燃气锅炉尾气处理装置设计研究

许 倩

（晋能控股集团马脊梁矿，山西 大同 037000）

引言

在锅炉尾气中有害的污染尾气共可分为二氧化硫、烟尘、氮氧化合物以及二氧化碳四类。二氧化硫的排放会使空气酸度上升，造成酸雨、酸雾等污染现象；烟尘中由于存在一定的固体颗粒物，烟尘的排放会对大气造成破坏，影响工业生产和人类身心健康；二氧化碳的排放会使太阳短光波辐射加大，长光波辐射减少，使得大气温度变高，造成温室效应；氮氧化合物会对人类身体以及动植物健康造成影响，同时还会造成化学烟雾以及酸雨等现象，使人类生存受到巨大威胁。

1 整体结构设计

燃气锅炉尾气处理装置所针对的有害尾气主要包括氮氧化合物、固体颗粒、硫化物以及水等物质。其中，针对有害化合物选用物理吸附以及水溶吸收的方法进行处理；针对固体颗粒采用吸附、水溶吸收以及碰撞等方法进行处理；有害气体中的水采用渗冷风以及对流换热等方法进行处理[1]。

对燃气锅炉尾气处理装置进行整体结构设计，其外观结构示意图，如图1 所示。尾气处理装置外观结构设计同传统的尾气处理设备相似，首先需对燃气锅炉产生的尾气进行收集处理。采用类似储物盒子的外观设计，利用管道将燃气锅炉的排烟口与烟气处理装置的进烟口相连，使烟气进入烟气处理装置进行一系列处理。为使烟气在烟气处理装置内流通顺畅，处理装置烟气的进出采用从下方进入上方排出的流通方式。同时，为了使处理装置在非正常天气下仍可以正常运行，烟气的排出设计采用四面排烟的设计，并且对处理装置顶部采用倾斜设计，防止装置顶部积雪积雨，还可增加排烟面积。

图1 烟气处理装置外观设计

2 有害化合物以及固体颗粒处理装置设计

由于燃气锅炉不同于燃煤以及燃油等锅炉，燃气锅炉具有烟气有害气体浓度较低，烟气总体排量较小的特点，故本设计较为适合物理处理方法。

常见的固体颗粒处理方法主要有两种，一种为利用颗粒本身特性进行处理，一种为引入外物进行处理。利用颗粒本身特性处理成本低、设备维护简单，但效率较第二种较低，利用外物处理成本高，但效率也高。针对燃气锅炉排烟量少，冷凝水虽有一定产出，但是产出量无法达到第二类方法要求的特点，本文选用利用颗粒本身特性的处理方法进行固体颗粒处理。同时，为充分利用燃气锅炉尾气处理过程中冷凝水的作用，除运用第一种方法外还增加了水溶液处理方法进行处理[2]。

通过上述分析，采用挡板设计的方法实现固体颗粒以及有害化合物的尾气处理，有害化合物与固体颗粒处理装置结构示意图，如图2 所示。通过挡板的设计使有害烟气在通道内流通，烟气通过与挡板作用形成碰撞，达到利用颗粒本身特性处理的效果。同时，在挡板上铺设吸附剂，并且挡板上还会形成冷凝水，从而达到吸附剂、冷凝水对固体颗粒以及有害化合物净化处理的效果。

图2 含挡板烟气处理装置结构示意图

2 水处理装置设计

烟气中的水蒸气处理主要是进行除湿处理，因水蒸气的大量排放会形成雾霾等污染现象。对于水蒸气进行除湿处理主要有冷凝以及干燥剂两种处理方法。其中，由于干燥剂具有一定的饱和性，当其吸收水分达到一定的程度后会进行饱和状态，无法再进行除湿处理，且燃气锅炉的尾气较高，会对干燥剂的特性产生一定影响，故选择冷凝处理的方法[3]。

冷凝处理中最关键步骤为烟气降温，降温的方法主要包括直接式与间接式两种。由于间接式降温方法需进行翅片、热管等设备建设，投资大、成本高，同时还会使烟气流通的阻力变大，因此选用直接式烟气降温的方法。直接式包括水冷、渗冷风以及自然对流三种方法。其中，水冷方法用水量较大，成本较高；自然对流方式虽成本较低，但热交换效率较低，也不适合于本设计。选用渗冷风的方法进行降温处理，该方法投资低，冷风不需额外成本投入，且系统设备结构简单，较为适合燃气锅炉尾气处理的设计。对水蒸气处理装置进行冷空气系统设计，主要包括底部冷风引入与中庭冷风引入两种方式。其中，底部冷风引入具有稳定性强、设备简单等特点，但该方法会使烟气发生倒流，无法符合燃气锅炉尾气处理装置设计要求。中庭冷风引入虽稳定性较差，但其降温效率较高，成本相对较低，稳定性也可通过增加维护频率解决，故本文选用中庭冷风引入的方法，中庭冷风引入结构与引风方式示意图，如图3 所示。

图3 中庭引凤方式与结构示意图

3 实际应用

将上述尾气处理装置应用于燃气锅炉并进行烟气干燥、有害化合物处理以及固体颗粒物处理实验测试，其具体测试数据，如表1 所示。由数据可知，燃气锅炉产生的水蒸气、有害气体化合物以及固体颗粒得到了有效净化，尾气处理后的数据符合国家相关环保标准，可应用于设计生产之中[4]。

表1 尾气装置安装前后数据对照表

4 结论

随着燃气锅炉数量的不断增加，燃气锅炉尾气排放逐渐受到国家的重视。燃气锅炉尾气中的水蒸气、固体颗粒以及有害气体化合物对空气污染严重，严重影响了我国的生态健康。针对这一现象，对燃气锅炉尾气装置进行了设计研究，通过设计分析得出了以下结论：

1）尾气中的有害气体化合物处理宜使用物理吸附以及水溶吸收的方法；固体颗粒物处理宜选用吸附、水溶吸收以及碰撞的方法；水蒸气处理宜选用渗冷风以及对流换热的方法。

2）将尾气处理装置应用于燃气锅炉系统中后，尾气装置对尾气中的固体颗粒、水蒸气以及有害气体化合物处理效果良好，有害物质浓度大幅下降且符合国家环保标准，符合相关设计要求。