新型脫硫添加劑在脫硫裝置中的使用探討

黃錦燦

摘 要：隨著社會的發(fā)展和自然環(huán)境的惡化，低碳發(fā)展、綠色生產的觀念日益深入人心，為此國家還出臺了一系列的法律法規(guī)。陶瓷生產的燃料主要是煤炭和柴油，在煤炭燃燒的過程中，會產生大量的含硫氣體，這些氣體在排放之前如果不經過處理就會造成嚴重的酸雨危害。所以，氣體脫硫對于陶瓷業(yè)的綠色生產具有重要的意義。本文在分析新型脫硫添加劑種類的基礎上，對新型脫硫添加劑在脫硫裝置中的使用進行了探討。

關鍵詞：新型脫硫添加劑；脫硫裝置；應用隨著社會的發(fā)展和人們整體素質的提高，人們的低碳環(huán)保意識也越來越強。我國是一個以煤炭為主要能源的國家，尤其是在陶瓷業(yè)的發(fā)展中，煤炭是最重要的生產能源。煤炭燃燒會產生大量的含硫氣體，這些氣體的排放會造成嚴重的酸雨危害，對人們的身體健康和日常生活帶來嚴重的威脅。目前，在煙氣脫硫方面脫硫裝置的使用是最主要的辦法。隨著化工業(yè)的發(fā)展，脫硫添加劑的種類越來越多，探討新型脫硫添加劑在脫硫裝置中的使用對煙氣脫硫，對維護大氣健康具有重要的意義。

一、研究背景

清遠市貝斯特瓷業(yè)有限公司地處廣東省清遠市清新縣佛山禪城（清新）產業(yè)轉移工業(yè)園，占地面積約270畝。計劃建成二條釉面磚生產線。生產產品為吸水率在16%以下的釉面磚，計劃單窯日產量在2.4萬平方米左右，2條生產線年總產量在1400萬平方米左右，產品規(guī)格是250毫米×330毫米、250毫米×400毫米、300毫米×300毫米、300毫米×450毫米，300毫米×600毫米的釉面磚[1]。釉面磚生產屬于陶瓷業(yè)生產，在生產的過程中需要消耗大量的生物燃料，會產生大量的含硫氣體。根據(jù)我國最新的與氣體排放相關的法規(guī)條文，貝斯特瓷業(yè)有限公司在生產的過程中需要建設完善的煙氣脫硫裝置，對煤炭燃燒產生的煙氣進行脫硫，脫硫結束達到相關標準之后再排放。在以前的脫硫過程中，貝斯特公司脫硫塔使用單一的氫氧化鈉溶液來進行噴淋脫硫，不僅脫硫的效果不好，而且成本還非常高。為了提高脫硫效率，降低脫硫成本，筆者與貝斯特公司共同努力，嘗試混合使用三種新型的脫硫添加劑。

二、陶瓷業(yè)二氧化硫氣體的生成

建筑陶瓷的生產過程如下：坯用原料配料—球磨—制漿—泥漿過篩除鐵—噴霧制粉—粉料陳腐—磚坯成型—干燥—施釉—燒成—深加工等。在噴霧制粉階段和燒成階段都需要使用燃氣來進行燃燒，才能實現(xiàn)制粉的目的，才能達到磚坯的燒成效果。燃氣在燃燒的過程中會排放煙氣，排放的煙氣的主要成分包括：二氧化硫、NOX、氯離子、氟離子、粉塵、鎘、鉛、汞等金屬離子。所以，陶瓷生產過程中的煙氣不經過處理之后就排放會對大氣環(huán)境造成嚴重的污染，產生嚴重的危害。

陶瓷業(yè)煙氣中二氧化硫氣體的來源主要是燃料中硫的氧化和陶瓷原料中硫的氧化，在這兩種來源中，燃料中硫的氧化是最主要的來源[1]。通過研究發(fā)現(xiàn)，燃料中的可燃硫化物和有機硫化物的燃燒是二氧化硫產生的根源，陶瓷窯內二氧化硫的生成量在很大程度上會受燃料量的影響。陶瓷原料在燃燒的過程中生成的二氧化硫，一部分來自粗顆粒黃鐵礦在高溫作用下的氧化，還有一部分來自原料中的天然硫酸鹽輔助礦物的分解，與第一部分相比，這部分產生的二氧化硫的含量比較少[2]。

根據(jù)相關報道，一般情況下，以重油、煤炭和柴油為原料的陶瓷窯生成的二氧化硫的濃度在800毫克每立方米和5000毫克每立方米之間，其中燃燒煤炭產生的二氧化硫的濃度大約是2000毫克每立方米，燃燒重油產生的二氧化硫的濃度大約是1000毫克每立方米，在使用噴霧干燥塔對其進行處理之前的二氧化硫的濃度大約是500毫克每立方米。

我國陶瓷行業(yè)排放的二氧化硫的實際情況如下表所示：

陶瓷行業(yè)噴霧干燥塔中二氧化硫的濃度

陶瓷行業(yè)窯爐中二氧化硫的濃度

通過對上述表格進行分析可以得知，陶瓷窯和噴霧干燥塔中的二氧化硫的濃度受燃料的影響非常嚴重，產生二氧化硫的濃度從小到大的順序是：燃氣—水煤漿—燃油—燃煤。并且根據(jù)統(tǒng)計顯示，在目前的陶瓷窯生產中，產生的二氧化硫的濃度要遠遠高于國家的相關規(guī)定，所以，對新型脫硫添加劑在脫硫裝置中的研究呈現(xiàn)出迫不及待之勢。

目前我國的陶瓷窯基本上使用的濕法技術對煙氣進行脫硫。通過在脫硫塔中加入不同的吸收劑，和煙氣進行反應，然后生成不同的硫酸物質。比如，在脫硫塔中加入鈣基，和煙氣進行反應之后就會生成硫酸鈣；在脫硫塔中加入加入鈉基，在和煙氣反應之后就會生成硫酸鈉。

三、脫硫塔的設置

在陶瓷窯中，燃燒煤炭產生SOx氣體的反應原理如下面的公式所示：

FeS2+O2 FeS+SO2

4 FeS+7O2 2Fe2O3+4SO2

SOx氣體的生成原理是在陶瓷生產的過程中，陶瓷窯內的溫度會增高，粘土、煤中的硫化物雜質在高溫作用下會被氧化，在氧化作用下就會產生大量的SOx氣體。在瓷窯生產的過程中，去除SOx氣體的裝置可以設計如下：

這個裝置的名稱是湍球塔，其中1代表的是脫水板，2代表的是噴淋器，3代表的是限位柵板，4代表的是支承柵板，5代表的是球星填料，6代表的是入孔。這個裝置的運用原理分析如下：陶瓷窯產生的煙氣在陶瓷多管進行過濾，然后在除塵器中進行除塵，然后再進入湍球塔，在湍球塔中，氣流通過篩板，其中的小球會產生湍動旋轉，然后會發(fā)生碰撞，進而吸收劑就會從上到下的進行噴淋，將小球表面潤濕，然后進行吸收。在這個過程中，在湍球塔中氣體、液體和固體會相互接觸，小球表面的液膜會不斷的得到更新，從而增強了液相和氣相之間的傳質和接觸，從而促使二氧化硫的吸收率得以提高。

三、新型脫硫添加劑在脫硫裝置中的應用

貝斯特窯爐使用的燃料是水煤漿，使用兩個噴淋塔進行噴淋煙氣脫硫，噴淋液是氫氧化鈉溶液。在脫硫的過程中出現(xiàn)了以下問題，一方面，堿液的消耗量過大，脫硫的成本過高；另一方面，脫硫之后煙氣中的二氧化硫和粉塵嚴重超標。通過對貝斯特窯爐4月5日到4月10日六天的觀測發(fā)現(xiàn)，在六天中平均每天投入燒堿1250千克，在投入堿液之后，煙氣中的二氧化硫六天的平均濃度是99.76毫克，而二氧化硫的排放標準規(guī)定的是50毫克，由此可見脫硫煙氣中的二氧化硫超標現(xiàn)象嚴重。受廠方委托，通過對脫硫現(xiàn)場進行考察之后，建議混合使用三種脫硫藥劑：第一種，脫硫添加劑FD-10，液體，PH7.5-8.0，表面活性劑混合物，具有快速滲透和潤濕煙氣的顆粒物，能有效促進汽液的反應，實現(xiàn)高效脫硫除塵，使用濃度約150PPM。第二種，脫硫輔助劑AC-80，粉劑，主要成份為鈣基質，堿性。能代替和輔助氫氧化鈉，反應吸收煙氣中的二氧化硫，降低氫氧化鈉的使用量，節(jié)約成本。當中的輔助劑使其不易結垢，防止堵塞噴嘴，并對噴淋塔的鋼質具有預膜緩蝕作用，保護設備使用壽命。第三種，脫硫添加劑FD-601：粉劑。良好的PH值調節(jié)作用，并使噴淋堿液在較低的PH值下，仍保持對二氧化硫的吸收穩(wěn)定性。能使鈣基噴淋藥劑具有一定程度的再生性，從而降低氫氧化鈉的使用量，降低生產成本。通過這三種脫硫添加劑的使用，貝斯特陶瓷窯煙氣中的二氧化硫達到了排放標準，同時，脫硫成本也得到了有效的控制。

（一）脫硫添加劑FD-10和AC-80在脫硫中的應用。脫硫添加劑FD-10是一種活性混合物，具有很好的潤濕性和參透性，同時具有非常好的除塵作用，所以在煙氣脫硫中的效果非常好。使用FD-10脫硫添加劑主要考慮的因素有三種，分別是：降低活化能、減小傳質阻力、提高吸收劑的反應速度。FD-10脫硫添加劑的表面活性可以有效的降低石灰乳的表面張力和粘度，可以增強Ca（OH）2的溶解度，進而增強二氧化硫的吸收率。通過相關的實驗發(fā)現(xiàn)，在脫硫裝置中，如果這種添加劑的劑量在2.5%—3%之間的時候，對于含硫率在4%左右的煤炭可以將脫硫率控制在92%以上，可以將脫硫效率增加18%。

因為脫硫輔助劑AC-80的主要成分是鈣，呈現(xiàn)出堿性的特征，所以使用脫硫輔助劑AC-80去除二氧化硫，在反應之初，在湍球塔內部，當吸收液和煙氣產生比較復雜的傳質時，吸收液中的堿性物質就會和二氧化硫產生酸堿中和反應，從而生成水和鹽，實現(xiàn)二氧化硫的凈化。使用的吸收液可以通過石灰進行再生，經過一段時間的反應之后，Na2CO3就會轉化為NaOH，這個過程在湍球塔內會循環(huán)往復的發(fā)生。具體的反應過程分析如下：

第一，在吸收階段的反應分析：

Na2CO3+SO2→Na2SO3+CO2

2NaOH+SO2→Na2SO3+H2O

Na2SO3+SO2+H2O→2NaHSO3

第二，在再生階段的反應分析：

NaHSO3+Ca（OH）2→NaOH+CaSO3+H2O

在貝斯特窯爐使用FD-10和AC-80脫硫添加劑之前，每日的脫硫指標如下：

通過上述上述數(shù)據(jù)分析可知，4月5日、6日、7日、8日，每天的煙氣經過脫硫之后的二氧化硫指標都在50毫克以上，并且遠遠大于50毫克，說明，經過脫硫之后的煙氣中的二氧化硫含量還是嚴重超標。針對這樣的情況，在4月9日18時——19時，在貝斯特窯爐的脫硫塔中添加了FD-10脫硫添加劑，同時加入的還有AC-80和氫氧化鈉。加入這些添加之后，對其中噴淋液的酸堿值進行監(jiān)測，通過氫氧化鈉將噴淋液的酸堿值維持在9-10。然后按照補充水量添加FD-10脫硫添加劑和AC-80脫硫添加劑。通過這兩種脫硫添加劑的添加，貝斯特窯爐中的二氧化硫得到有效的控制，數(shù)值下降。但是當煙氣中的酸堿值下降到8.5以下時，二氧化硫數(shù)值上升較大。

FD-10脫硫添加劑和脫硫輔助劑AC-80在貝斯特窯爐中應用的具體效果如下表所示：

通過對上述表格進行分析之后可知，4月9日投入FD-10脫硫添加劑的當天，貝斯特窯爐中的二氧化硫濃度并沒有明顯的下降，反而相較于4月6日、7日和8日，煙氣中二氧化硫的濃度有了很大的升高，這種情況一直持續(xù)到4月10日，（據(jù)查為廠方工人在檢修堵塞的噴嘴）但是4月10日，煙氣中的二氧化硫的濃度相較于4月9日有所下降。4月11日，貝斯特窯爐中的二氧化硫濃度有了明顯的下降（從118.71毫克下降到53.3毫克），接近排放標準的50毫克。通過數(shù)據(jù)對比分析可知，F(xiàn)D-10脫硫添加劑的投入產生了很好的脫硫效果。4月11日貝斯特窯爐煙氣中的二氧化硫含量有了明顯的下降，之后，將脫硫輔助劑AC-80投入其中。通過上述數(shù)據(jù)表明，在4月12日到4月15日中間，貝斯特窯爐煙氣中二氧化硫的濃度最大的時候是45.39毫克，最小的時候只有26.99毫克，說明脫硫輔助劑AC-80的加入產生了有效的脫硫作用。通過對上表的分析可知，經過連續(xù)七天的觀察，在投入脫硫輔助劑AC-80之后，貝斯特窯爐煙氣中的二氧化硫的平均值下降到了21.87毫克，相較于使用燒堿的99.76千克有了很大的改善，同時遠遠小于規(guī)定的50毫克，達到了排放標準。但是，其中煙氣中的二氧化硫含量依然有明顯的變化：4月12日煙氣中的二氧化硫含量是39.36毫克，在4月13日就增加到了45.39毫克；在4月14日煙氣中的二氧化硫含量是26.99毫克，在4月15日就增加到了40.09毫克。說明這兩種添加劑的使用能夠在一定程度上起到脫硫的作用，但是脫硫效果還不是很穩(wěn)定。

（二）脫硫添加劑FD-601在脫硫過程中的作用。脫硫添加劑FD-601在使用的過程中會引起孔隙率和比表面積發(fā)生改變，孔隙率和比表面積的改變會對溶解度產生影響，同時因為脫硫添加劑FD-601具有一定的緩沖能力和表面活性，可以提高CaCO3的溶解度，可以提高二氧化硫的吸收效率，從而可以促使二氧化硫的吸收率得以提高。通過研究發(fā)現(xiàn)，鈣基脫硫劑的溶解度和溶解效率對增強脫硫反應的效率具有重要的作用。

第一，脫硫添加劑FD-601的種類和應用效果。在脫硫的過程中使用的添加劑的主要成分有以下幾種，分別是：復合硫質催化劑、含羧基鹽類、CP活化劑。這種添加劑的主要作用有以下幾種，分別是：（1）提高二氧化硫氣液傳質的速度和效率，提高二氧化硫的吸收率。在氣液界面位置，這種添加劑能夠和二氧化硫結合、溶解，促使大量的H+產生，從而使得H+可以從液膜向液相傳遞，并且在這個過程中，漿液中酸堿值的下降速度也不會很快，可以有效的減小氣相阻力，從而促進二氧化硫的吸收。（2）在脫硫裝置中加入添加劑可以提高液相中添加劑的溶解度，可以加快添加劑的溶解。在固體和液體相交的位置，添加劑能夠為CaCO3的溶解提供一個良好的酸性環(huán)境，從而促使液相阻力的減小，有效的加速添加劑的溶解。（3）添加劑中的活性成分可以有效的提高添加劑表面的活性，促使添加劑的分散性得以增強，以緩解設備中的結垢堵塞情況。

第二，脫硫添加劑的實驗效果。在該廠的脫硫裝置中添加上述脫硫劑，脫硫系統(tǒng)的脫硫效率有了明顯的提高，在負荷相同、燃煤硫分相同、漿液條件相同的情況下，當堿性值降低時，在脫硫塔中加入脫硫添加劑大約將脫硫率提高了4%。這個結果說明，脫硫添加劑的添加能夠有效的提高脫硫效率。

因為脫硫過程的變化，在4月15日，在脫硫塔中加入了另外一種脫硫添加劑FD-601，這種脫硫添加劑的脫硫效果如下表所示：

通過對上表的分析可知，4月15日添加脫硫添加劑FD-601之后，4月16日貝斯特窯爐中的煙氣含量就下降到了33.55毫克，在4月17日之后的時間里，煙氣中的二氧化硫的含量一直控制在25毫克以下，說明脫硫添加劑FD-601起到了很好的脫硫效果。

四、脫硫成本分析

在4月9日之前，在4月5日到4月9日五天的時間里貝斯特窯爐煙氣脫硫消耗燒堿共6625千克。貝斯特窯爐在脫硫的過程中，平均每天需要投入燒堿1418.74千克。在4月9日到4月15日這段時間中，貝斯特窯爐煙氣脫硫消耗燒堿共5050千克，平均每天投入的燒堿量下降到了841.66千克。在4月15日到4月23日這段時間中，貝斯特窯爐煙氣脫硫消耗燒堿共5975千克，平均每天投入的燒堿量下降到了633.88千克。雖然，在使用脫硫添加劑之后，脫硫添加劑總投入為11000元，但是減少了3420千克的燒堿，總體來說經濟成本得到了有效的控制。

結語：在陶瓷窯生產的過程中，因為使用的燃燒的主要煤炭、燃油等物體，很容易產生二氧化硫氣體.二氧化樓氣體不經過處理就排放會形成嚴重的酸雨危害，會對人的身體健康產生嚴重的威脅。隨著低碳經濟的發(fā)展，陶瓷企業(yè)要想獲得很好的發(fā)展，就要使用合理的裝置對生產過程中產生的二氧化硫氣體進行凈化，以達到氣體的排放標準。目前，我國的脫硫方法主要有三種，分別是干法脫硫、半干法脫硫和濕法脫硫。每種脫硫方法使用的脫硫添加劑都不同，本文以脫硫添加劑FD-10、脫硫添加劑FD-601、脫硫輔助劑AC-80為例，對脫硫添加劑在脫硫裝置中的應用進行了有效的探討和分析，通過實際的數(shù)據(jù)說明，在煙氣脫硫的過程中使用上述添加劑之后，煙氣中二氧化硫的含量從嚴重超標的99.76毫克有效的控制到了30毫克以下，并且有效的節(jié)省了其中燒堿的使用量，使得脫硫成本得到了有效的控制。通過上述分析說明，脫硫添加劑FD-10、脫硫添加劑FD-601、脫硫輔助劑AC-80這三種脫硫添加劑能夠有效的促使脫硫效率得以提高，通過對這三種脫硫添加劑的研究，以期對未來的脫硫事業(yè)產生積極的影響。

參考文獻：

[1] 宮俊亭，謝飛.PBA添加劑在濕法脫硫系統(tǒng)中的應用[J].電力科技與環(huán)保，2011，（6）：24-26.

[2] 段振亞，黃文博，董亞春等.添加劑對WX/U脫硫裝置脫硫性能增強作用的試驗研究[J].青島科技大學學報（自然科學版），