白泥脫硫劑的開發(fā)應(yīng)用

吳金泉

(福建鑫澤環(huán)保設(shè)備工程有限公司，福建福州，350002)

白泥脫硫劑的開發(fā)應(yīng)用

吳金泉

(福建鑫澤環(huán)保設(shè)備工程有限公司，福建福州，350002)

介紹了白泥-石膏法脫硫原理及白泥脫硫裝置的工業(yè)應(yīng)用實(shí)例，并對(duì)白泥漿液pH值控制和雜質(zhì)成分進(jìn)行分析。該白泥脫硫裝置的投資和運(yùn)行費(fèi)用低，脫硫效率高，經(jīng)濟(jì)效益好。白泥脫硫是以廢治廢，化害為利和循環(huán)發(fā)展經(jīng)濟(jì)之善舉。

白泥;脫硫劑;白泥脫硫裝置;脫硫效率

燃煤鍋爐是煙塵、SO2和NOx等大氣污染物的主要排放源。為削減鍋爐煙氣SO2污染物的排放量，各類脫硫方法應(yīng)運(yùn)而生。常用的濕法脫硫有石灰石-石膏法、雙堿法、氨法等。為達(dá)到最佳的環(huán)境和經(jīng)濟(jì)綜合效益，福建鑫澤環(huán)保設(shè)備工程有限公司積極探索“以廢治廢”的脫硫新途徑，并于2004年開始對(duì)造紙廠廢棄填埋的苛化白泥用作鍋爐煙氣濕法脫硫劑進(jìn)行研究和工業(yè)應(yīng)用開發(fā)，提出了有特色的“白泥-石膏法”煙氣脫硫工藝，并開發(fā)了相應(yīng)的配套裝置。多年來的工業(yè)推廣應(yīng)用實(shí)踐證明，白泥不失為一種良好的煙氣脫硫劑。

1 白泥脫硫可行性

堿回收車間的黑液經(jīng)濃縮焚燒，從燃燒爐底部流出的無機(jī)熔融物 (主要成分是Na2CO3和Na2S)溶于稀白液，稱為綠液。在苛化工段，往綠液中加消石灰，使綠液中的Na2CO3轉(zhuǎn)化為NaOH，白液在澄清過程中產(chǎn)生的沉淀物稱為白泥，白泥主要成分是粒度極細(xì)的CaCO3和少量CaO［1］。苛化過程的反應(yīng)式如下:

白泥主要化學(xué)成分與粒徑檢測(cè)數(shù)據(jù)見表1～表3。

表1 白泥與石灰石主要化學(xué)成分對(duì)比 %

表2 山東晨鳴集團(tuán)齊河板紙有限公司白泥粒徑檢測(cè)表

表3 福建省青山紙業(yè)股份有限公司白泥粒徑分析

國家環(huán)保規(guī)范要求用于脫硫的石灰石中CaCO3含量宜高于90%(相當(dāng)于總CaO高于50.4%)。表1對(duì)比數(shù)據(jù)顯示，木漿白泥的主要化學(xué)成分與石灰石相近，且指標(biāo)符合用作鍋爐煙氣脫硫劑的要求。為保證脫硫石膏的綜合利用率及減少廢水排放量，國家環(huán)保規(guī)范要求當(dāng)燃燒高含硫量的燃煤時(shí)，石灰石的粒徑細(xì)度325目 (45 μm)宜保證90%的過篩率。從表2和表3的檢測(cè)數(shù)據(jù)來看，白泥的粒徑細(xì)度已滿足或基本滿足要求。

在pH值為4.5的條件下，對(duì)木漿白泥、石灰石進(jìn)行脫硫活性對(duì)比試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，脫硫反應(yīng)2 h和4 h時(shí)，木漿白泥轉(zhuǎn)化率分別為97.2%和98.7%，石灰石的轉(zhuǎn)化率則分別為93.8%和98.0%。試驗(yàn)結(jié)果表明，木漿白泥物理性能和化學(xué)活性要優(yōu)于石灰石。綜上所述，木漿白泥可以代替石灰石用作煙氣脫硫劑。

2 白泥脫硫工藝原理

由于白泥的主要化學(xué)成分 (CaO含量)與石灰石相近，因此具有石灰石-石膏法脫硫的共性特點(diǎn)，可將白泥配成漿液用于鍋爐煙氣以脫除 SO2［2］。

反應(yīng)過程:

(1)白泥分解

白泥漿液中的CaCO3會(huì)分解出Ca2+并放出CO2氣體:

(2)SO2的吸收

煙氣中的SO2被白泥漿液中的水吸收，形成亞硫酸;亞硫酸電離出的H+不斷被白泥分解出的OH－中和成H2O，使得反應(yīng)平衡向右進(jìn)行:

白泥漿液中的Ca2+與SO2－3反應(yīng)生成半水亞硫酸鈣沉淀:

表2展示了MPDPC.I,MPDPC.II和MPDPC.III在穩(wěn)態(tài)下的平均開關(guān)頻率和電流總諧波畸變率(THD)。由于直接功率控制的開關(guān)頻率不固定,平均開關(guān)頻率是通過計(jì)數(shù)6個(gè)開關(guān)管在1 s內(nèi)動(dòng)作的總次數(shù)再除以6得到的。從表中可以得出,相比于MPDPC.I,MPDPC.II大幅度地降低了開關(guān)頻率,但同時(shí)也對(duì)電流波形產(chǎn)生了極大的影響,電流THD明顯增加,這不利于系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行。而MPDPC.III凸顯出很大的優(yōu)勢(shì),不但開關(guān)頻率有更大幅度的降低,更重要的是,其仍然保持著較高水平的電流輸出波形。

(3)反應(yīng)產(chǎn)物的氧化

CaSO3

另外，煙氣中還含有的HCl和HF也將被白泥漿液一同除去，反應(yīng)式如下:

3 白泥脫硫工藝流程

白泥-石膏法脫硫工藝流程設(shè)計(jì)包括煙氣系統(tǒng)、吸收氧化系統(tǒng)、白泥漿液制備系統(tǒng)、石膏脫水系統(tǒng)、排放系統(tǒng)。白泥濕法脫硫工藝流程見圖1。

圖1 白泥濕法脫硫工藝流程簡圖

鍋爐煙氣經(jīng)電除塵器除塵后，通過增壓風(fēng)機(jī)，經(jīng)噴水降溫增濕 (或GGH換熱器)后從中下部進(jìn)入吸收塔。吸收塔內(nèi)向上流動(dòng)的煙氣與設(shè)置在三層噴漿層中的噴嘴噴下的白泥循環(huán)漿液霧滴逆向接觸，煙氣中的SO2及少量SO3、微量HCl和HF被洗滌吸收進(jìn)入白泥漿液中。吸收塔最下段是氧化兼貯液段，由羅茨風(fēng)機(jī)鼓入空氣將白泥漿液中的反應(yīng)產(chǎn)物CaSO3強(qiáng)制氧化為石膏結(jié)晶 (CaSO4·2H2O)沉淀物。

由白漿液泵將吸收塔下部貯液段中的溶液抽出，并通過白泥漿液輸送泵補(bǔ)入來自白泥漿液池的適量新鮮白泥漿液，新鮮白泥漿液向上輸送到進(jìn)入吸收塔中上部噴淋層中，經(jīng)噴嘴進(jìn)行霧化，可使氣體和白泥漿液得以充分接觸。采用單元制設(shè)計(jì)，每臺(tái)白泥漿液泵只與其各自管系相連的噴淋層相連接，便于運(yùn)行操作調(diào)控。含有石膏的濃白泥漿液由吸收塔底部通過排渣泵排出，然后進(jìn)入石膏脫水系統(tǒng)，將石膏副產(chǎn)品含水量降至15%以下。脫水系統(tǒng)主要包括石膏水力旋流器 (作為一級(jí)脫水設(shè)備)、白泥漿液分配器和真空皮帶脫水機(jī)。

脫硫凈化處理后的煙氣流經(jīng)吸收塔上部的除霧器，將其所攜帶的白泥漿液霧滴除去。除霧器按設(shè)定程序采用工藝水進(jìn)行沖洗，即可防止除霧器堵塞，同時(shí)又作為系統(tǒng)補(bǔ)充水，以穩(wěn)定吸收塔液位。

出吸收塔的潔凈煙氣溫度約50～52℃，水蒸氣飽和，潔凈煙氣通過煙道進(jìn)入煙囪排向大氣。必要時(shí)，可通過設(shè)置GGH換熱器將煙氣加熱到75℃以上，以提高煙氣的抬升高度和擴(kuò)散能力。

4 工程應(yīng)用實(shí)踐

2004年5月，福建鑫澤環(huán)保設(shè)備工程有限公司在國內(nèi)率先將白泥試用作廣西國發(fā)林紙2臺(tái)20 t/h鍋爐煙氣的脫硫劑，并初見成效。在對(duì)脫硫吸收塔及配套裝置進(jìn)行了多次研究和改進(jìn)后，開發(fā)了與白泥或石灰石 (石灰)配置的XZKP型高效空塔噴淋煙氣脫硫裝置。迄今，該脫硫裝置已在國內(nèi)280 t/h及以下的鍋爐煙氣脫硫裝置中推廣應(yīng)用 (見表4)，均使用木漿白泥，產(chǎn)值逾1.2億元，為當(dāng)?shù)豐O2污染物的減排工作做出了貢獻(xiàn)。2009年2月，福建鑫澤環(huán)保設(shè)備工程有限公司的“造紙白泥煙氣脫硫技術(shù)”被評(píng)為國家重點(diǎn)環(huán)境保護(hù)實(shí)用技術(shù) (B類)，在山東晨鳴紙業(yè)集團(tuán)齊河板紙有限責(zé)任公司實(shí)施的“鍋爐煙氣白泥-石膏法脫硫凈化系統(tǒng)工程”，被評(píng)選列入“2009年國家重點(diǎn)環(huán)境保護(hù)實(shí)用技術(shù)示范工程”。

4.1 運(yùn)行數(shù)據(jù)

以福建省青山紙業(yè)股份有限公司 (以下簡稱福建青紙)150 t/h鍋爐煙氣脫硫工程為例。該工程竣工后于2010年8月19日10:00—27日9:00進(jìn)行了168 h試運(yùn)行，典型數(shù)據(jù)見表5，工程驗(yàn)收環(huán)保監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)見表6。

表5和表6數(shù)據(jù)表明，在鍋爐64%以上負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)下，白泥脫硫劑均能使煙氣脫硫達(dá)標(biāo)。

4.2 運(yùn)行效益

造紙白泥脫硫裝置，設(shè)計(jì)上少了石灰石-石膏法中的石灰石原料破碎與篩分系統(tǒng)，也相應(yīng)節(jié)省了用于購買石灰石原料的運(yùn)行費(fèi)用，因此投資與運(yùn)行費(fèi)用均相應(yīng)降低?，F(xiàn)以福建青紙項(xiàng)目150 t/h鍋爐煙氣脫硫工程為例，分析其設(shè)計(jì)條件下的運(yùn)行效益。

該項(xiàng)目工藝設(shè)計(jì)條件:燃煤含硫量1.7%，耗煤量32 t/h，煙溫150℃，煙氣量330000 m3/h(折標(biāo)況211858 m3/h)，全年運(yùn)行7200 h，要求凈化氣SO2含量≤400 mg/m3。

表4 白泥脫硫劑工程業(yè)績一覽表

表5 福建青紙150 t/h鍋爐煙氣脫硫工程運(yùn)行168 h典型數(shù)據(jù)

表6 福建青紙150 t/h鍋爐煙氣脫硫工程驗(yàn)收環(huán)保監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

原煙氣 SO2計(jì)算值4047 mg/m3，脫硫效率按95%計(jì)，全年可脫硫量:

211858×4047×10－9×95% ×7200=5864.54(t)每年可減少支出SO2排污費(fèi)為:

5864.54×103÷0.95×0.6=3703920(元)≈370(萬元)

全年運(yùn)行費(fèi)用的設(shè)計(jì)預(yù)算值約198萬元，包括各項(xiàng)物耗 (白泥脫硫劑費(fèi)用為0)、人工費(fèi)、維護(hù)管理費(fèi)等，單位SO2脫除費(fèi)用為:

198 ×104÷ (5864.54×103)=0.338(元/kg)全年運(yùn)行效益為:

370 －198=172(萬元)。

5 問題討論

5.1 白泥漿液pH值的控制

白泥漿液pH值的恰當(dāng)與穩(wěn)定控制是保障脫硫效率的重要調(diào)節(jié)手段。在石灰石-石膏法脫硫中，較高的pH值有利于SO2的吸收。但pH值過高時(shí)還吸收煙氣中大量的CO2，增加脫硫劑消耗量，并使帶進(jìn)雜質(zhì)產(chǎn)生的負(fù)面影響增強(qiáng)，如影響石膏品質(zhì)，增加脫硫產(chǎn)物CaSO3和 CaCO3的過飽和度，增加結(jié)垢的可能性。pH值控制較低一些，則有利于CaCO3的溶解及石膏的生成。經(jīng)國內(nèi)眾多石灰石-石膏法脫硫裝置運(yùn)行實(shí)踐，總結(jié)出適宜的吸收液pH值經(jīng)驗(yàn)數(shù)值為5.5～6.2，但從表5的白泥-石膏法脫硫系統(tǒng)試運(yùn)行數(shù)據(jù)中，發(fā)現(xiàn)情況有些變化。

對(duì)比表5各組數(shù)據(jù)，在不同鍋爐負(fù)荷條件下，凈煙氣SO2含量均隨著白泥漿液pH值的升高而呈降低趨勢(shì);在白泥漿液pH值為5.4～5.7的較低范圍內(nèi)，脫硫效率均相對(duì)較低，且凈煙氣SO2含量隨著鍋爐負(fù)荷的升高而呈上升趨勢(shì);在白泥漿液pH值6.1～6.9范圍內(nèi)均能獲得更高的脫硫效率。因此，認(rèn)為白泥-石膏法脫硫漿液的適宜白泥漿液pH值范圍明顯高于石灰石-石膏法，但尚不能就此做出適宜范圍是6.1～6.9的結(jié)論，有待在生產(chǎn)運(yùn)行實(shí)踐中進(jìn)一步考察，尤其是對(duì)氧化生成石膏及其過濾性能的影響與系統(tǒng)長周期運(yùn)行的情況。

5.2 白泥成分的影響

表7和表8的白泥成分檢測(cè)數(shù)據(jù)顯示，總鈣含量基本達(dá)標(biāo)，但白泥除主要具有CaO成分外，還含有脫硫的促進(jìn)成分Na2O、MgO，［Na+］產(chǎn)生的脫硫助催化作用能彌補(bǔ)白泥漿液總鈣含量的不足，也是同等條件下白泥化學(xué)活性能夠優(yōu)于石灰石的內(nèi)在原因。

表7 山東晨鳴集團(tuán)齊河板紙有限公司白泥成分檢測(cè)表%

表8 福建青紙白泥成分分析

但是，在白泥成分中均檢出超過4%(干基)的酸不溶物，遠(yuǎn)高于石灰石中酸不溶物的含量 (一般低于2%)。這些來源于造紙過程原料的累積雜質(zhì)，比石灰石-石膏法對(duì)脫硫過程造成更多的負(fù)面影響。

白泥中的膠體成分 (特別是硅含量高)是工業(yè)應(yīng)用過程重要的關(guān)注事項(xiàng)，也是目前區(qū)分木漿白泥能回收利用和草漿白泥［3］尚不宜回收利用的關(guān)鍵因素之一。白泥漿液中的含硅成分來源于白泥原料及脫硫過程產(chǎn)物，最終形成硬度比CaSO4·2H2O大得多的CaSiO3沉淀。白泥漿液在脫硫循環(huán)過程中形成半凝固狀態(tài)的硅酸凝膠物質(zhì)使白泥漿液黏度迅速增大［4］，影響了白泥漿液的流速 (泵的電耗增加)，易形成質(zhì)地堅(jiān)硬的垢層，堵塞噴頭、管路，而且加大了對(duì)系統(tǒng)裝置的磨損。對(duì)這些雜質(zhì)帶來的負(fù)面影響，有待各企業(yè)在應(yīng)用裝置的具體操作運(yùn)行管理中總結(jié)應(yīng)對(duì)措施。

［1］ 宋寶祥，張 成．造紙?zhí)妓徕}品質(zhì)特性與應(yīng)用現(xiàn)狀及前景［J］．中國造紙，2006，25(4):54．

［2］ 李仲明，王振新，王巖民．利用堿回收白泥制備輕質(zhì)碳酸鈣［J］．中國造紙，2007，26(1):60．

［3］ 王桂林．堿法草漿堿回收白泥精制碳酸鈣的應(yīng)用［J］．中國造紙，2007，26(12):49．

［4］ 蔣文舉．煙氣脫硫脫硝技術(shù)手冊(cè)［M］．北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2007． CPP

The Development and Application of White Mud Desulfurizer

WU Jin-quan
(Fujian Xinze Environmental Protection Equipment and Engineering Co．，Ltd．，F(xiàn)uzhou，F(xiàn)ujian Province，350002)

The white mud of pulp mill is used for industrial boiler flue gas wet desulfurization agent．The desulfurizing installation using white mud as desulfurization agent has the advantages of low investment and running costs，high desulfurization efficiency，and good economy benefit，this method is a benevolence of waste treatment with waste，converting the injurants into the profitable material and cycling development of economic．The article describes the paper white mud－gypsum desulfurization principle and industrial application．

white mud of pulp mill;flue gas desulfurization;industrial application;pH value

X793

B

0254-508X(2011)07-0052-05

吳金泉先生，工程師;主要從事脫硫、脫硝、除塵裝置等新技術(shù)研發(fā)和工程應(yīng)用的全面管理工作。

(E-mail:fjxzhb@163．com)

2011-05-11(修改稿)

(責(zé)任編輯:陳麗卿)