鈣基強(qiáng)堿—石膏濕法煙氣脫硫改進(jìn)工藝探討

梁 磊

（江蘇一環(huán)集團(tuán)有限公司，江蘇 宜興 214206）

其它

鈣基強(qiáng)堿—石膏濕法煙氣脫硫改進(jìn)工藝探討

梁 磊

（江蘇一環(huán)集團(tuán)有限公司，江蘇 宜興 214206）

模擬石灰石—石膏濕法煙氣脫硫工藝設(shè)計(jì)的鈣基強(qiáng)堿—石膏濕法煙氣脫硫工藝，較多存在塔內(nèi)漿液運(yùn)行pH值高、亞硫酸鈣難以氧化及石膏脫水困難等缺陷問(wèn)題。分析了問(wèn)題產(chǎn)生的主要原因?yàn)槊摿蛐屎脱趸手g的矛盾，從技術(shù)角度分析，提出單塔雙區(qū)、雙塔及氧化塔3種改進(jìn)工藝，均能較好地消除這一矛盾。從經(jīng)濟(jì)角度分析，氧化塔工藝可大大節(jié)約投資及運(yùn)行費(fèi)用，在3種工藝中具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

濕法脫硫；鈣基強(qiáng)堿；雙塔；氧化塔

鈣基強(qiáng)堿是指CaO、Ca（OH）2或電石渣［1－5］等，比石灰石具有更高的溶解度和更快的溶解速率，與水配置成一定濃度的漿液，具有較高的pH值（最高可達(dá)14左右），屬?gòu)?qiáng)堿性漿液。近年來(lái)，伴隨燃煤鍋爐煙氣脫硫工程的上馬，一些專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員模擬石灰石—石膏濕法煙氣脫硫工藝，嘗試將鈣基強(qiáng)堿用作濕法煙氣脫硫系統(tǒng)的脫硫劑，以較低的液氣比實(shí)現(xiàn)較高的脫硫效率，試圖降低系統(tǒng)投資及運(yùn)行能耗，但實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，普遍存在一些問(wèn)題［6－8］。本文分析了問(wèn)題產(chǎn)生的主要原因，提出相應(yīng)的改進(jìn)工藝，為今后工程設(shè)計(jì)及應(yīng)用提供參考。

1 運(yùn)行問(wèn)題

石灰石—石膏濕法煙氣脫硫工程應(yīng)用案例較多，很多學(xué)者及工程技術(shù)人員對(duì)其進(jìn)行了大量詳細(xì)深入的研究，設(shè)計(jì)及運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)較為豐富，工藝成熟。鈣基強(qiáng)堿—石膏濕法煙氣脫硫工藝相關(guān)研究較少，大多效仿石灰石—石膏濕法煙氣脫硫工藝，設(shè)計(jì)及運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)匱乏，認(rèn)識(shí)上存在不足。鑒于兩種工藝脫硫及氧化機(jī)理存在較大差異，鈣基強(qiáng)堿—石膏濕法煙氣脫硫工藝普遍存在以下幾方面運(yùn)行問(wèn)題。

1.1 漿液運(yùn)行pH值高

原煙氣SO2含量為4 000 mg／Nm3左右時(shí)，采用石灰石—石膏濕法煙氣脫硫工藝，要達(dá)到95%～98%的脫硫效率，需選取20 L／Nm3左右的液氣比，脫硫漿液運(yùn)行pH值能夠控制在5.2～6.0，呈酸性。若采用鈣基強(qiáng)堿—石膏濕法煙氣脫硫工藝，僅需8 L／Nm3左右的液氣比便可達(dá)到同等脫硫效率，但脫硫漿液的運(yùn)行pH值較高［9－10］，通常在7.5～9.0，甚至更高，呈堿性。若降低脫硫漿液運(yùn)行pH值至酸性，則脫硫效率大幅度下降，很難滿足環(huán)保排放要求。保證脫硫煙氣達(dá)標(biāo)排放的情況下，鈣基強(qiáng)堿—石膏濕法煙氣脫硫工藝較之石灰石—石膏濕法煙氣脫硫工藝，可節(jié)約50%～60%的液氣比，但脫硫漿液需要較高的運(yùn)行pH值。

1.2 亞硫酸鈣難以氧化

堿性環(huán)境下，SO2與Ca（OH）2漿液發(fā)生強(qiáng)烈的酸堿中和反應(yīng)，反應(yīng)較為迅速，主要反應(yīng)方程式如下：

反應(yīng)副產(chǎn)物CaSO3·1／2H2O為難溶性固體沉積物，堿性環(huán)境下溶解度極低，脫硫漿液幾乎不能電離出離子，而氧化反應(yīng)為O2與子之間的化學(xué)反應(yīng)，由于體系缺乏離子，氧化反應(yīng)無(wú)法進(jìn)行。因此，模擬石灰石—石膏濕法煙氣脫硫工藝，采取強(qiáng)制氧化的方式不具有科學(xué)性，進(jìn)入脫硫漿液中的氧化空氣僅起到氣力攪拌作用，而幾乎沒(méi)有氧化作用。

1.3 副產(chǎn)物脫水困難

圖1 兩種工藝脫水副產(chǎn)物

石灰石—石膏濕法煙氣脫硫工藝副產(chǎn)物脫水石膏呈淺黃色（如圖1（a）），含水率在10%以下，可用作水泥、建材等行業(yè)的添加劑。鈣基強(qiáng)堿—石膏濕法煙氣脫硫工藝脫水副產(chǎn)物含水率很高，粘性大，難以外運(yùn)處理。脫水副產(chǎn)物呈乳白色（如圖1（b）），含有較多未反應(yīng)完全的鈣基強(qiáng)堿脫硫劑。正常石膏脫水濾餅厚度約為2～3 cm，效仿石灰石—石膏濕法煙氣脫硫工藝的鈣基強(qiáng)堿—石膏濕法煙氣脫硫工藝，副產(chǎn)物脫水濾餅厚度僅為0.5 cm，與正常值差距較大，真空皮帶脫水機(jī)的處理能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足運(yùn)行要求。大部分采用鈣基強(qiáng)堿—石膏濕法煙氣脫硫工藝的電廠，脫硫副產(chǎn)物僅采用旋流器進(jìn)行固液分離，溢流返回脫硫系統(tǒng)，底流拋棄處理，后續(xù)二級(jí)真空皮帶脫水機(jī)系統(tǒng)較多處于停運(yùn)狀態(tài)，造成脫硫系統(tǒng)水耗、脫硫劑等資源的浪費(fèi)，并帶來(lái)二次污染。

2 改進(jìn)工藝

根據(jù)亞硫酸平衡曲線（如圖2）［11］，漿液中的pH值在4.5～6.5時(shí)，H2SO3離解成呈遞減趨勢(shì)，石灰石—石膏濕法煙氣脫硫工藝典型的運(yùn)行pH值為5.0～6.0，漿液中的SO2大部分是以的形式存在，主要發(fā)生如下氧化反應(yīng)：

圖2 亞硫酸平衡曲線

2.1 單塔雙區(qū)工藝

單塔雙區(qū)工藝是將SO2分2個(gè)階段完成吸收，工藝流程如圖3所示。100%原煙氣進(jìn)入脫硫塔，首先經(jīng)過(guò)一級(jí)噴淋區(qū)，去除小部分的SO2，然后經(jīng)一級(jí)除霧器除霧后，進(jìn)入二級(jí)噴淋區(qū)，去除大部分的SO2，凈煙氣經(jīng)兩級(jí)除霧器除霧后，進(jìn)煙囪排放。一級(jí)噴淋區(qū)設(shè)置兩層噴淋，循環(huán)漿液落入塔內(nèi)循環(huán)池，漿液運(yùn)行pH值控制在4.5～5.2，利于脫硫副產(chǎn)物氧化結(jié)晶，得到品質(zhì)較好的石膏副產(chǎn)物；二級(jí)噴淋區(qū)設(shè)置3層噴淋，循環(huán)漿液通過(guò)集液斗落入塔外循環(huán)池，漿液運(yùn)行pH值控制在7.5～9.0，甚至更高，脫硫效率較高。塔外循環(huán)池和塔內(nèi)循環(huán)池漿液密度分別控制在1 050 kg／m3和1 080 kg／m3左右，塔外循環(huán)池漿液密度增大時(shí)，漿液排入旋流器，底流進(jìn)入塔內(nèi)循環(huán)氧化池，溢流返回塔外循環(huán)池脫硫；塔內(nèi)循環(huán)池漿液密度增大時(shí)，排至石膏脫水系統(tǒng)。

2.2 雙塔工藝

雙塔工藝與單塔雙區(qū)工藝原理及運(yùn)行控制方式一致，是將二級(jí)噴淋區(qū)及塔外循環(huán)池設(shè)置在二級(jí)吸收塔內(nèi)，工藝流程如圖4所示。一級(jí)吸收塔設(shè)置2層噴淋層，一級(jí)除霧器，二級(jí)吸收塔設(shè)置3層噴淋層，兩級(jí)除霧器，一級(jí)吸收塔和二級(jí)吸收塔通過(guò)煙道連接。

2.3 氧化塔工藝

氧化塔工藝如圖5所示，原理是將大部分（約70%）原煙氣通入吸收塔與鈣基強(qiáng)堿漿液反應(yīng)，吸收煙氣中的SO2后，凈煙氣經(jīng)煙囪排放。鈣基強(qiáng)堿漿液在吸收塔內(nèi)吸收SO2后成為脫硫漿液，小部分（約30%）原煙氣經(jīng)增壓風(fēng)機(jī)送入氧化塔，氧化塔設(shè)二層噴淋，一級(jí)除霧，利用原煙氣中的酸酐或氣態(tài)酸溶解于水形成酸性漿液，將氧化塔內(nèi)的漿液pH值調(diào)整至酸性（4.5～5.2），再向氧化塔底部漿池內(nèi)通入氧化空氣進(jìn)行脫硫副產(chǎn)物的強(qiáng)制氧化，生成脫水較好的石膏，氧化塔出口煙氣進(jìn)入脫硫塔。塔內(nèi)漿液密度及pH值的控制原理與單塔雙區(qū)和雙塔工藝均類(lèi)似。

3 改進(jìn)工藝對(duì)比分析

圖3 單塔雙區(qū)工藝流程

圖4 雙塔工藝流程

圖5 氧化塔工藝流程

單塔雙區(qū)工藝、雙塔工藝及氧化塔工藝均設(shè)有2級(jí)循環(huán)，2級(jí)循環(huán)各自又有獨(dú)立的循環(huán)漿池及噴淋層，根據(jù)2級(jí)循環(huán)功能的不同，控制每級(jí)循環(huán)不同的運(yùn)行參數(shù)，即不同的漿液pH值和密度，為不同工藝階段創(chuàng)造適宜的漿液環(huán)境，更為科學(xué)合理的控制工藝反應(yīng)過(guò)程，充分利用鈣基強(qiáng)堿低液氣比高效脫硫的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，節(jié)約循環(huán)泵運(yùn)行電耗的同時(shí)，副產(chǎn)物石膏能較好地脫水。單塔雙區(qū)工藝、雙塔工藝增設(shè)全煙氣通過(guò)的一級(jí)循環(huán)系統(tǒng)，系統(tǒng)總阻力較之單級(jí)循環(huán)系統(tǒng)增加1倍左右，由此帶來(lái)的引風(fēng)機(jī)電耗較大。氧化塔工藝僅利用小部分原煙氣通過(guò)氧化塔實(shí)現(xiàn)副產(chǎn)物氧化，可大大節(jié)約設(shè)備投資及運(yùn)行費(fèi)用，在3種工藝中具有明顯的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。

4 結(jié)論

根據(jù)鈣基強(qiáng)堿—石膏濕法煙氣脫硫系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，原煙氣SO2含量較低（約2 500 mg／Nm3）時(shí)，采用較大液氣比（約18 L／Nm3），塔內(nèi)漿液能夠控制在低pH值（約6.0）環(huán)境下運(yùn)行，可兼顧脫硫效率，副產(chǎn)物氧化和石膏脫水，但一方面液氣比的增大，要求更大流量的循環(huán)泵，運(yùn)行電耗增大；另一方面，漿液的運(yùn)行pH值通常在6.0以上，偏離最佳氧化pH值（約4.5）較多，因此需要更大風(fēng)量的氧化風(fēng)機(jī)實(shí)現(xiàn)副產(chǎn)物的氧化結(jié)晶，進(jìn)一步增加了運(yùn)行電耗。當(dāng)原煙氣SO2含量較高（3 000 mg／Nm3以上）時(shí)，僅靠增加液氣比，塔內(nèi)漿液也很難控制在低pH值（酸性）環(huán)境下運(yùn)行，否則，脫硫效率明顯下降。以上分析可知，鈣基強(qiáng)堿—石膏濕法煙氣脫硫工藝設(shè)計(jì)不可盲目模擬石灰石—石膏濕法煙氣脫硫工藝。從技術(shù)角度分析，單塔雙區(qū)、雙塔及氧化塔3種工藝均能實(shí)現(xiàn)低液氣比高效脫硫，確保副產(chǎn)物較好的氧化和脫水，但氧化塔工藝具有明顯節(jié)約投資及運(yùn)行費(fèi)用的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。

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Discussion on Flue Gas Desulphurization Improved Process Based on Calcium Alkali?Gypsum Wet Method

LIANG Lei
（JiangsuYihuan Group Co.，Ltd.，Yixing，Jiangsu 214206，China）

There are a lot of problems of calcium alkali?gypsum wet for flue gas desulfurization process which simulates limestone?gyp?sum wet for flue gas desulfurization process，the defects are cluding more high operation slurry pH value in tower，calcium sulfite diffi?cult to oxidation and hard gypsum dehydration problems.The main reason of the problems for the contradiction between desulfurization efficiency and oxidation efficiency are analyzed.From a technical perspective，three improved processes（the single?tower double areas，double towers and oxidation tower）which can eliminate this contradiction are put forward.From an economic perspective，oxida?tion tower technology can greatly save investment and operation cost and have obvious advantages in three processes.

Wet desulphurization；Calcium alkali；Double tower；Oxidation tower

X701.3

A

1004－7913（2016）09－0049－04

梁 磊（1984—），男，碩士，工程師，主要研究方向?yàn)闊煔饷摿?、脫硝新技術(shù)研發(fā)及工程設(shè)計(jì)。

2016－05－21）