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雙堿法脫硫技術研究
發布時間: 2007-10-17 14:00:05 被閱覽數: 350 次 來源: 泰州金泰環保熱電有限公司
 
作者:佚名       文章來源:互聯網
 摘要:脫硫過程主要是二氧化硫與氫氧化鈉發生化學反應,反應生成物亞硫酸鈉溶于水,含亞硫酸鈉的脫硫循環水與投加的氫氧化鈣反應可生成氫氧化鈉和亞硫酸鈣。通過沉淀分離可將難溶的亞硫酸鈣從循環水中清除,氫氧化鈉易溶于水可循環使用,脫硫過程只消耗氫氧化鈣。達到脫硫效率高,運行費用低的目的。
關鍵詞:雙堿法;脫硫;技術
中圖分類號:X703  文獻標識碼:A
文章編號:1002-1264(2000)01-0060-03

Study on Method of Double-alkali Desulfurizing Technology
(The Environmental Sciences Society of Tianjin,Tianjin 300191)

Abstract:The process of desulfurizing is mainly a chemical reaction when putting sulfurdioxide and sodium hydroxide together with its product of dissolved sodium sulfite.The sodium in the desulfurized circulating water reacts with the added calcium hydroxide and then produces sodium hydroxide and calcium sulfite.The indissoluble calcium sulfite can be removed from the circulating water by the way of precipitated separation and dissolvable sodium hydroxide can be recycled.The process of desulfuring mentioned above consumes calcium hydroxide only with high desulfurizing efficiency and low operaiton cost.
Key words:double-alkali method; desulfurization; technology

1 國內鍋爐煙氣除塵脫硫技術現狀

燃煤鍋爐有大型和中小型之分。大型鍋爐多為火電廠應用,中小型鍋爐多為工業和民用。各類燃煤鍋爐煙氣之中SO2控制技術見表1。本文主要研究中小型鍋爐煙氣除塵脫硫技術。從表1看,目前國內中小型燃煤鍋爐除塵脫硫多選用濕法處理工藝。

表1 各類燃煤污染源控制SO2污染適用技術

類別 適用技術 脫硫率(%) 技術成熟程度
火電廠 循環流化床(CFBC)
爐內噴鈣/增濕活化
噴霧干燥法
磷銨肥法煙氣脫硫
新型濕式石灰石—石膏法
荷電干式吸收劑噴射法
電子束氨法
≥85
60-85
80-90
≥99
93-95
70-90
80-90
國外已商品化生產
國外成熟,國內示范
國外成熟,國內鑒定
國內已鑒定
國內已鑒定
國外成熟,國內示范
國外成熟,國內示范
工業及民用鍋爐 燃用工業固硫型煤
復合式除塵脫硫器
噴霧干燥煙氣脫硫
濕式除塵脫硫一體化
濕式脫硫器
(與干法除塵器配合使用)
40-50
≥80
80-90
60-80
≥60
已商品化尚待推廣
國內推廣使用
國外成熟,國內工業實驗
部分已鑒定,尚須篩選
小型鍋爐應用較多


目前除塵脫硫設備主要分兩類:一是干法除塵(多管旋風除塵器)與濕法脫硫(濕法脫硫器)相結合的組合設備。二是濕法除塵脫硫一體化設備。發展趨勢是向著一體化過度。當前小型設備比較多,主要為10蒸t/h(7 WK)以下的小型鍋爐配套使用,而20蒸t/h以上的中型鍋爐配套使用的除塵脫硫設備還很少,是急需開發生產的設備。
2 濕式脫硫

濕式脫硫是化學法脫硫,煙氣中含有的SO2與堿性循環水相互接觸混合發生化學反應。使煙氣中的SO2與循環水中的堿性物質進行中和反應,生成亞硫酸鹽或少量硫酸鹽,這樣SO2就從煙氣中脫出以鹽的形式進入循環水中,達到脫硫目的,使煙氣得到凈化。
常用的堿性物質有:石灰(氧化鈣,消化后為氫氧化鈣)、氨水(氫氧化銨)、氫氧化鈉及鍋爐爐渣中渣水、工廠中的堿性廢水等。

3 濕式脫硫中脫硫劑的選擇

采用濕式脫硫法治理鍋爐煙氣中SO2的關鍵主要有兩個方面:(1)脫硫設備——保證化學反應完全,要求煙氣與循環水(脫硫液)能在設備中充分混合,促使化學反應順利進行,反應后又可使煙氣與循環水相互分離,使排放的煙氣保持合理濕度但煙氣不帶水。同時要求設備防腐蝕性能好,保證設備能長期穩定運行。(2)脫硫劑——選擇合適的脫硫劑,水溶性好、不易揮發,可方便操作提高脫硫效率,無二次污染,經濟合理。

3.1 NaOH做脫硫劑

NaOH水溶性好,可以配制成任意濃度的脫硫液,保證脫硫化學反應中NaOH過量,促使反應完全,保證脫硫效率高,在運行管理中易于操作,由于NaOH價格較高而造成運行費用高。采用NaOH脫硫還有二次污染問題。特別是進入農田可破壞土壤結構,造成土地板結,使農作物減產。燃燒1萬t含硫量1.5%的煤如果采用NaOH脫硫(脫硫效率按80%計)需消耗NaOH 150 t,產生的無機鹽按硫酸鈉計將有266 t。由于運行費用高及二次污染問題,在實際中很少使用。

3.2 氨水做脫硫劑

氨水與煙氣中的SO2很容易發生化學反應生成亞硫酸銨,采用氨水脫硫效率高,易操作。由于氨水的特性在與煙氣混合接觸中,除與SO2發生反應外還能與CO2發生反應生成碳酸氫氨,在高溫煙氣的作用下,易揮發的碳酸氫氨可隨煙氣排放,并放出氨氣對空氣造成污染。
在脫硫過程中,為保證化學反應趨于完全,一般情況要控制氨過量,否則脫硫效率會降低,因為有過量的氨水,就會有易揮發的氨氣從循環水中脫出而隨煙氣排放,造成二次污染,在實際中也很少應用。

3.3 石灰做脫硫劑

石灰用水化漿變成石灰乳,在靜置情況下由石灰經水消化生成的氫氧化鈣很快就會沉淀,上清液含氫氧化鈣濃度很低。
在脫硫過程中是SO2和氫氧化鈣的反應,反應生成物是亞硫酸鈣和硫酸鈣。這兩種鈣鹽屬難溶于水的無機鹽易于沉淀分離,所以基本不產生二次污染。而且石灰價格便宜,運行費用低。但由于氫氧化鈣難溶于水的特點,用石灰乳脫硫,給脫硫運行操作帶來不便。一般情況脫硫液(循環水)池不設攪拌器,只是向循環池內定期投加石灰,這樣不能形成石灰乳,在操作中也只是氫氧化鈣含量很小的清水在循環,造成脫硫劑缺量,脫硫效率低。
含硫量1.5%的煤在燃燒后可產SO2量的計算如下(以10蒸t/h鍋爐為例):
燃煤消耗量 1 400 kg/h,含硫量21 kg,硫燃燒后氧化生成SO2為42 kg,要從煙氣中脫除42 kg SO2,最少需要氫氧化鈣48.5 kg
10 t/h鍋爐煙氣量為30 000 M3/h,一般脫硫設備在運行中控制氣液比不大于1,按0.5計算,每小時脫硫液循環水為:15 000 L
循環水中氫氧化鈣如不能通過攪拌等措施懸浮起來,而是氫氧化鈣飽和溶液進行循環,15 M3/h的循環水只能提供氫氧化鈣 0.0285 kg
氫氧化鈣缺量為48.471 5 kg
在實際應用中,由于管理不善,不能及時補加堿性脫硫劑,只是水在設備中循環,則脫硫效率不斷下降,循環水酸度不斷增加,pH值不斷降低甚至降為1,使酸性循環水對設備及水泵管道等造成嚴重腐蝕,致使設備損壞不能使用。
在煤的燃燒過程中不但能產生消耗堿的SO2,還產生大量的CO2同樣耗堿,而且消耗堿量要大于SO2。
煤的含炭量按60%、燃燒率70%計,1 t煤可產生二氧化碳量為;
1 000 kg×60%÷27.2%×70%=1 544 kg
在脫硫實際操作中除SO2以外,CO2還消耗氫氧化鈣。計算以10 t/h鍋爐為例
CO2產生量(按小時計)
1 400 kg×60%÷27.2%×70%=2 161 kg
需要氫氧化鈣量為3 634(kg)
在脫硫反應中生成的亞硫酸鈣、硫酸鈣及碳酸鈣均難溶于水,形成沉淀物將從脫硫液(循環水)中分離出去,所以造成氫氧化鈣消耗量多,排渣量大。實際運行中,往往是缺堿(石灰補加不及時)。所以脫硫效率低,設備腐蝕損壞嚴重,給運行管理帶來很多困難。

4 雙堿法脫硫技術改進

雙堿法脫硫是指采用NaOH和石灰(氫氧化鈣)兩種堿性物質做脫硫劑的脫硫方法。
雙堿法脫硫一般只有一個循環水池,NaOH、石灰與除塵脫硫過程中捕集下來的煙灰同在一個循環池內混合,在清除循環水池內的灰渣時煙灰、反應生成物亞硫酸鈣、硫酸鈣及石灰渣和未完全反應的石灰同時被清除,清出的灰渣是一種混合物不易被利用而形成廢渣。
為克服傳統雙堿法的缺點對雙堿法工藝進行改進,工藝改進情況見圖1。



圖1 雙堿法脫硫工藝流程

主要工藝過程是:清水池一次性加入氫氧化鈉溶劑制成氫氧化鈉脫硫液(循環水),用泵打入脫硫除塵器進行脫硫。3種生成物均溶于水。在脫硫過程中,煙氣夾雜的煙道灰同時被循環水濕潤而捕集進入循環水,從脫硫除塵器排出的循環水變為灰水(稀灰漿)。一起流入沉淀池,煙道灰經沉淀定期清除,回收利用,如制內燃磚等。上清液溢流進入反應池與投加的石灰進行反應,置換出的氫氧化鈉溶解在循環水中,同時生成難溶解的亞硫酸鈣、硫酸鈣和碳酸鈣等,可通過沉淀清除;可以回收,是制水泥的良好原料。
因此可做到廢物綜合利用,降低運行費用。
用NaOH脫硫,循環水基本上是NaOH的水溶液。在循環過程中對水泵、管道、設備均無腐蝕與堵塞現象,便于設備運行與保養。
為保證脫硫除塵器正常運行,煙氣排放穩定達標,確保脫硫劑有足夠使用量是一個關鍵問題。脫硫劑用量計算如下:
脫硫反應中,NaOH的消耗量是SO2和CO2與其反應的消耗量。用量需要過量5%以上(按5%計算)。
前面計算的10 t/h鍋爐煙氣中SO2排放量為42 kg/h,CO2排放是為2 161 kg/h。
SO2和CO2中和反應用氫氧化鈉量為:
(80×42÷64+80×2 161÷44)×105%
=4 180 kg
脫硫過程由于NaOH的轉換實際消耗是石灰。折算成生石灰消耗量56×4 180÷80=2 926 kg
生石灰日消耗量為70 224 kg
綜上所述,脫硫過程的堿消耗量是很大的。但要保證脫硫效率,就必須要保證堿的用量,通過比較雙堿法脫硫可以實現脫硫效率高,運行費用相對比較低,操作方便,無二次污染,廢渣可綜合利用。所以改進后的雙堿法脫硫工藝是值得推薦和推廣應用的。

作者簡介:馬連元 男,60歲,天津市環境科學學會工作,從事科普工作。
馬連元(天津市環境科學學會,天津 300191)

參考文獻

[1] 脫硫技術.北京:中國環境科學出版社,1995
[2] 燃煤煙氣脫硫技術.中國環境科學學會論文集,1998
[3] 環境保護綜合利用技術.北京:中國環境科學出版社,1994
[4] 國家環境保護最佳實用技術匯編.北京:中國環境科學出版社,1995-1998
[5] 實用化學手冊.國際工業出版社,1986
 
 

       
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