鐵路燃煤鍋爐脫硫除塵及節(jié)能技術研究
目前，作為一種中小型燃煤鍋爐，我國的大部分鐵路燃煤鍋爐在運行上面都具有較低的效率以及較為落后的技術。在經(jīng)濟成本上，現(xiàn)在鐵路燃煤鍋爐也無法實現(xiàn)大型電站鍋爐的巨額投資，不能運行高價的除塵脫硫設備。所以需要尋找安裝簡易以及具有較低脫硫成本的煙氣脫硫工藝。
1 我國中小型燃煤鍋爐常用的脫硫技術
按照燃燒以及脫硫工藝的彼此結合點能夠把脫硫技術劃分成：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，此方法能夠對S02以及酸雨給予有效控制。通常都是通過下列化學反應生成SOx：
為了有效的控制二氧化硫的生成，可以根據(jù)實際情況合理的應用下列技術：
1.1 燃燒前進行脫硫
在燃燒前使用的脫硫技術通常包括微生物脫硫、液化以及煤氣化、化學或者物理洗選煤法等，諸多技術方法中發(fā)生的比較成熟的即為物理洗選煤技術，但是煤液化與汽化技術還不夠成熟，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，可以使得運輸量與灰渣處理量大大降低，減少對鍋爐產(chǎn)生的磨損。
1.2 燃燒中進行脫硫
第一，將固硫劑以及粘結劑加入燃煤中，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候進行脫硫；第二，將吸收劑噴入爐內(nèi)進行脫硫。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)噴鈣及尾部增濕潤活化脫硫。第三，循環(huán)流化床脫硫，即CFBC?？梢詫⑹沂舆M循環(huán)流化床鍋爐爐膛，從而和染料發(fā)生燃燒，實現(xiàn)脫硫操作。
1.3 燃燒后進行脫硫
科學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。
根據(jù)脫硫時脫硫產(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，濕法煙氣脫硫屬于一種氣液反應，其具有較高的反應效率與速度，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雜，難以有效處理脫硫產(chǎn)物等，同時在進行濕法脫硫以后，煙氣溫度都會比露點低，于是必須對其實施升溫以及脫水處理，從而防止出現(xiàn)煙道與風機腐蝕、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，我國現(xiàn)在研發(fā)出很多簡易煙氣脫硫技術。在通常狀況下，此技術往往都會基于備類除塵設備，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，借助很多機理進行除塵以及脫硫，例如文丘里除塵、噴霧塔與篩板塔吸收、水膜除塵以及旋風除塵等機理。已經(jīng)研發(fā)出很多一體化的煙氣脫硫技術，例如多管噴霧、麻石水膜以及沖激旋風除塵脫硫技術。
2 鍋爐煙氣除塵脫硫的一體化技術
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制造而成，其主塔內(nèi)旋踏板板形如同汽輪機的隔板。在運行的過程中，煙氣就會從塔底逐漸向上切向進塔。將除塵水噴灑在塔頂，除塵水就會通過旋流踏板里含有的葉片表面均勻的往下方流動，在塔內(nèi)旋流塔板葉片的作用下，煙氣會接觸到除塵水，于是在煙氣以及液滴完全接觸的基礎上，可以獲得完全的分離，獲得1.5倍普通板塔的氣液負荷。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，同時其具有非常強的抗堵性以及較寬的彈性。在煙氣到達副塔以后，其會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，然而也會導致非常低的鍋爐排煙溫度，使得煙氣中含有水分，從而造成引風機的振動以及累積灰塵，使得煙囪、鋼煙道以及引風機出現(xiàn)腐蝕，同時會使得煙囪的浮升力降低，造成煙塵無法順利的擴散。
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制造而成。作為一種最新技術裝置，在此裝置里的煙氣中含有的水蒸氣、氧氣以及氮氣等在獲得一定量的電子束照射以后，能夠將大多數(shù)的能量吸收，從而產(chǎn)生很多自由基，例如HO2以及OH等，其都具有非常強的反應活性，在和煙氣里的二氧化硫發(fā)生反應從而產(chǎn)生硫酸，之后再與氨發(fā)生中和反應，從而生成硫酸銨。 圖1 旋流板塔煙氣脫硫除塵工藝流程
此技術不會發(fā)生結垢現(xiàn)象，也不會造成設備的污染，不會造成廢渣沸水，而且其生成的副產(chǎn)品還能夠當成肥料，不會產(chǎn)生二次污染物，具有高于90%的脫硫效率，與此同時，其具有非常簡單的設備，能夠被廣泛應用于很大方面。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，這樣就會危害人們的身體健康，所以必須要進行防輻射操作，進而必須要充分做好維護以及運行工作。
2.3 SHG型的脫硫除塵裝置
此裝置的主體設備是立世塔，在此塔中使用了干濕式結合的構造其上部屬于脫水段，中部屬于吸收段，下部屬于旋風除塵段。煙氣先進入旋風除塵段，在將很大的顆粒去除以后，再進入系手段，在途經(jīng)篩板的時候，會和其上面的吸收液發(fā)生完全的接觸，進行傳質吸收反應，再脫除二氧化硫以及微細的粉塵。當煙氣被充分除塵脫硫以后，就會在脫水段中進行除霧脫水，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，能夠實現(xiàn)氣液的完全接觸，能夠達到高于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)很多年的廣泛應用，中小型鍋爐具有的煙氣脫硫除塵技術也在不斷的發(fā)展與完善，其工藝系統(tǒng)以及技術水平都得到更大的創(chuàng)新以及提高。然而在實際使用的時候，還會存在很大問題。
（1）總體而言，裝置的脫硫效率較低，與此同時處理產(chǎn)生的泥漿的操作也非常復雜與困難，極易導致二次污染。
（2）出現(xiàn)嚴重的結垢情況。除塵脫硫一體化的裝置，特別是當脫硫劑選定位石灰的石灰，就會出現(xiàn)更加嚴重的結垢現(xiàn)象。經(jīng)常會出現(xiàn)系統(tǒng)堵塞，從而對系統(tǒng)的正常運行產(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，然而這樣也會在更短的時間內(nèi)迅速結垢，從而堵塞管道。
?。?）出現(xiàn)嚴重的腐蝕現(xiàn)象。例如水蒸氣以及煙氣里的S02會發(fā)生相互反應，從而產(chǎn)生亞硫酸，這樣就會在極大程度上腐蝕設備以及管道。假如沒有使用科學、有效的材料，也會在短期內(nèi)出現(xiàn)由于腐蝕導致的穿透現(xiàn)象，使得脫硫除塵工藝系統(tǒng)無法有序、穩(wěn)定的運行。
?。?）脫硫裝置會耗費非常多的水資源。由于蒸發(fā)比較厲害，所以需要補充很多的洗滌水，難以有效的利用循環(huán)水，于是造成水資源的巨大浪費。
4 燃煤鍋爐的節(jié)能方法
4.1 改造燃煤鍋爐的設計
4.1.1 借助變頻控制實現(xiàn)節(jié)能效果。以往我國在燃煤鍋爐中都是使用送風機以及引風機等，其無法對速度給予自動的調(diào)節(jié)，不能對出風量給予有效的控制，也會浪費很多的電能以及燃料。所以，可在原風機配電柜系統(tǒng)的基礎上，加上一臺變頻控制柜，使得二者并聯(lián)，這樣一次風機以及風機就會分別根據(jù)已經(jīng)設定的頻率信號進行運行，并聯(lián)的配置原有啟動系統(tǒng)以及變頻器連鎖控制系統(tǒng)，使得兩柜可以手動切換，從而在變頻系統(tǒng)發(fā)生故障的時候，馬上能夠切換到原啟動柜操作。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。在設計煤種的基礎上配備的爐拱。然而很多鍋爐不可以燃用設計煤種，這樣就不能得到順利、充分的燃燒，對鍋爐的熱效率造成嚴重影響，更為嚴重者會制約鍋爐出力。根據(jù)現(xiàn)實中使用的煤種，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。對于此改造技術而言，其能夠得到大概10%的節(jié)能效率，可以在大概6個月的時間內(nèi)收回技術改造投資。
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。所以為了減少運行成本，必須要對原煤消耗給予合理的控制。原煤的質量優(yōu)劣會在很大程度上關系到煤耗，所以在確保煤質的基礎上，借助最好的風煤比配合，從而盡可能的減少煤不充分燃燒而造成的損失，必須在運行過程中對此給予充分調(diào)整，然后將爐渣含碳量保持在低于10%的范圍內(nèi)，從而實現(xiàn)此目標。而且還可以借助諸多優(yōu)秀的經(jīng)驗，強化鍋爐的運行管理、科學的調(diào)節(jié)外管網(wǎng)水力等等，從而進一步的減少煤耗。
4.2.2 對燃煤的粒徑與水份給予控制。在分層燃燒時，鍋爐燃燒效果會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，能夠加大煤粒間空隙，使得通風阻力降低。所以，鍋爐運行操作的工作人員必須要深入分析煤的顆粒度的基礎上，對燃煤水份給予合理的控制。依照相關材料以及經(jīng)驗可知，在通常狀況下，應該將燃煤水份控制在8%至10%之間，實際操作的過程中，能夠依照煤粒度大小對水份含量給予調(diào)節(jié)。當顆粒度比較小的時候，可以保持較大的水份含量，當顆粒度比較大的時候，可以保持較小的水份含量，同時保證顆粒最大要低于40毫米，如果超出40毫米或許就會導致大煤塊卡死傳動裝置或者無法充分燃燒，這時候應該將煤塊擊碎。
4.2.3 增強操作人員的責任意識與技術水平。鍋爐的運行操作人員會直接影響到鍋爐的正常運行，其自身的責任感以及技術能力大小都會對鍋爐的污染以及能量消耗產(chǎn)生較大的影響。能力較強的運行操作人員能夠促進降低能耗，促進鍋爐的經(jīng)濟運行，減少黑煙以及煙塵的排放數(shù)量。所以，必須要加強對鍋爐運行操作人員的管理以及培訓。各鐵路部門要建立健全相關的規(guī)章制度，完善管理機構，制定定期檢修制度，對于操作人員的節(jié)能行為給予合理的獎勵，對于超耗行為給予適當?shù)奶幜P，制定科學的獎懲制度，從而有效的增強操作人員的責任意識與技術水平。
總而言之，隨著我國燃煤數(shù)量的增加，煤炭燃燒過程中生成的二氧化硫等物質也逐漸增多，使得我國出現(xiàn)的嚴重大氣污染。所以研發(fā)以及應用有效的燃煤鍋爐脫硫除塵及節(jié)能技術成為我國防治大氣污染的關鍵。作為一種中小型燃煤鍋爐，鐵路燃煤鍋爐也可以應用很多脫硫除塵技術，其分別能夠在燃燒前、燃燒中以及燃燒后進行脫硫操作。而鍋爐煙氣除塵脫硫的一體化技術是目前比較先進、有效的脫硫技術之一。因此，鐵路燃煤鍋爐應該采取科學的除塵脫硫技術，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，防治大氣污染，從而促進我國社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。
