鈉鈣雙堿法脫硫?qū)嶋H運(yùn)行工藝改進(jìn)探討

王耀麟

（山西潞安弈神能源公司，山西 長治 046031）

引言

當(dāng)前我國的煤炭資源消耗量占能源消耗總量的70%，資源的合理利用是我國可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵，煤炭燃燒后煙氣中含大量SO2、NOx等有毒物質(zhì)，污染環(huán)境的同時對人類健康造成嚴(yán)重的危害，隨著大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的收緊，煙氣深度凈化已然成為實現(xiàn)煤炭清潔利用的關(guān)鍵一環(huán)。

煙氣脫硫技術(shù)種類高達(dá)幾十種，目前工業(yè)上應(yīng)用的脫硫技術(shù)包括濕法脫硫和干法脫硫，濕法煙氣脫硫相較于干法脫硫效果更好、工藝更穩(wěn)定。目前，我國廣泛使用的濕法脫硫技術(shù)是石灰石-石膏法脫硫技術(shù)，脫硫效率可達(dá)90%以上，以石膏為脫硫產(chǎn)物，脫硫的同時還能為企業(yè)帶來額外價值。然而近些年的研究發(fā)現(xiàn)，相比于石灰石-石膏脫硫法，雙堿法脫硫技術(shù)效率高、成本低，更具有應(yīng)用潛力，雙堿法脫硫是先利用活性極強(qiáng)的堿金屬鹽類水溶液作為吸收劑吸收SO2，然后再用鈣堿對吸收液進(jìn)行再生，反應(yīng)方程式如式（1）～式（5）。

1）吸收階段鈉鈣雙堿溶液吸收煙氣中的SO2

2）再生階段吸收液與石灰料漿反應(yīng)

3）曝氣、固體分離階段

脫硫反應(yīng)各階段產(chǎn)生的副產(chǎn)物以硫酸鈣、亞硫酸鈣結(jié)晶水合物的形式析出、外送，再生的NaOH 可以循環(huán)使用，雙堿法的優(yōu)點(diǎn)是脫硫效率高，降低了系統(tǒng)結(jié)垢和堵塞的發(fā)生，但是堿液消耗和補(bǔ)充需要格外關(guān)注。

1 鈉鈣雙堿法脫硫優(yōu)勢

1.1 效果好

雙堿濕法脫硫技術(shù)采用純堿、氫氧化鈉鈣雙堿液吸收煙氣中的二氧化硫，結(jié)合二氧化硫的酸性、溶解性、氧化性，理論上可以實現(xiàn)全吸收，而石灰-石膏法是利用循環(huán)漿液中的水來吸收煙氣中的二氧化硫，當(dāng)液氣比達(dá)到一定值時，吸收效果變差，因而鈉鈣雙堿脫硫法上限更高。

1.2 成本低

鈉鈣雙堿活性高，較低的液氣比就能達(dá)到高效的脫硫，因而在前期設(shè)備建造時，僅脫硫塔的成本較石灰-石膏脫硫法可縮減1/3 左右；反應(yīng)中鈉鈣雙堿可循環(huán)利用，再生過程的鈣堿價格低廉易得，運(yùn)行費(fèi)用也大大降低。

1.3 可靠性強(qiáng)

技術(shù)成熟，相較于其他脫硫方法，原料變化、系統(tǒng)pH 等因素可調(diào)節(jié)范圍大；正常操作無廢水排放；循環(huán)水泵揚(yáng)程低，主要設(shè)備故障率低，運(yùn)行穩(wěn)定可靠。

2 實際存在的問題

鈉鈣雙堿法脫硫工藝主要由煙氣系統(tǒng)、脫硫塔系統(tǒng)、漿液系統(tǒng)及固液分離外排系統(tǒng)組成，工藝流程圖見圖1。

圖1 鈉鈣雙堿脫硫工藝流程圖

實際運(yùn)行中存在以下幾個問題：

2.1 系統(tǒng)內(nèi)易結(jié)垢

脫硫漿液為一種組分復(fù)雜的懸浮液，研究發(fā)現(xiàn)其主要組分包括粉塵顆粒、CaSO·42H2O 及其氧化物。根據(jù)奧斯特瓦爾德晶體生長規(guī)則，當(dāng)這些物質(zhì)飽和度達(dá)臨界值時，超過懸浮液的吸收極限就會在漿液中形成新的晶核，在沉淀池、泵體、管道等多處生成硬垢、軟垢、粉塵硬塊，極可能造成泵進(jìn)口、管路堵塞，這對污泥排出產(chǎn)生阻礙，嚴(yán)重時還可能導(dǎo)致電機(jī)燒毀，脫水系統(tǒng)故障問題。大量的廢渣進(jìn)入沉淀池后不能正常排出，在淤積達(dá)到一定程度后會導(dǎo)致脫硫系統(tǒng)停止運(yùn)行，對沉淀池廢渣通過人工方式清理。這樣會對生產(chǎn)管理產(chǎn)生很不利影響，同時也導(dǎo)致資源浪費(fèi)。這種模式也有明顯的局限性，表現(xiàn)為只可以暫時解決沉淀池結(jié)垢和進(jìn)口管路堵塞故障，在其后運(yùn)行一段時間后，此種問題會再次出現(xiàn)。

2.2 鈉堿再生率低

傳統(tǒng)工藝NaOH 再生率不高，最多為70%，這樣在運(yùn)行過程中為滿足脫硫效率要求，需要采取如下方案:一是將過量石灰漿液加入反應(yīng)池，不過這樣容易導(dǎo)致脫硫塔壁、噴嘴及除霧器相關(guān)的部位堵塞，副產(chǎn)物的純度也會明顯下降，脫水難度增加。在運(yùn)行時間較長情況下系統(tǒng)會變?yōu)槭覇螇A法脫硫；其二則是在清液池內(nèi)加入過量NaOH 片堿，這種方法的效率較高，不過成本也顯著高于前一種的。

2.3 產(chǎn)出石膏水分大

相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，石膏氧化不完全的主要影響因素為漿液中飛灰多、攪拌不充分、氧化空氣少等，這樣會導(dǎo)致漿液中CaSO·3H2O 含量過高，此種物質(zhì)為膠體狀的，在進(jìn)水壓力明顯增加后，其中的水分也不容易脫除，與此同時還會導(dǎo)致板框壓濾機(jī)濾布受到破壞。板框壓濾機(jī)單級模式對廢渣脫水，相應(yīng)的處理效率低，也容易導(dǎo)致進(jìn)料口堵塞，易破板相關(guān)的問題。在運(yùn)行一段時間后經(jīng)常需要進(jìn)行人工卸料、清洗。因而脫水效果差，所得石膏水分大，增加了其后的處理難度。

3 良性運(yùn)行改進(jìn)方法

鈉鈣雙堿法脫硫包括吸收、再生及曝氣、固體分離等主要環(huán)節(jié)，它們之間相互影響，為保證系統(tǒng)良性運(yùn)行首先要求溶液各成分含量嚴(yán)格管控，必須根據(jù)實際運(yùn)行效果進(jìn)行計算，確定一個最適宜的量，一經(jīng)確定，要嚴(yán)格執(zhí)行。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合工廠經(jīng)驗，提出以下幾點(diǎn)具體改進(jìn)建議：

1）針對系統(tǒng)易結(jié)垢問題，進(jìn)系統(tǒng)煙氣要進(jìn)行預(yù)處理，設(shè)置過濾裝置，除去煙氣中所含的粉塵顆粒等機(jī)械雜質(zhì)，還應(yīng)除去焦油酚類等可能與堿性脫硫液反應(yīng)的物質(zhì)，這兩類物質(zhì)既容易造成堵塞，又會惡化溶液質(zhì)量，使得正?；瘜W(xué)反應(yīng)不徹底的同時系統(tǒng)結(jié)垢增多?；虿扇〕龎m脫硫一體化裝置，將傳統(tǒng)工藝的沉淀池改為反應(yīng)池，再生和沉淀分離在塔外，讓脫硫漿液一直處于懸浮狀態(tài)。

2）為提高NaOH 再生率，要讓反應(yīng)池漿液停留時間增長，同時設(shè)置適當(dāng)?shù)臄嚢柩b置，讓反應(yīng)物之間接觸時間變長，反應(yīng)進(jìn)行得更加充分；投加Ca（OH）2漿料，由于其溶解度較低，實際運(yùn)行中通過閥門對石灰漿料加入量進(jìn)行調(diào)節(jié)，選擇合適的投加模式，如少量多次投加，進(jìn)行適當(dāng)?shù)臄嚢瓒龠M(jìn)溶解；另外，清液池的pH 要控制在8.0 以上，當(dāng)pH 值較低時，少量補(bǔ)充鈉鈣雙堿液即可滿足運(yùn)行要求。

3）針對石膏濾餅脫水效果差，反應(yīng)池增設(shè)氧化空氣裝置，設(shè)置多級脫水，即增設(shè)旋流器一級脫水設(shè)備，進(jìn)行一次濃縮，再由旋流器底部落入脫水機(jī)來再次脫水，這樣就可以使得石膏含水量明顯降低，處理更簡單，符合環(huán)保要求。

4 改進(jìn)效果

1）通過預(yù)先“兩除”和系統(tǒng)“一改”，軟垢、硬垢、粉塵硬塊生成量減少，結(jié)垢導(dǎo)致堵塞管道、設(shè)備損壞現(xiàn)象明顯減少。

2）反應(yīng)物接觸充分，反應(yīng)進(jìn)行更徹底，NaOH 的置換再生率提高，因此需向系統(tǒng)補(bǔ)充的鈉鈣雙堿的量明顯減少。

3）通過改進(jìn)，脫水效果變好，得到的副產(chǎn)品相較之前易于外送，方便了工廠管理的同時還有利于創(chuàng)收。

5 結(jié)語

鈉鈣雙堿法脫硫效率高、運(yùn)行成本低、可靠性強(qiáng)，但該方法在實際運(yùn)行中也存在缺陷，根據(jù)工廠運(yùn)行經(jīng)驗，管控關(guān)鍵因素，通盤考慮對其進(jìn)行改善，解決結(jié)垢堵塞、石膏脫水差等問題，提高NaOH 再生率，進(jìn)一步節(jié)約費(fèi)用，良性運(yùn)行，為生產(chǎn)管理帶來便利。