最為廣泛的方法即為石蒯石灰石法，除此以外，還有的氫氧化鈉法、氯化鎂法、雙堿法、氨法以及氫氧化鈉法等等。
根據(jù)中小鍋爐的基本特征，我國(guó)現(xiàn)在研發(fā)出很多簡(jiǎn)易煙氣脫硫技術(shù)。在通常狀況下，此技術(shù)往往都會(huì)基于備類除塵設(shè)備，可以選用一些堿性漿液，例如石灰以及沖渣水等等作為吸收劑，借助很多機(jī)理進(jìn)行除塵以及脫硫，例如文丘里除塵、噴霧塔與篩板塔吸收、水膜除塵以及旋風(fēng)除塵等機(jī)理。已經(jīng)研發(fā)出很多一體化的煙氣脫硫技術(shù)，例如多管噴霧、麻石水膜以及沖激旋風(fēng)除塵脫硫技術(shù)。
2 鍋爐煙氣除塵脫硫的一體化技術(shù)
2.1 旋流板塔煙氣脫硫除塵裝置
此裝置主要是采用濕法煙氣脫硫技術(shù)制造而成，其主塔內(nèi)旋踏板板形如同汽輪機(jī)的隔板。在運(yùn)行的過程中，煙氣就會(huì)從塔底逐漸向上切向進(jìn)塔。將除塵水噴灑在塔頂，除塵水就會(huì)通過旋流踏板里含有的葉片表面均勻的往下方流動(dòng)，在塔內(nèi)旋流塔板葉片的作用下，煙氣會(huì)接觸到除塵水，于是在煙氣以及液滴完全接觸的基礎(chǔ)上，可以獲得完全的分離，獲得1.5倍普通板塔的氣液負(fù)荷。由于塔板葉片具有非常大的開孔率以及非常薄的液層，那么僅僅可以消除較少的塔內(nèi)阻力，也就是普通塔板的一般，同時(shí)其具有非常強(qiáng)的抗堵性以及較寬的彈性。在煙氣到達(dá)副塔以后，其會(huì)在脫水裝置的作用下拍向大氣。主塔里安置著沖洗塔板的裝置。
此裝置具有的脫硫率以及除塵率分別為70%、98%，然而隨著噴流水的pH值的增高，脫硫效果也越好。而且，其其液體比大概是普通除塵器的1.5倍，這樣就可以增大除塵脫硫率，然而也會(huì)導(dǎo)致非常低的鍋爐排煙溫度，使得煙氣中含有水分，從而造成引風(fēng)機(jī)的振動(dòng)以及累積灰塵，使得煙囪、鋼煙道以及引風(fēng)機(jī)出現(xiàn)腐蝕，同時(shí)會(huì)使得煙囪的浮升力降低，造成煙塵無法順利的擴(kuò)散。
2.2 等離子體鍋爐煙氣除塵脫硫的一體化裝置
此裝置是選用干式鍋爐煙氣除塵脫硫技術(shù)制造而成。作為一種最新技術(shù)裝置，在此裝置里的煙氣中含有的水蒸氣、氧氣以及氮?dú)獾仍讷@得一定量的電子束照射以后，能夠?qū)⒋蠖鄶?shù)的能量吸收，從而產(chǎn)生很多自由基，例如HO2以及OH等，其都具有非常強(qiáng)的反應(yīng)活性，在和煙氣里的二氧化硫發(fā)生反應(yīng)從而產(chǎn)生硫酸，之后再與氨發(fā)生中和反應(yīng)，從而生成硫酸銨。 圖1 旋流板塔煙氣脫硫除塵工藝流程
此技術(shù)不會(huì)發(fā)生結(jié)垢現(xiàn)象，也不會(huì)造成設(shè)備的污染，不會(huì)造成廢渣沸水，而且其生成的副產(chǎn)品還能夠當(dāng)成肥料，不會(huì)產(chǎn)生二次污染物，具有高于90%的脫硫效率，與此同時(shí)，其具有非常簡(jiǎn)單的設(shè)備，能夠被廣泛應(yīng)用于很大方面。然而由于其主要是在電子加速器的作用下，生成的高能電子，那么針對(duì)普通的大規(guī)模企業(yè)而言，必須要配備具有很大功率的電子槍，這樣就會(huì)危害人們的身體健康，所以必須要進(jìn)行防輻射操作，進(jìn)而必須要充分做好維護(hù)以及運(yùn)行工作。
2.3 SHG型的脫硫除塵裝置
此裝置的主體設(shè)備是立世塔，在此塔中使用了干濕式結(jié)合的構(gòu)造其上部屬于脫水段，中部屬于吸收段，下部屬于旋風(fēng)除塵段。煙氣先進(jìn)入旋風(fēng)除塵段，在將很大的顆粒去除以后，再進(jìn)入系手段，在途經(jīng)篩板的時(shí)候，會(huì)和其上面的吸收液發(fā)生完全的接觸，進(jìn)行傳質(zhì)吸收反應(yīng)，再脫除二氧化硫以及微細(xì)的粉塵。當(dāng)煙氣被充分除塵脫硫以后，就會(huì)在脫水段中進(jìn)行除霧脫水，從而避免煙氣內(nèi)含有水分，之后通過出口排向煙囪。
此裝置具有的液氣比是沒立方米0.3升至0.5升，在塔中具有很大的液量，能夠?qū)崿F(xiàn)氣液的完全接觸，能夠達(dá)到高于95%的除塵率以及高于70%的脫硫率，于是比較適合低于6t/h的小型燃煤鍋爐使用，然而其具有非常高的裝置成本。
3 目前煙氣脫硫除塵裝置中存有的問題
歷經(jīng)很多年的廣泛應(yīng)用，中小型鍋爐具有的煙氣脫硫除塵技術(shù)也在不斷的發(fā)展與完善，其工藝系統(tǒng)以及技術(shù)水平都得到更大的創(chuàng)新以及提高。然而在實(shí)際使用的時(shí)候，還會(huì)存在很大問題。
?。?）總體而言，裝置的脫硫效率較低，與此同時(shí)處理產(chǎn)生的泥漿的操作也非常復(fù)雜與困難，極易導(dǎo)致二次污染。
?。?）出現(xiàn)嚴(yán)重的結(jié)垢情況。除塵脫硫一體化的裝置，特別是當(dāng)脫硫劑選定位石灰的石灰，就會(huì)出現(xiàn)更加嚴(yán)重的結(jié)垢現(xiàn)象。經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)系統(tǒng)堵塞，從而對(duì)系統(tǒng)的正常運(yùn)行產(chǎn)生阻礙。在理論上而言，如果漿液的pH值增大，可以使得脫硫效率大大增強(qiáng)，然而這樣也會(huì)在更短的時(shí)間內(nèi)迅速結(jié)垢，從而堵塞管道。
?。?）出現(xiàn)嚴(yán)重的腐蝕現(xiàn)象。例如水蒸氣以及煙氣里的S02會(huì)發(fā)生相互反應(yīng)，從而產(chǎn)生亞硫酸，這樣就會(huì)在極大程度上腐蝕設(shè)備以及管道。假如沒有使用科學(xué)、有效的材料，也會(huì)在短期內(nèi)出現(xiàn)由于腐蝕導(dǎo)致的穿透現(xiàn)象，使得脫硫除塵工藝系統(tǒng)無法有序、穩(wěn)定的運(yùn)行。
?。?）脫硫裝置會(huì)耗費(fèi)非常多的水資源。由于蒸發(fā)比較厲害，所以需要補(bǔ)充很多的洗滌水，難以有效的利用循環(huán)水，于是造成水資源的巨大浪費(fèi)。
4 燃煤鍋爐的節(jié)能方法
4.1 改造燃煤鍋爐的設(shè)計(jì)
4.1.1 借助變頻控制實(shí)現(xiàn)節(jié)能效果。以往我國(guó)在燃煤鍋爐中都是使用送風(fēng)機(jī)以及引風(fēng)機(jī)等，其無法對(duì)速度給予自動(dòng)的調(diào)節(jié)，不能對(duì)出風(fēng)量給予有效的控制，也會(huì)浪費(fèi)很多的電能以及燃料。所以，可在原風(fēng)機(jī)配電柜系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，加上一臺(tái)變頻控制柜，使得二者并聯(lián)，這樣一次風(fēng)機(jī)以及風(fēng)機(jī)就會(huì)分別根據(jù)已經(jīng)設(shè)定的頻率信號(hào)進(jìn)行運(yùn)行，并聯(lián)的配置原有啟動(dòng)系統(tǒng)以及變頻器連鎖控制系統(tǒng)，使得兩柜可以手動(dòng)切換，從而在變頻系統(tǒng)發(fā)生故障的時(shí)候，馬上能夠切換到原啟動(dòng)柜操作。在理論層面上，其具有20%至45%的節(jié)能效率，能夠降低15%至35%的燃煤量。
4.1.2 改造爐拱。在設(shè)計(jì)煤種的基礎(chǔ)上配備的爐拱。然而很多鍋爐不可以燃用設(shè)計(jì)煤種，這樣就不能得到順利、充分的燃燒，對(duì)鍋爐的熱效率造成嚴(yán)重影響，更為嚴(yán)重者會(huì)制約鍋爐出力。根據(jù)現(xiàn)實(shí)中使用的煤種，可以合理的改變爐拱的位置以及形狀，從而對(duì)燃燒情況給予改善，使得燃燒率大大提高，從而降低燃煤消耗。目前已經(jīng)研發(fā)出適合使用多種煤種的爐拱配置技術(shù)。對(duì)于此改造技術(shù)而言，其能夠得到大概10%的節(jié)能效率，可以在大概6個(gè)月的時(shí)間內(nèi)收回技術(shù)改造投資。
4.2 控制燃煤燃料，節(jié)約燃煤成本
4.2.1 降低原煤消耗。在燃煤鍋爐運(yùn)行的總成本里，占有的份額最多的成本之一即為原煤消耗。所以為了減少運(yùn)行成本，必須要對(duì)原煤消耗給予合理的控制。原煤的質(zhì)量?jī)?yōu)劣會(huì)在很大程度上關(guān)系到煤耗，所以在確保煤質(zhì)的基礎(chǔ)上，借助最好的風(fēng)煤比配合，從而盡可能的減少煤不充分燃燒而造成的損失，必須在運(yùn)行過程中對(duì)此給予充分調(diào)整，然后將爐渣含碳量保持在低于10%的范圍內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)此目標(biāo)。而且還可以借助諸多優(yōu)秀的經(jīng)驗(yàn)，強(qiáng)化鍋爐的運(yùn)行管理、科學(xué)的調(diào)節(jié)外管網(wǎng)水力等等，從而進(jìn)一步的減少煤耗。
4.2.2 對(duì)燃煤的粒徑與水份給予控制。在分層燃燒時(shí)，鍋爐燃燒效果會(huì)在極大程度上取決于燃煤中水份的多少。所以必須要合理的控制燃煤里含有的水份。適量的水份能夠促使塊煤以及粉煤的充分粘合，使得鍋爐飛灰以及爐排漏煤的量大大降低，而且在燃煤水份析出的同時(shí)，能夠加大煤粒間空隙，使得通風(fēng)阻力降低。所以，鍋爐運(yùn)行操作的工作人員必須要深入分析煤的顆粒度的基礎(chǔ)上，對(duì)燃煤水份給予合理的控制。依照相關(guān)材料以及經(jīng)驗(yàn)可知，在通常狀況下，應(yīng)該將燃煤水份控制在8%至10%之間，實(shí)際操作的過程中，能夠依照煤粒度大小對(duì)水份含量給予調(diào)節(jié)。當(dāng)顆粒度比較小的時(shí)候，可以保持較大的水份含量，當(dāng)顆粒度比較大的時(shí)候，可以保持較小的水份含量，同時(shí)保證顆粒最大要低于40毫米，如果超出40毫米或許就會(huì)導(dǎo)致大煤塊卡死傳動(dòng)裝置或者無法充分燃燒，這時(shí)候應(yīng)該將煤塊擊碎。
4.2.3 增強(qiáng)操作人員的責(zé)任意識(shí)與技術(shù)水平。鍋爐的運(yùn)行操作人員會(huì)直接影響到鍋爐的正常運(yùn)行，其自身的責(zé)任感以及技術(shù)能力大小都會(huì)對(duì)鍋爐的污染以及能量消耗產(chǎn)生較大的影響。能力較強(qiáng)的運(yùn)行操作人員能夠促進(jìn)降低能耗，促進(jìn)鍋爐的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，減少黑煙以及煙塵的排放數(shù)量。所以，必須要加強(qiáng)對(duì)鍋爐運(yùn)行操作人員的管理以及培訓(xùn)。各鐵路部門要建立健全相關(guān)的規(guī)章制度，完善管理機(jī)構(gòu)，制定定期檢修制度，對(duì)于操作人員的節(jié)能行為給予合理的獎(jiǎng)勵(lì)，對(duì)于超耗行為給予適當(dāng)?shù)奶幜P，制定科學(xué)的獎(jiǎng)懲制度，從而有效的增強(qiáng)操作人員的責(zé)任意識(shí)與技術(shù)水平。
總而言之，隨著我國(guó)燃煤數(shù)量的增加，煤炭燃燒過程中生成的二氧化硫等物質(zhì)也逐漸增多，使得我國(guó)出現(xiàn)的嚴(yán)重大氣污染。所以研發(fā)以及應(yīng)用有效的燃煤鍋爐脫硫除塵及節(jié)能技術(shù)成為我國(guó)防治大氣污染的關(guān)鍵。作為一種中小型燃煤鍋爐，鐵路燃煤鍋爐也可以應(yīng)用很多脫硫除塵技術(shù)，其分別能夠在燃燒前、燃燒中以及燃燒后進(jìn)行脫硫操作。而鍋爐煙氣除塵脫硫的一體化技術(shù)是目前比較先進(jìn)、有效的脫硫技術(shù)之一。因此，鐵路燃煤鍋爐應(yīng)該采取科學(xué)的除塵脫硫技術(shù)，并且采用有效的節(jié)能措施，盡可能的去除燃煤過程中產(chǎn)生的有害物質(zhì)，防治大氣污染，從而促進(jìn)我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。
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