常州永新環(huán)保雙堿法煙氣脫硫技術(shù)
雙堿脫硫法技術(shù)特點
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)垢的缺點而發(fā)展起來的。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。結(jié)垢堵塞問題嚴(yán)重影響脫硫系統(tǒng)的正常運行，更甚者嚴(yán)重影響鍋爐系統(tǒng)的正常運行。為了盡量避免用鈣基脫硫劑的不利因素，鈣法脫硫工藝大都需要配備相應(yīng)的強制氧化系統(tǒng)（曝氣系統(tǒng)），從而增加初投資及運行費用，用廉價的脫硫劑而易造成結(jié)垢堵塞問題，單純采用鈉基脫硫劑運行費用太高而且脫硫產(chǎn)物不易處理，二者矛盾相互凸現(xiàn)，雙堿法煙氣脫硫工藝應(yīng)運而生，該工藝較好的解決了上述矛盾問題。
一、工藝基本原理
雙堿法是采用鈉基脫硫劑進行塔內(nèi)脫硫，由于鈉基脫硫劑堿性強，吸收二氧化硫后反應(yīng)產(chǎn)物溶解度大，不會造成過飽和結(jié)晶，造成結(jié)垢堵塞問題。另一方面脫硫產(chǎn)物被排入再生池內(nèi)用氫氧化鈣進行還原再生，再生出的鈉基脫硫劑再被打回脫硫塔循環(huán)使用。雙堿法脫硫工藝降低了投資及運行費用，比較適用于中小型鍋爐進行脫硫改造的脫硫除塵器。
雙堿法煙氣脫硫技術(shù)是利用氫氧化鈉溶液作為啟動脫硫劑，配制好的氫氧化鈉溶液直接打入脫硫塔洗滌脫除煙氣中 SO2 來達到煙氣脫硫的目的，然后脫硫產(chǎn)物經(jīng)脫硫劑再生池還原成氫氧化鈉再打回脫硫塔內(nèi)循環(huán)使用。
除塵設(shè)備的脫硫工藝主要包括 5 個部分：
(1) 吸收劑制備與補充；
(2) 吸收劑漿液噴淋；
(3) 塔內(nèi)霧滴與煙氣接觸混合；
(4) 再生池漿液還原鈉基堿；
(5) 石膏脫水處理。
雙堿法煙氣脫硫工藝同石灰石 / 石灰等其他濕法脫硫反應(yīng)機理類似，主要反應(yīng)為煙氣中的 SO2 先溶解于吸收液中，然后離解成 H+ 和 HSO3 —SO2(g)= = = SO2(aq) （ 1 ）
SO2(aq)+H2O(l) = = =H++HSO3 — = = = 2H++SO32 —；（ 2 ）
式（ 1 ）為慢反應(yīng)，是速度控制過程之一。
然后 H+ 與溶液中的 OH —中和反應(yīng)，生成鹽和水，促進 SO2 不斷被吸收溶解。
具體反應(yīng)方程式如下：
2NaOH + SO2 → Na2SO3 + H2O
Na2SO3 + SO2 + H2O → 2NaHSO3
脫硫后的反應(yīng)產(chǎn)物進入再生池內(nèi)用另一種堿，一般是 Ca(OH)2 進行再生，再生反應(yīng)過程如下：
Ca(OH)2 + Na2SO3 → 2 NaOH + CaSO3
Ca(OH)2 + 2NaHSO3 → Na2SO3 + CaSO3 · 1/2H2O +1/2H2O
存在氧氣的條件下，還會發(fā)生以下反應(yīng)：
Ca(OH)2 + Na2SO3 + 1/2O2 + 2 H2O → 2 NaOH + CaSO4 · H2O
脫下的硫以亞硫酸鈣、硫酸鈣的形式析出，然后將其用泵打入石膏脫水處理系統(tǒng)或直接堆放、拋棄。再生的 NaOH 可以循環(huán)使用。
二、工藝流程介紹
來自鍋爐的煙氣先經(jīng)過除塵器除塵，然后煙氣經(jīng)煙道從塔底進入脫硫塔。在脫硫塔內(nèi)布置若干層（根據(jù)具體情況定）旋流板的方式，旋流板塔具有良好的氣液接觸條件，從塔頂噴下的堿液在旋流板上進行霧化使得煙氣中的 SO2與噴淋的堿液充分吸收、反應(yīng)。經(jīng)脫硫洗滌后的凈煙氣經(jīng)過除霧器脫水后進入換熱器，升溫后的煙氣經(jīng)引風(fēng)機通過煙囪排入大氣。
最初的雙堿法一般只有一個循環(huán)水池， NaOH 、石灰和脫硫過程中捕集的飛灰同在一個循環(huán)池內(nèi)混合。在清除循環(huán)池內(nèi)的灰渣時，煙灰、反應(yīng)生成物亞硫酸鈣、硫酸鈣及石灰渣和未反應(yīng)的石灰同時被清除，清出的混合物不易綜合利用而成為廢渣。為克服傳統(tǒng)雙堿法的缺點，對其進行了改進。主要工藝過程是，清水池一次性加入氫氧化鈉制成脫硫液，用泵打入吸收塔進行脫硫。三種生成物均溶于水，在脫硫過程中，煙氣夾雜的飛灰同時被循環(huán)液濕潤而捕集，從吸收塔排出的循環(huán)漿液流入沉淀池；以(jīng)沉淀定期清除，可回收利用，如制磚等。上清液溢流進入反應(yīng)池與投加的石灰進行反應(yīng)，置換出的氫氧化鈉溶解在循環(huán)水中，同時生成難溶解的亞硫酸鈣、硫酸鈣和碳酸鈣等，可通過沉淀清除。
三、工藝流程說明
雙堿法脫硫除塵器主要包括吸收劑制備和補充系統(tǒng)，煙氣系統(tǒng)， SO2 吸收系統(tǒng)，脫硫石膏脫水處理系統(tǒng)和電氣與控制系統(tǒng)五部分組成。
A.吸收劑制備及補充系統(tǒng)
脫硫裝置啟動時用氫氧化鈉作為吸收劑，氫氧化鈉干粉料加入堿液罐中，加水配制成氫氧化鈉堿液，堿液被打入返料水池中，由泵打入脫硫塔內(nèi)進行脫硫，為了將用鈉基脫硫劑脫硫后的脫硫產(chǎn)物進行再生還原，需用一個制漿罐。制漿罐中加入的是石灰粉，加水后配成石灰漿液，將石灰漿液打到再生池內(nèi)，與亞硫酸鈉、硫酸鈉發(fā)生反應(yīng)。在整個運行過程中，脫硫產(chǎn)生的很多固體殘渣等顆粒物經(jīng)渣漿泵打入石膏脫水處理系統(tǒng)。由于排走的殘渣中會損失部分氫氧化鈉，所以，在堿液罐中可以定期進行氫氧化鈉的補充，以保證整個脫硫系統(tǒng)的正常運行及煙氣的達標(biāo)排放。為避免再生生成的亞硫酸鈣、硫酸鈣也被打入脫硫塔內(nèi)容易造成管道及塔內(nèi)發(fā)生結(jié)垢、堵塞現(xiàn)象，可以加裝瀑氣裝置進行強制氧化或特將水池做大，再生后的脫硫劑溶液經(jīng)三級沉淀池充分沉淀保證大的顆粒物不被打回塔體。另外，還可在循環(huán)泵前加裝過濾器，過濾掉大顆粒物質(zhì)和液體雜質(zhì)。
B.煙氣系統(tǒng)
鍋爐煙氣經(jīng)煙道進入除塵器進行除塵后進入脫硫塔，洗滌脫硫后的低溫?zé)煔饨?jīng)兩級除霧器除去霧滴后進入主煙道，經(jīng)過煙氣再熱后由煙囪排入大氣。當(dāng)脫硫系統(tǒng)出現(xiàn)故障或檢修停運時，系統(tǒng)關(guān)閉進出口擋板門，煙氣經(jīng)鍋爐原煙道旁路進入煙囪排放。
C.SO2吸收系統(tǒng)
煙氣進入吸收塔內(nèi)向上流動，與向下噴淋的石灰石漿液以逆流方式洗滌，氣液充分接觸。脫硫塔采用內(nèi)置若干層旋流板的方式，塔內(nèi)最上層脫硫旋流板上布置一根噴管。噴淋的氫氧化鈉溶液通過噴漿層噴射到旋流板中軸的布水器上，然后堿液均勻布開，在旋流板的導(dǎo)流作用下，煙氣旋轉(zhuǎn)上升，與均勻布在旋流板上的堿液相切，進一步將堿液霧化，充分吸收 SO2 、 SO3 、 HCl 和 HF 等酸性氣體，生成 NaSO3 、 NaHSO3 ，同時消耗了作為吸收劑的氫氧化鈉。用作補給而添加的氫氧化鈉堿液進入返料水池與被石灰再生過的氫氧化鈉溶液一起經(jīng)循環(huán)泵打入吸收塔循環(huán)吸收 SO2 。
在吸收塔出口處裝有兩級旋流板（或折流板）除霧器，用來除去煙氣在洗滌過程中帶出的水霧。在此過程中，煙氣攜帶的煙塵和其它固體顆粒也被除霧器捕獲，兩級除霧器都設(shè)有水沖洗噴嘴，定時對其進行沖洗，避免除霧器堵塞。
D.脫硫產(chǎn)物處理系統(tǒng)
脫硫系統(tǒng)的最終脫硫產(chǎn)物仍然是石膏漿 ( 固體含量約 20 ％ ) ，具體成分為 CaSO3 、 CaSO4 ，還有部分被氧化后的鈉鹽 NaSO4 。從沉淀池底部排漿管排出，由排漿泵送入水力旋流器。由于固體產(chǎn)物中摻雜有各種灰分及 NaSO4 ，嚴(yán)重影響了石膏品質(zhì)，所以一般以拋棄為主。在水力旋流器內(nèi)，石膏漿被濃縮 ( 固體含量約 40 ％ ) 之后用泵打到渣處理場，溢流液回流入再生池內(nèi)。
E.電氣與控制系統(tǒng)
脫硫裝置動力電源自電廠配電盤引出，經(jīng)高壓動力電纜接入脫硫電氣控制室配電盤。在脫硫電氣控制室，電源分為兩路，一回經(jīng)由配電盤、控制開關(guān)柜直接與高壓電機 ( 漿液循環(huán)泵 ) 相連接。另一回接脫硫變壓器，其輸出端經(jīng)配電盤、控制開關(guān)柜與低壓電器相連接，低壓配電采用動力中心電動機控制中心供電方式。
系統(tǒng)配備有低壓直流電源為電動控制部分提供電源。
脫硫系統(tǒng)的脫硫劑加料設(shè)備和旋流分離器實行現(xiàn)場控制，其它實行控制室內(nèi)脫硫控制盤集中控制，亦可實現(xiàn)就地手動操作。
正常運行時，由立式控制盤自動控制各個調(diào)節(jié)閥，控制脫硫系統(tǒng)石灰供應(yīng)量和氫氧化鈉補給量，要在鍋爐負荷變動時能自動予以調(diào)節(jié)。煙氣量的控制是根據(jù)鍋爐排煙量，由引風(fēng)機入口擋板通過鍋爐負荷信號轉(zhuǎn)換為煙氣量與實際引入脫硫裝置的煙氣量反饋信號控制。吸收劑漿液流量的控制是通過進入脫硫裝置的 SO2 量以及循環(huán)漿池中漿液的 PH 值來控制的。副產(chǎn)品漿液供給量通過吸收劑漿液的流量來控制。除霧裝置清洗水的流量、吸收室入口沖洗水的壓力以及脫水機排出液流量單獨控制。脫硫塔底部的液位亦屬于單獨控制，即通過補給水量來控制。吸收劑漿池濃度的控制由補給水量調(diào)節(jié)給料器的轉(zhuǎn)速以控制石灰加入量，繼而達到控制濃度的目的。吸收室出口除霧器的清洗是按一定的時間間隔開關(guān)噴水閥用補充給水進行沖洗。
四、二次污染的解決問題
采用氫氧化鈉作為脫硫劑，在脫硫塔內(nèi)吸收二氧化硫反應(yīng)速率快，脫硫效率高，但脫硫的產(chǎn)物 Na2SO4 很難進行處理，極易造成嚴(yán)重的二次污染問題。采用雙堿法煙氣脫硫工藝，用氫氧化鈉吸收二氧化硫后的產(chǎn)物用石灰來再生，只有少量的 Na2SO4 被帶入石膏漿液中，這些摻雜了少量 Na2SO4 的石膏漿液用泵打入旋流分離器中進行固液分離，分離的大量的含水率較低的固體殘渣被打到渣場進行堆放，溶液流回再生池繼續(xù)使用，因此不會造成二次污染。
五、工藝特點
與石灰石或石灰濕法脫硫工藝相比，雙堿法原則上有以下優(yōu)點：
(1) 用 NaOH 脫硫，循環(huán)水基本上是 NaOH 的水溶液，在循環(huán)過程中對水泵、管道、設(shè)備均無腐蝕與堵塞現(xiàn)象，便于設(shè)備運行與保養(yǎng)；
(2) 吸收劑的再生和脫硫渣的沉淀發(fā)生在塔外，這樣避免了塔內(nèi)堵塞和磨損，提高了運行的可靠性，降低了操作費用；同時可以用高效的板式塔或填料塔代替空塔，使系統(tǒng)更緊湊，且可提高脫硫效率；
(3)鈉基吸收液吸收 SO2 速度快，故可用較小的液氣比，達到較高的脫硫效率，一般在 90% 以上；
(4)對脫硫除塵一體化技術(shù)而言，可提高石灰的利用率。
缺點是： NaSO3 氧化副反應(yīng)產(chǎn)物 Na2SO4 較難再生，需不斷的補充 NaOH 或 Na2CO3 而增加堿的消耗量。另外， Na2SO4 的存在也將降低石膏的質(zhì)量。
雙堿法脫硫技術(shù)是國內(nèi)外運用的成熟技術(shù)，是一種特別適合中小型鍋爐煙氣脫硫技術(shù)，具有廣泛的市場。
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