一、总论
1.1 工程概述
链条炉，因燃料煤中含有一定的硫份及灰份，在高温燃烧过程中产生的SO2、NOX和粉尘会对周围的大气环境造成了一定的污染，根据国家环保排放标准和当地环保部门的要求，决定对现有锅炉新增加除尘脱硫脱硝设施，确保锅炉尾部排放粉尘和SO2、NOX按照国家和当地环保排放要求达标排放，并按照环保总量控制要求在确保达标的同时进一步削减粉尘和SO2、NOX的排放量。
本期工程为1×65t/h锅炉烟气治理工程除尘脱硫脱硝系统的设计、制造、安装及运行调试，针对业主方的现场特点，结合工艺技术和工程经验，从工艺技术、安全运行、排放指标、经济指标等各方面进行了细致的论证，提出以复合式文丘里水膜脱硫除尘器，钠碱法脱硫工艺，等离子脱硝工艺。
1.2 设计参数
1.3 除尘脱硫脱硝系统主要技术要求
1.4 主要设计原则
▶ 技术先进、经济合理、切实有效的烟气治理工艺。
▶ 设备运行可靠、阻力小，不产生对锅炉运行工况的影响。
▶ 具有足够的除尘脱硫脱硝效率，保证达标排放。
▶ 为降低运行费用，脱硫剂来源可靠，副产品处置合理。不外排不产生二次污染。脱硝脱硫除尘水循环利用。
▶ 充分考虑场地要求，使整套除尘脱硫脱硝系统结构紧凑，减少占地面积。
▶ 尽量利用厂内已有设施和资源，以减少投资。
▶ 运行操作简便，维护方便。
▶ 采取适当措施避免脱硫系统结垢和堵塞的发生。
▶ 使用寿命长，噪音小，必须设有可靠防腐措施。 施工工期短。
▶ 脱硝脱硫除尘装置布局合理、操作维护简单、不结垢、不堵塞。
二、工艺介绍
2.1 布袋除尘器
布袋除尘器是一种干式滤尘装置。滤料使用一段时间后，由于筛滤、碰撞、滞留、扩散、静电等效应，滤袋表面积聚了一层粉尘，这层粉尘称为初层，在此后的运动过程中，初层成了滤料的主要过滤层，依靠初层的作用，网孔较大的滤料也能获得较高的过滤效率。随着粉尘在滤料表面的积聚，除尘器的效率和阻力都相应的增加，当滤料两侧的压力差很大时，会把有些已附着在滤料上的细小尘粒挤压过去，使除尘器效率下降。另外，除尘器的阻力过高会使除尘系统的风量显著下降。因此，除尘器的阻力达到一定数值后，要及时清灰。清灰时不能破坏初层，以免效率下降。
工作原理
过滤式除尘器是指含尘烟气孔通过过滤层时，气流中的尘粒被滤层阻截捕集
下来，从而实现气固分离的设备。过滤式除尘装置包括袋式除尘器和颗粒层除尘
器，前者通常利用有机纤维或无机纤维织物做成的滤袋作过滤层，而后者的过滤
层多采用不同粒径的颗粒，如石英砂、河砂、陶粒、矿渣等组成。伴着粉末重复
的附着于滤袋外表面，粉末层不断的增厚，布袋除尘器阻力值也随之增大;脉冲
阀膜片发出指令，左右淹没时脉冲阀开启，高压气包内的压缩空气通了，如果没
有灰尘了或是小到一定的程度了，机械清灰工作会停止工作。
2.2 钠碱脱硫工艺
由于本项目中链条炉燃料只有 20%为烟煤，80%为沼气，本身 SO2 量比较少，建议才有钠碱工艺，这样，脱硫效率搞，运行方便。同时建议脱硫塔采用不锈钢316L 材质，一次性投入，彻底解决防腐、堵塞等问题，同时可保证脱硫效率。钠碱法湿法脱硫原理。NaOH 溶液吸收 SO2 并副产亚硫酸钠的过程分为以下几步：
2NaOH+SO2→+H2O （1）
+SO2+H2O→ （2）
以上两式总反应为：
NaOH+SO2→ （3）
反应（2）表明，反应（1）生成的 仍具有脱除 SO2 的能力，但反
应（2）和反应（3）生成的 则不再具有脱除 SO2 的能力。反应（1）
表明，当排放液中主要含 ，即脱硫反应主要按（1）式进行时，是 2.0 摩尔的 NaOH 脱除 1.0 摩尔的 SO2，NaOH 的消耗量将多一倍；反应（3）表明，当排放液中主要含 ，即脱硫反应主要按（3）式进行时，是 1.0 摩尔的NaOH脱除1.0摩尔的SO2，NaOH的消耗量仅为前者的1/2。根据以上原理，设计的脱硫系统用 NaOH 脱除 SO2 后，将主要以 的形式排放，即基本上保证 1.0 摩尔的 NaOH 脱除 1.0 摩尔的 SO2。这一点对降低脱硫成本是非常重要的。
副产 产品时，吸收液要进行中和处理。中和处理的目的是将吸收液中的 中和为 ，即：
+NaOH →+H2O
（4）钠碱与氨相比，由于阳离子是非挥发性的，不存在吸收剂在洗涤过程中挥发产生氨雾问题，与钾碱相比，价格便宜，而且，亚硫酸钠和亚硫酸氢钠的溶解度特性更适宜于加热解析过程。
本脱硫工艺技术方案特点本工艺技术方案采用钠碱启动、钠碱吸收 SO2 进行脱硫。相比传统石灰石—石膏法及其他脱硫工艺相比有以下特点：
1、脱硫效率高
本技术方案采用钠碱吸收烟气中的 SO2，钠碱作为强碱，活性高、反应快且充分，吸收剂利用率高。本技术方案主脱硫系统采三级脱硫吸收，三级采用脱硫塔内雾化喷嘴喷淋循环吸收，总 SO2 吸收率达到 95%以上。本项目设置 3 层喷淋，为了降低运行成本，可根据烟气中二氧化硫的浓度开启 3 层或 2 层喷淋的方式运行。
2、设备可靠，运行寿命长
本工艺技术在脱硫塔内为碱性条件下（PH=7-7.6）吸收，一方面有利于酸性
SO2 的循环吸收，可以提高系统的脱硫效率；另一方面，脱硫塔内脱硫副产液为
碱性，克服了其他脱硫工艺控制脱硫塔内酸性（PH＜6）条件对脱硫塔本体和管
网的酸性腐蚀；通常情况下，FGD 系统能长期稳定运行，寿命 30 年，不会对锅炉正常运行造成影响。
3、技术成熟，运行可靠性高
钠碱法烟气脱硫装置投入率为 98%以上，系统主要设备很少发生故障，因此不会因脱硫设备故障影响锅炉的安全运行。
4、同时具有除尘效果
空塔逆流喷淋可同时具有去除烟气的作用，总除尘效率可达到 20%以上，进
一步降低了烟尘的排放浓度。
5、塔内优化设计
采用螺旋喷嘴，喷淋覆盖率达到 200%以上，低压降的同时保证喷头出口的
液滴控制 2000-2500μ，采用多母管制，并对支管进行优化设计，使每支管的流
量均匀。
6、操作弹性大，适应性强
该技术操作弹性大，对煤种变化、锅炉负荷变化的适应性强。脱硫系统用碱性清液作为除尘脱硫剂，工艺吸收效果好，吸收剂利用率高，可根据锅炉煤种
变化，适当调节 pH 值、液气比等因子，以保证设计脱硫率的实现。
2.3 等离子脱硝工艺
链条炉选择等离子脱硝工艺的原由：
首先，SNCR 工艺适用的温度场为 800～1150℃，链条炉能满足此温度场的空
间极小，使得反应时间不足 0.5s，故此 SNCR 效率很低，预计为 20%左右，在原始排放浓度为 400mg/Nm3条件下，通过 SNCR 脱除后，可降到 320mg/Nm3左右。其次，SCR 工艺的反应温度场为 320～400℃，采用此工艺时，对锅炉尾部受热面需要做较大改动。
再次，SNCR/SCR 联合脱硝工艺比较适合的炉型为煤粉炉和循环流化床锅炉，
这两种炉型在锅炉尾部受热面上烟气通道有拓展空间，可以通过尾部受热面的改
造，达到将反应器布置在钢架内部的效果。对链条炉而言，尾部受热面布置紧凑，如果采用此工艺，需要将接近一半的尾部受热面全面改造，将失去联合脱硝工艺的意义。针对上述原因，我们开发了一种工艺，将等离子脱硝工艺。
介质阻挡放电等离子脱硝机理
介质阻挡放电是一种获得高气压下低温等离子体的放电方法，这种放电产生于两个电极之间。介质阻挡放电可以在 0.1～10105Pa 的气压下进行，具有放电的大空间均匀放电和电晕放电的高气压运行的特点。整个放电是由许多在空间和时间上随机分布的微放电构成，这些微放电的持续时间很短，一般在 10ns量级。介质层对此类放电有两个主要作用：一是限制微放电中带电粒子的运动，使微放电成为一个个短促的脉冲；二是让微放电均匀稳定地分布在整个面状电极之间，防止火花放电。介质阻挡放电由于电极不直接与放电气体发生接触，从而避免了电极的腐蚀问题。
介质阻挡放电过程中，电子从电场中获得能量，通过碰撞将能量转化为污染物分子的内能或动能，这些获得能量的分子被激发或发生电离形成活性基团，同时空气中的氧气和水分在高能电子的作用下也可产生大量的新生态氢、臭氧和羟基氧等活性基团，这些活性基团相互碰撞后便引发了一系列复杂的物理、化学反应。
其反应方程式如下：
O2+e→2O H2O+e→H+OH O2+O→O3
这些强氧化性自由基还与与烟气中的NOX发生如下化学反应
NO+e→NO* NO*+O2→NO2+O NO2+OH→HNO3
NO+OH→HNO2 NO*+H2O→HNO+OH HNO2+O2→HNO3+O
等离子脱硝工艺
等离子脱硫脱硝过程是由下面基本过程组成：
▶ 等离子反应器系统；
▶ 脱硝塔系统；
▶ 脱硝剂储存供应系统；
锅炉烟气首先现有进入除尘、脱硫后，排入等离子体反应器单元，在该区域由于高能电子的作用，形成带电粒子或分子间的化学键被打断产生自由基等活性粒子，同时空气中的水和氧气在高能电子轰击下也会产生 OH 自由基、活性氧等强氧化性物质，这些强氧化性物质将 SO2 氧化成 SO3，NO 氧化成 NO2、N2O5等高价态氮，等离子反应器出口的烟气进入到后吸收塔，利用现有研发的脱硝吸收液溶液对氧化后得烟气进行洗涤，捕集塔吸收烟气中的 SO2、氮氧化物等污染物，达到脱硝的目的。净化后的烟气进入烟囱排放。
脱硝塔采用填料塔，利用脱硝吸收剂溶液作为循环溶剂，吸收烟气中的NO2，从而达到脱硝的目的。
化学方程式如下：
2NO+O2=2NO2
3NO2+H2O=2HNO3+NO
烟囱等离子发生器 脱硝塔
脱硝吸收剂制备
预处理后的烟气因为二氧化氮与水反应后，3 摩尔的 NO2 能够产生 1 摩尔的 NO，导致 NOx的去除率达不到要求。脱硝吸收剂配方，很好地解决了 NOx 去除率不高的问题。脱硝吸收剂与中科院某研究所联合研究，通过 3 年的时间，经过了上万次的实验研制而成。脱硝吸收剂的主要成分为尿素、PH 缓冲剂、螯合物等 7 种物质，并按照严格的配方及配料程序复配而成。
反应机理如下：
2OH-+NO+NO2→2NO2-+H2O
2NO2-+(NH2)2CO→2N2+CO2+H2O+2OH
三、产品介绍
3.1.布袋除尘器
通过长期的努力探索与实践，研制成的“抗结露低阻脉冲清灰布袋除尘器”，其具有“结构阻力低，抗结露性能优，沉降功能强，分室离线清灰”等优点。
主要优点：
▶ 1）设有均温、沉降段，可大大减轻滤袋负荷；
▶ （2）结构阻力低，使除尘器稳定运行在 以下；
▶ （3）离线形式，实行离线清灰，减少粉尘二次吸附；
▶ （4）气源清洁处理，杜绝气源油、水结露；
▶ （5）小仓净化结构、离线、检修均对系统无影响，清洁换袋；
▶ （6）轻型袋笼，换袋轻松。
布袋过滤面积安排：
根据所需过滤面积可选择的布袋尺寸较多，但根据该除尘器的低压脉冲清灰的条件及该类型条件的成功使用经验，所以该布袋直径φ130×6000(mm)来进行设计选型。
脉冲阀选型
该除尘器的清灰依靠通过 3”淹没式脉冲阀的脉冲动作使压缩空气形成高
压气流喷吹布袋来完成，脉冲阀选用国内知名品牌，膜片使用寿命高达 100 万次,脉冲阀使用寿命 1～2 年。
脉冲气源处理：
脉冲喷吹清灰是一种较为理想且有效的清灰方式,它可解决除尘器“高阻
症”所带来的不利影响。
除尘器结露的形成来自二个方面：
1、 气源内含大量的水和油，尤其在夏季更易引起板结；
2、气源冷气流与袋内热气流形成温差，易结露，尤其在空气湿度较高的阴雨天。因此，有必要针对这两个问题对气源进行处理。
气源处理主要措施
油水分离器，为进入气缸的气源提供润滑、去除水份；冷冻干燥机提供洁净气源供脉冲气包的脉冲阀使用。
3.2 脱硫塔
1）设计原则
吸收塔内所有部件能够承受最大入口气流及最高进口烟气温度的冲击，高温烟气不会对任何系统和设备造成损害。
吸收塔选用的材料适合工艺过程的特性，并且能承受烟气飞灰和脱硫工艺固体悬浮物的磨损。所有部件包括塔体和内部结构设计考虑腐蚀余度。脱硫塔材质为 。
在吸收塔内安装脱硫设备，即喷雾系统、除雾器、反冲洗装置及其它辅助设施（除雾器采用 ，除雾器效率 99％）。
塔上安装维修人孔、供水管道及维修平台及爬梯等。
2）喷雾系统
包括管线、喷嘴、支撑、加强件和配件等。浆液喷淋系统的设计使喷淋层的布置达到所要求的喷淋浆液覆盖率，使吸收溶液与烟气充分接触，从而保证在适当的液/气比（L/G）下可靠地实现所要求的脱硫效率。
喷淋吸收塔内部碱液喷淋系统由分配管网和喷嘴组成，喷淋系统的设计能够合理分布要求的喷淋量，使烟气流向均匀，并确保碱液与烟气充分接触和反应。浆液喷淋系统采用 。所有喷嘴能避免快速磨损、结垢和堵塞，喷嘴选用优质螺旋型喷嘴，材料采用 316L 不锈钢或陶瓷制作。喷嘴与管道的设计便于检修，冲洗和更换。
喷淋区域布置设计和安装图如下图所示：
（2）脱硫吸收塔优点
1）技术要求
通过合理的设计控制脱硫吸收液 pH 值、烟气流速、脱硫吸收液雾化状态、液滴停留时间、合理的液气比等重要因素，达到理想的吸收效果，保证烟气中的SO2 达标排放。脱硫处理后的烟气夹带的液滴由脱硫吸收塔上的除雾器进行收集、凝聚及去除。
本方案脱硫吸收塔采用雾化喷淋塔方案，塔内部尺寸为直径φ3.5m，塔体高度为 12.0m。
为确保防腐、耐磨的需要，塔内件采用 材料制作。吸收塔内安装塔清洗装置和组合除雾装置等，塔体上设有检修人孔，操作平台等附属设施。
2）脱硫吸收塔
本方案采用的高效雾化喷淋塔是科技人员在消化国外同类设备的基础上并结合双碱法脱硫工艺的特点，开发的一种高效雾化喷淋脱硫塔，优化了吸收塔内喷淋层和喷嘴的布置、除雾器、烟气入口和烟气出口的位置，优化了 pH值、液气比、烟气流速等性能参数。
喷淋组件之间的距离是根据所喷液滴的有效喷射轨迹及滞留时间而确定的，液滴在此处与烟气接触，SO2通过液滴的表面被吸收。
进气口的布置是精心设计的，以保持朝向吸收塔有一定的向下倾斜坡度，从而保证烟气的停留时间和均匀分布。高效雾化喷淋塔由烟气进口、喷淋系统、除雾器、烟气出口等几个部分组成。该脱硫吸收塔具有压降低、气液分布好、适应负荷变化范围大、传热传质推动力大及脱硫效率高的特点；在吸收过程中，自上而下的浆液在高温和高速流动的烟气的作用下，浆液表面形成了复杂的物理和化学反应，一方面,浆液表面的水吸收烟气中的 SO2，并在浆液颗粒内产生由外向内的扩散过程，在浆液颗粒内，有一个 SO2 的浓度梯度；另一方面,浆液表面的水份逐渐蒸发，表面水份逐渐变少，水份从浆液内部向表面扩散。在浆液液滴的吸收――蒸发过程中，表面的水份逐渐减少，表面SO2 的浓度逐渐变高，因此,液滴在下降过程中，浆液液滴在蒸发和吸收的过程中逐步饱和，吸收过程趋于停止。且液滴在下降过程中，液滴的相互碰撞，使小液滴变为大液滴，减少了吸收剂的表面积。这几个过程的综合结果是在液滴离开喷头的下落过程中，吸收速度逐渐变慢。
通过对烟气入口处烟气流场的科学分析，并对烟道入口结构进行优化设计，减少烟气入塔产生的旋涡，提高了脱硫率。工艺技术成熟，装置运行可靠性高。在几十套的工程设计、施工和运行过程中，对出现的问题进行分析、改进、丰富、完善，技术的成熟性和运行可靠性得到进一步的提高，发展成为自身有竞争优势的脱硫工艺，几十套大小 FDG
装置从未发生过因脱硫技术而影响锅炉正常运行的情况。
（3）除雾器
除雾器用于分离烟气携带的液滴，其系统组成：二级除雾器，配备冲洗水系统和喷淋系统（包括管道、阀门和喷嘴等）。除雾器系统包括一台安装在下部的粗除雾器和一台安装在上部的细除雾器。位于下面的第一级除雾器是一个大液滴分离器，叶片间隙稍大，用来分离上升烟气所携带的较大液滴。上方的第二级除雾器是一个细液滴分离器，叶片距离较小，用来分离上升烟气中的微小浆液液滴和除雾器冲洗水滴。烟气流经除雾器时，液滴由于惯性作用，留在挡板上。由于被滞留的液滴也含有固态物，因此存在挡板上结垢的危险，同时为保证烟气通过除雾器时产生的压降不超过设定值，需定期进行在线清洗。为此，设置了定期运行的清洁设备，包括喷嘴系统。冲洗介质为工业水。
一级除雾器的上下面和二级除雾器的下面设有冲洗喷嘴，正常运行时下层除雾器的底面和顶面，上层除雾器的底面冲洗水电动蝶阀轮流清洗各区域。冲洗水由工艺水箱用除雾器冲洗水泵提供，冲洗水还用于补充吸收塔中的水分蒸发损失。
3.3 等离子活化系统
本工程利用排级式双介质阻挡放电等离子体作为脱硫活化系统，每台等离子体烟气处理量：1 组 6.5×/h，烟气温度：100～120℃。
3.4 脱硫、脱硝液供给系统
（1）吸收塔再循环系统
吸收塔再循环系统包括循环泵、管道阀门及喷淋组件及喷嘴。
吸收液循环泵符合对“泵”的基本要求外，并满足循环泵及驱动电机适应户外露天布置的要求。吸收塔再循环系统的设计要求是使喷淋层的布置达到所要求的喷淋浆液覆盖率，使吸收溶液与烟气充分接触，从而保证在适当的液/气比（L/G）下可靠地实现所要求的脱硫效率。
1）脱硫工艺水用量
1×65t/h 锅炉烟气脱硫除尘设计用水量尽可能小。
2）循环水泵
根据脱硫方法所设计循环用水量要求，按 1×65t/h 锅炉运行设计，应选择防腐、耐磨化工水泵。
