增强型石灰——石膏法脱硫介绍

增强型石灰——石膏法脱硫介绍

佛山市昊泰源环保科技有限公司

　　1.公司简介

　　佛山市昊泰源环保科技公司位于广东佛山南海，作为一家专门为企业提供节能环保的企业服务于各行各业。公司积极吸收先进技术经验，跟踪前沿技术，致力于为各行各业的业主们提供最优的节能环保升级改造方案。

　　公司主要产品有：包括脱硫、脱硝、除尘、除雾、VOCs、POPs在内的各种气体净化成套设备，低硝氮燃烧器，高效换热器等，为企业提供整套节能环保升级改造服务。

　　2.增强型石灰——石膏脱硫的推出

　　我们调查了不少企业烟气脱硫，在分析其问题的基础上，开发了一种“增强型石灰——石膏脱硫”工艺，并取得了工程运用。该工艺通过采用专有增强剂配方强化脱硫，使普通的“石灰——石膏脱硫法”具有了钠碱法的液气比低带来的动力成本低，又保持了“石灰——石膏脱硫法”的吸收剂成本低的优点和其他优点，是各行各业脱硫改造的首选项。

　　3.目前其他脱硫法存在问题分析

　　3.1.石灰石/石灰——石膏脱硫存在问题

　　石灰石/石灰——石膏脱硫是火力发电、钢铁厂烧结球团脱硫的主流工艺，存在以下问题：

　　(1)液气比高，石灰石脱硫为14.0，石灰脱硫7.0，而对应的增强石灰法/氨碱法/钠碱法/氧化镁法只有2.0，因而动力成本高；

　　(2)操作较为困难，稍微不注意就容易结垢与堵塞，设备磨损严重；

　　(3)脱硫吸收液是浆液，浆液泵动力消耗高，投资大，管道磨损大，维护费用高，见“氧化镁法存在问题”所描述；

　　(4)脱硫吸收液pH值必须控制在5.5~6.2，必须偏酸，控制范围狭窄，吸收SO₂能力不如其它工艺。

　　3.2.钠碱法或钠钙双碱法存在问题

　　(1)脱硫成本不断升高：

　　(A)烧碱或氢氧化钠价格太高，而且逐年上涨，2014年烧碱挂牌价~2000元/t，2017年烧碱挂牌价~5000元/t，纯碱形势也类似，这与国家环保政策越来越严，它们的生产成本上升有关；

　　(B)烧碱或纯碱上涨，直接导致了脱硫成本升高。

　　(2)工艺不完善，系统存在堵塞威胁，主要是许多脱硫工程未对硫酸根离子富集问题认真考虑，以及其他因素(不在此介绍)。

　　(3)钠碱法或钠钙双碱法存在硫酸根离子富集问题，原因是氢氧化钙不能很好地再生硫酸钠，化学分析如表 31，堵塞图片如图 31和图 32。

表 31 反应Na₂SO₄+Ca(OH)₂=CaSO₄·2H₂O+2NaOH平衡常数与温度的关系

　　注1：平衡常数因版本不同会有差异，但共同点都是逆向反应，且温度越高越严重。

图 31 硫酸盐结晶照片

图 32 管道堵塞照片

　　(4)脱硫副产物——亚硫酸钙缺陷：

　　(A)无法作为建材回收利用，造成固废二次污染；

　　(B)缓慢分解出SO₂，造成新的大气污染；

　　(C)雨天流入地下，流入河水，对水造成污染；

　　(D)加入制砖或陶瓷焙烧分解出SO₂增加脱硫成本；

　　(E)需要支付的运输费用和购买填埋土地的费用等。

　　3.3.氧化镁法存在问题

　　(1)硫酸根离子没有沉淀而富集，硫酸根离子无法消除。

　　(2)氢氧化镁或亚硫酸镁都是难溶物质，浆液泵动力消耗高——见表 31，管道磨损大，维护费用高。

表 32 部分相同能力的浆液泵与普通泵装机对比

　　(3)为了防堵，管路系统系统控制与设计复杂，操作难度大。

　　3.4.半干法脱硫存在问题

　　以安徽某钢厂烧结与球团脱硫为例，存在以下问题：

　　(1)脱硫渣无法处置，每年脱硫渣数量~35t/d×340d/a=11900t/a，对应脱硫石膏15800，损失15800t/a×50元/t=790000元/a，加上处置费用10元/t，折算到人造块矿成本，增加(10×11900+790000)/6000000≈0.15元/t-s，还造成土地占用污染、地下水污染等二次污染，并浪费宝贵的废物资源；

　　(2)脱硫成本高，表现在三方面：

　　(3)烟气阻力大，192m²烧结机脱硫增压风机2000kW，相当于烧结主风机26.7%，按照负荷率80%算，电成本8856000元/a，折算到每吨人造块矿为4.43元/t-s；

　　(4)钙硫比达到1.4，三台烧结机每天多消耗石灰~6t/a，按照700元/t-石灰计算，增加成本1428000元/a，折算到每吨烧结矿为0.24元/t-s。

　　(5)加第(1)项所述，每吨人造块矿增加脱硫成本4.82元/t-s。

　　(6)脱硫效率不如湿法脱硫，限制了一些廉价高硫铁矿石或高硫煤使用，不利于降低烧结球团生产成本，把这笔账也纳入，增加成本更多，不再叙述。

　　(7)系统可靠性差和作业率低：

　　(8)必须将塔内的反应温度控制在80~120℃之间，若低于80℃出现结露、布袋除尘器糊袋。

　　(9)运行稳定性差，烟气量和温度变化易造成塌床现象，操作难度大。

　　(10)流化塔内壁结垢严重，每20d~30d需要清理一次，每次塔内壁结垢厚度0.5m~0.8m。

　　(11)循环流化床石灰喷嘴经常堵塞与磨损，喷雾干燥法的雾化设备极易磨损，它们的寿命都太短，两种喷吹工艺都不可靠。

　　(12)没有脱硝能力。

　　(13)只能一机一塔，不能多机共塔，投资增加。

　　4.增强型——石膏脱硫突出优点

　　(1)新颖独特：

　　(A)液气比只有2.0，动力成本低；

　　(B)可脱除氮氧化物、氟化氢、氯化氢等。

　　(2)先进性：反应仅需0.2秒，设备的体积小，辅助设备少，工艺流程简单，降低投资。

　　(3)低成本：

　　(A)pH最高可以控制在7.0，吸收速度快，液气比低，动力成本低；

　　(B)SO₂的资源化、副产物无二次污染：副产物石膏作为建材甚至装潢材料回收，冲抵成本；

　　(C)用石灰作为脱硫吸收剂，价格相对低廉；

　　(D)寿命长维修量少，系统不堵塞，运行可靠，维护费用低；

　　(E)设备阻力小于500Pa，降低了烟气系统动力消耗。

　　(F)脱硝能力：脱硝效率~30%，最高~70%。

　　(4)成熟性：该种装置已经在100多成功案例，排放指标达到国际标准。

　　(5)全自动设计的控制系统：

　　(A)降低劳动强度；

　　(B)避免人为误操作。

　　(6)吸收塔内部无运动部件，运行可靠；

　　(7)不受燃煤含硫量的限制，用户可根据燃煤中的含硫来调整pH值和液气比控制吸收效率，最高pH值可以控制在7.0。

　　(8)对烟气量和温度波动适应性强，系统运行稳定，可多机一塔降低投资。

　　(9)不受燃煤含硫量的限制：用户可根据燃煤中的含硫来调整pH值和液气比，不会因使用高硫煤而不会超过当地环保排放标准。

　　(10)适应性：

　　(A)可以作为半干法，石灰/石灰石/电石渣——石膏法，钠碱法，氨法，氧化镁法，钠钙双碱法等各种脱硫技术改造升级的首选项；

　　(B)适应新建项目；

　　(C)适应旧设备的技改项目。

　　5.增强型——石膏脱硫原理

　　(1)在吸收塔进行的SOₓ溶解于水反应：

　　SO₂+H₂O=H₂SO₃ (51)

　　SO₃+H₂O=H₂SO₄ (52)

　　(2)在吸收塔进行脱硫反应：

　　H₂SO₃+SO₃²⁻=2HSO₃⁻，K=1.81×10⁵ (53)

　　H₂SO₄+2SO₃²⁻=2HSO₃⁻+SO₄²⁻，K=1.47×10¹⁰ (54)

　　(3)在水系统进行SO₄²⁻去除与HSO₃⁻再生

　　2HSO₃⁻+SO₄²⁻+Ca(OH)₂=2SO₃²⁻+CaSO₄·2H₂O↓，K=7.39×10¹² (55)

　　2HSO₃⁻+Ca(OH)₂=SO₃²⁻+CaSO₃·0.5H₂O↓+1.5H₂O，K=7.49×10¹⁴ (56)

　　3CaSO₃·0.5H₂O+3H₂O+O₂=2CaSO₄·2H₂O，K=3.08×10⁴² (57)

　　6.增强型石灰——石膏脱硫工艺流程

　　6.1.介质要求

　　(1)工艺水要求

　　(A)[Cl⁻]≤100mg/L；

　　(B)悬浮物颗粒粒径小于20μm，悬浮物浓度≯5mg/L；

　　(C)压力不小于0.3MPa，由甲方负责引至吸收塔岛；

　　(D)工艺水管路采用PPR材质。

　　(2)脱硫吸收剂要求

　　(A)CaO≥80%；

　　(B)粒度≤100目(150μm)过筛；

　　(3)增强剂与脱硝催化剂等由我公司提供技术保障。

　　6.2.工艺流程图

图 61 增强型石灰——石膏脱硫工艺流程图

　　注2：WETCCAR脱硝催化剂，若感兴趣，我们另行叙述。

　　6.3.工艺流程与系统组成

　　(1)烟气预处理模块

　　(2)二氧化硫吸收模块

　　(3)高效除雾模块

　　(4)吸收液再生模块

　　(5)吸收液循环模块

　　(6)自动控制模块

　　(7)石膏分离模块

　　(8)氯离子分离模块

　　注3：(1)~(6)项为必选项，(7)~(8)项为可选项。

　　6.3.1.烟气预处理模块

　　烟气预处理模块用于除去烟气中的粉尘，烟气从燃煤锅炉出来后，用重力沉降室、多管旋风除尘器、布袋除尘器除尘，经引风机去吸收系统。

　　6.3.2.二氧化硫吸收模块

　　(1)烟气进入吸收塔，均匀地分布在吸收塔的整个断面上。

　　(2)在吸收塔内二氧化硫被吸收液吸收形成亚硫酸盐，部分亚硫酸盐被氧化成硫酸盐。

　　6.3.3.高效除雾模块

　　(1)在吸收塔喷淋区域与烟囱之间安装有高效除雾器，除去烟气的酸雾和粉尘，最终达到标准；

　　(2)高效除雾器也有脱硫作用；

　　(3)除雾器冲洗由控制模块自动控制。

　　6.3.4.吸收液再生模块

　　典型的吸收液再生工艺流程如图 62。也可以根据客观实际作出修改。

　　(1)喷入吸收系统的脱硫吸收液通过吸收塔底部的下水管流入再生池，按要求配入石灰，吸收液得到再生。

　　(2)吸收液自流到的沉淀池，石膏沉淀由石膏分离模块分离。

　　(3)吸收液再生模块的各个水池之间适当处理，使沉淀物不进入循环水池。

　　(4)吸收液自流到循环水池，用水泵送到吸收塔去脱硫。

图 62 典型的吸收液再生工艺流程

　　6.3.5.吸收液循环模块

　　(1)吸收液自流到循环水池，经过滤器后用水泵送到吸收塔去完成脱硫、除尘、除雾等任务；

　　(2)精细过滤器反冲用工控机自动控制；

　　(3)循环水池水位可自动补偿。

　　(4)增强剂由于用量较少，采用滴加方式控制。

　　6.3.6.三电一体化自动控制自动控制模块

　　(1)控制机单动操作和现场单动操作；

　　(2)脱硫系统系统连锁控制；

　　(3)设备启停状态显示，阀门开闭状态显示；

　　(4)布袋除尘器、除雾器或过滤器反吹/冲逻辑控制；

　　(5)吸收液pH值显示与自动控制；

　　(6)烟气温度、布袋除尘器阻力等显示与异况报警；

　　(7)并联设备选择功能；

　　(8)pH值、反吹/冲以及其他需要的工艺参数设定等；

　　(9)存储记忆功能：石灰给料量、CEMS传过来的参数。

　　6.3.7.石膏分离模块

　　(1)沉淀池内的石膏沉淀，用浆液泵送到压滤机分离；

　　(2)压滤机分离得到的废水回到沉淀池；

　　(3)压滤机分离得到的石膏，对于砖窑、水泥、矿渣微粉、陶瓷等行业，可以直接把石膏作为原料会用，其他行业可以外销。

　　6.3.8.氯离子分离模块

　　(1)采用我公司专有技术，将Cl⁻从吸收液分离出来，避免Cl⁻无限富集，造成脱硫脱硝的故障：

　　(A)Cl⁻使脱硫系统中引起腐蚀，抑制石灰的溶解，影响吸收剂再生；

　　(B)Cl⁻使石膏中的石灰石含量增加及脱水困难影响品质；

　　(C)Cl⁻使循环系统电耗增加成本升高；

　　(D)因此最好有氯离子分离模块。

　　(2)具体设计根据业主工厂详实情况作设计。

　　7.脱硫成本比较

表 7-1 脱硫成本比较的基本条件假设

表 7-2 脱硫成本对比

　　注4：普通石灰法、钠钙双碱法、氧化镁法、石灰石法维护费用均较高，主要原因在于它们都容易堵塞，表上未做对比。

　　注5：相对成本以普通石灰法为100%。

　　注6：我公司增强石灰石膏法工程案例的实际运行的最低液气比1。

　　8.增强型石灰——石膏脱硫部分业绩