淺談雙堿法脫硫工藝

聞艷

摘 要：傳統(tǒng)的石灰石/石灰-石膏法煙氣脫硫工藝采用鈣基脫硫劑吸收二氧化硫后生成的亞硫酸鈣、硫酸鈣，由于其溶解度較小，極易在脫硫塔內(nèi)及管道內(nèi)形成結(jié)垢、堵塞現(xiàn)象。雙堿法煙氣脫硫技術(shù)是為了克服石灰石-石灰法容易結(jié)垢的缺點(diǎn)而發(fā)展起來的。

關(guān)鍵詞：脫硫工藝;石膏雙堿法;霧化脫硫

脫硫，是指將煤中的硫元素用鈣基等方法固定成為固體防止燃燒時(shí)生成SO2。 為了使熱風(fēng)爐煙氣中的SO2排放達(dá)到環(huán)保要求，需新建一套熱風(fēng)爐煙氣脫硫系統(tǒng)，使煙氣排放能夠達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。

一、煙氣脫硫工藝

1.（鈉）石灰-石膏雙堿法

雙堿法主要利用堿液（常用的有NaOH、Na2CO3）在脫硫塔內(nèi)吸收SO2，而脫硫產(chǎn)物被排入再生池內(nèi)用Ca（OH）2進(jìn)行還原再生，再生出的鈉基脫硫劑循環(huán)使用，而固硫沉淀物氧化后脫水外排。該工藝生成的脫硫產(chǎn)物有Na2SO4、CaSO4，少量的Na2SO4較難再生，需不斷補(bǔ)充 NaOH或Na2CO3。

（1）用鈉堿溶液脫除煙氣中的SO2，循環(huán)水基本上是鈉堿的水溶液，在循環(huán)過程中對(duì)水泵、管道、設(shè)備均無腐蝕與結(jié)垢堵塞現(xiàn)象，系統(tǒng)故障率低，使用壽命長(zhǎng)，便于設(shè)備運(yùn)行與保養(yǎng)。

（2）用石灰水Ca（OH）2與Na2SO3反應(yīng)使鈉堿再生，實(shí)際消耗的是廉價(jià)的石灰，大部分的鈉堿溶液可以重復(fù)使用。因此，運(yùn)行費(fèi)用顯著降低。

（3）吸收劑的再生和脫硫渣的沉淀發(fā)生在吸收塔外，減少了塔內(nèi)結(jié)垢的可能性，因此使用循環(huán)霧化懸浮式脫硫除塵塔可以增大液氣比，提高脫硫效率。

2.循環(huán)霧化高效吸收塔

系統(tǒng)主設(shè)備脫硫塔采用循環(huán)霧化高效吸收塔。循環(huán)霧化高效吸收塔以循環(huán)流化床原理為基礎(chǔ)，使吸收液在反應(yīng)器內(nèi)高倍率循環(huán)霧化，從而大大提高液氣比，顯著提高了煙氣與堿性液滴的接觸面積，具有很高的吸收率。

SO2吸收過程主要是在循環(huán)霧化高效吸收塔內(nèi)完成的。煙氣由位于塔底的煙氣進(jìn)口進(jìn)入吸收塔內(nèi)后，向上流過布置在花板上的數(shù)百個(gè)文丘里加速管，由于流通截面的變化，氣流在此獲得很高的動(dòng)能。脫硫堿液經(jīng)循環(huán)管路進(jìn)入吸收塔后分布在霧化花板上，從文丘里加速管喉部的小孔流入文丘里加速管。高速氣流將源源不斷流入文丘里加速管的堿液粉碎成大量細(xì)小液滴，并拋向吸收塔的吸收區(qū)，液滴在重力的作用下又落回花板，流入文丘里加速管再一次被拋起，脫硫堿液在吸收塔內(nèi)如此不斷的循環(huán)霧化。大量的細(xì)小液滴在向上氣流的浮力和重力的作用下，在吸收塔內(nèi)上下浮動(dòng)，懸浮在空間，形成濃密的吸收區(qū)域。更為細(xì)小的液滴隨著氣流的攜帶緩緩上升進(jìn)入位于吸收塔上部的旋流子除霧器內(nèi)，在離心力的作用下，被分離凝聚成大粒徑液滴落回吸收區(qū)。吸收區(qū)內(nèi)充滿著大量不同粒徑的液滴，并且上下浮動(dòng)，具有良好的氣液接觸條件，煙氣中的SO2被充分吸收。

濕法脫硫技術(shù)，其基本原理都是使煙氣中的SO2與堿性液滴充分混合接觸從而中和吸收SO2。但不同的設(shè)備裝置在性能上卻有較大差異。其主要原因就是因?yàn)殪F化方式不同而造成的吸收區(qū)的液氣比不同。根據(jù)美國(guó)電力研究院的FGD-PRISM程序的優(yōu)化計(jì)算，要想達(dá)到90%以上的脫硫效率，液氣比以16.57L/m3為宜。而要達(dá)到這樣高的液氣比，對(duì)于175000m3/h來說，不論是采用旋流板式或噴淋式脫硫裝置都必須達(dá)到2900t/h的循環(huán)水量，但這些裝置其設(shè)計(jì)循環(huán)水量也只有需求量的1/10左右。

XHX型循環(huán)霧化高效吸收塔是以內(nèi)循環(huán)為主。脫硫堿液由水泵注入塔內(nèi)后，分布在霧化板上通過數(shù)百個(gè)φ70mm的小孔源源不斷的流入文丘里加速管，隨后被高速氣流拋向吸收區(qū)，在重力的作用下重新落回花板，再一次的流入文丘里加速管被拋向吸收區(qū)。這種霧化方式的循環(huán)水量可達(dá)到近3115噸/h，吸收區(qū)的液氣比接近18L/h，所以具有很好的吸收能力，即脫硫效率。

在除霧脫水性能方面，XHX型循環(huán)霧化高效吸收塔仍然具有其它脫硫塔不可比擬的優(yōu)勢(shì)。XHX型循環(huán)霧化高效吸收塔的脫水除霧是在數(shù)百個(gè)φ200的旋流子內(nèi)進(jìn)行的，其旋轉(zhuǎn)半徑只有旋流塔板的1/20，根據(jù)離心力原理，F(xiàn)=m·v2/r，因此霧滴在此受到的離心力是在旋流板塔內(nèi)的20倍，所以其脫水除霧效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于旋流板塔。

綜上所述，XHX型循環(huán)流化懸浮式吸收塔具有以下特點(diǎn)：

（1）霧化脫硫效率高。具有獨(dú)特的循環(huán)懸浮霧化技術(shù)。在塔內(nèi)的霧化裝置中布置了數(shù)百個(gè)文丘里加速管，這些加速管采用高溫氧化鋁工業(yè)耐酸瓷制成，制作精確幾何尺寸精準(zhǔn)，表面光滑，可有效地將堿液霧化，液氣比大，脫硫效率高。

（2）除霧能力強(qiáng)。獨(dú)特的旋流子除霧技術(shù)，采用多個(gè)小旋流子并聯(lián)離心除霧，煙氣在旋流子內(nèi)高速旋轉(zhuǎn)，煙氣中的霧滴獲得很高離心力，極易被去除，除霧效果好。

（3）投資運(yùn)行成本低。采用內(nèi)循環(huán)，無需大功率循環(huán)泵，只需向吸收塔內(nèi)補(bǔ)充脫硫所需的堿液即可。大幅降低投資成本和運(yùn)行費(fèi)用，減少了循環(huán)的諸多環(huán)節(jié)，降低了系統(tǒng)的故障率。

（4）脫硫劑適應(yīng)性好?？蛇m用于石灰粉、氧化鎂粉、（鈉）石灰-石膏雙堿法、電石渣、廢堿液等。

（5）脫硫費(fèi)用低。循環(huán)倍率高，堿性物質(zhì)利用率高，降低脫硫劑采購(gòu)成本。

（6）操作方便。多種系統(tǒng)操控方案，簡(jiǎn)單易學(xué)，利于用戶人員配置與安排。

3.脫硫系統(tǒng)構(gòu)成

脫硫系統(tǒng)主要由吸收系統(tǒng)、煙氣系統(tǒng)、脫硫液循環(huán)系統(tǒng)、脫硫劑制備系統(tǒng)、沉淀物濃縮壓濾系統(tǒng)及電氣控制系統(tǒng)組成。

脫硫液循環(huán)系統(tǒng)包括循環(huán)泵、循環(huán)管路、再生氧化池、攪拌機(jī)、濃縮池、濃縮機(jī)、清液池。鈉堿溶于水后由循環(huán)泵經(jīng)循環(huán)管路送入循環(huán)霧化高效吸收塔，霧化后與煙氣混合，煙氣中的SO2與鈉堿發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成鈉鹽溶液從吸收塔底部的排水管排出，進(jìn)入再生氧化池，并且與堿液制備系統(tǒng)制成的石灰乳液混合，通過攪拌機(jī)的攪拌作用，在此發(fā)生再生、氧化等化學(xué)反應(yīng)后，再由水泵打入循環(huán)濃縮池。

脫硫劑制備系統(tǒng)包括石灰倉、石灰消化罐、再生攪拌池、曝氣風(fēng)機(jī)等設(shè)備。生石灰粉由罐車通過自帶的氣力輸送裝置輸送至石灰倉，經(jīng)消化罐消化后溢流進(jìn)入再生攪拌池?cái)嚢枳饔孟庐a(chǎn)生置換、再生、氧化后送到濃縮池。

由于吸收塔內(nèi)水蒸發(fā)和脫硫渣帶水，必須對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)水，以維系系統(tǒng)水平衡。根據(jù)系統(tǒng)的需要，通過間歇性的開閉對(duì)旋流除霧裝置進(jìn)行沖洗，防止積灰和結(jié)垢。此部分水作為脫硫系統(tǒng)補(bǔ)充水的主要來源。

電氣控制系統(tǒng)要求自動(dòng)加堿，并且根據(jù)煙氣當(dāng)中二氧化硫含量的變化調(diào)節(jié)脫硫劑的加入量，實(shí)現(xiàn)脫硫的自動(dòng)運(yùn)行與調(diào)節(jié)。