增強型石灰——石膏法脫硫介紹

增強型石灰——石膏法脫硫介紹

佛山市昊泰源環保科技有限公司

　　1.公司簡介

　　佛山市昊泰源環?？萍脊疚挥趶V東佛山南海，作為一家專門為企業提供節能環保的企業服務于各行各業。公司積極吸收先進技術經驗，跟蹤前沿技術，致力于為各行各業的業主們提供最優的節能環保升級改造方案。

　　公司主要產品有：包括脫硫、脫硝、除塵、除霧、VOCs、POPs在內的各種氣體凈化成套設備，低硝氮燃燒器，高效換熱器等，為企業提供整套節能環保升級改造服務。

　　2.增強型石灰——石膏脫硫的推出

　　我們調查了不少企業煙氣脫硫，在分析其問題的基礎上，開發了一種“增強型石灰——石膏脫硫”工藝，并取得了工程運用。該工藝通過采用專有增強劑配方強化脫硫，使普通的“石灰——石膏脫硫法”具有了鈉堿法的液氣比低帶來的動力成本低，又保持了“石灰——石膏脫硫法”的吸收劑成本低的優點和其他優點，是各行各業脫硫改造的首選項。

　　3.目前其他脫硫法存在問題分析

　　3.1.石灰石/石灰——石膏脫硫存在問題

　　石灰石/石灰——石膏脫硫是火力發電、鋼鐵廠燒結球團脫硫的主流工藝，存在以下問題：

　　(1)液氣比高，石灰石脫硫為14.0，石灰脫硫7.0，而對應的增強石灰法/氨堿法/鈉堿法/氧化鎂法只有2.0，因而動力成本高；

　　(2)操作較為困難，稍微不注意就容易結垢與堵塞，設備磨損嚴重；

　　(3)脫硫吸收液是漿液，漿液泵動力消耗高，投資大，管道磨損大，維護費用高，見“氧化鎂法存在問題”所描述；

　　(4)脫硫吸收液pH值必須控制在5.5~6.2，必須偏酸，控制范圍狹窄，吸收SO?能力不如其它工藝。

　　3.2.鈉堿法或鈉鈣雙堿法存在問題

　　(1)脫硫成本不斷升高：

　　(A)燒堿或氫氧化鈉價格太高，而且逐年上漲，2014年燒堿掛牌價~2000元/t，2017年燒堿掛牌價~5000元/t，純堿形勢也類似，這與國家環保政策越來越嚴，它們的生產成本上升有關；

　　(B)燒堿或純堿上漲，直接導致了脫硫成本升高。

　　(2)工藝不完善，系統存在堵塞威脅，主要是許多脫硫工程未對硫酸根離子富集問題認真考慮，以及其他因素(不在此介紹)。

　　(3)鈉堿法或鈉鈣雙堿法存在硫酸根離子富集問題，原因是氫氧化鈣不能很好地再生硫酸鈉，化學分析如表 31，堵塞圖片如圖 31和圖 32。

表 31 反應Na?SO?+Ca(OH)?=CaSO?·2H?O+2NaOH平衡常數與溫度的關系

　　注1：平衡常數因版本不同會有差異，但共同點都是逆向反應，且溫度越高越嚴重。

圖 31 硫酸鹽結晶照片

圖 32 管道堵塞照片

　　(4)脫硫副產物——亞硫酸鈣缺陷：

　　(A)無法作為建材回收利用，造成固廢二次污染；

　　(B)緩慢分解出SO?，造成新的大氣污染；

　　(C)雨天流入地下，流入河水，對水造成污染；

　　(D)加入制磚或陶瓷焙燒分解出SO?增加脫硫成本；

　　(E)需要支付的運輸費用和購買填埋土地的費用等。

　　3.3.氧化鎂法存在問題

　　(1)硫酸根離子沒有沉淀而富集，硫酸根離子無法消除。

　　(2)氫氧化鎂或亞硫酸鎂都是難溶物質，漿液泵動力消耗高——見表 31，管道磨損大，維護費用高。

表 32 部分相同能力的漿液泵與普通泵裝機對比

　　(3)為了防堵，管路系統系統控制與設計復雜，操作難度大。

　　3.4.半干法脫硫存在問題

　　以安徽某鋼廠燒結與球團脫硫為例，存在以下問題：

　　(1)脫硫渣無法處置，每年脫硫渣數量~35t/d×340d/a=11900t/a，對應脫硫石膏15800，損失15800t/a×50元/t=790000元/a，加上處置費用10元/t，折算到人造塊礦成本，增加(10×11900+790000)/6000000≈0.15元/t-s，還造成土地占用污染、地下水污染等二次污染，并浪費寶貴的廢物資源；

　　(2)脫硫成本高，表現在三方面：

　　(3)煙氣阻力大，192m2燒結機脫硫增壓風機2000kW，相當于燒結主風機26.7%，按照負荷率80%算，電成本8856000元/a，折算到每噸人造塊礦為4.43元/t-s；

　　(4)鈣硫比達到1.4，三臺燒結機每天多消耗石灰~6t/a，按照700元/t-石灰計算，增加成本1428000元/a，折算到每噸燒結礦為0.24元/t-s。

　　(5)加第(1)項所述，每噸人造塊礦增加脫硫成本4.82元/t-s。

　　(6)脫硫效率不如濕法脫硫，限制了一些廉價高硫鐵礦石或高硫煤使用，不利于降低燒結球團生產成本，把這筆賬也納入，增加成本更多，不再敘述。

　　(7)系統可靠性差和作業率低：

　　(8)必須將塔內的反應溫度控制在80~120℃之間，若低于80℃出現結露、布袋除塵器糊袋。

　　(9)運行穩定性差，煙氣量和溫度變化易造成塌床現象，操作難度大。

　　(10)流化塔內壁結垢嚴重，每20d~30d需要清理一次，每次塔內壁結垢厚度0.5m~0.8m。

　　(11)循環流化床石灰噴嘴經常堵塞與磨損，噴霧干燥法的霧化設備極易磨損，它們的壽命都太短，兩種噴吹工藝都不可靠。

　　(12)沒有脫硝能力。

　　(13)只能一機一塔，不能多機共塔，投資增加。

　　4.增強型——石膏脫硫突出優點

　　(1)新穎獨特：

　　(A)液氣比只有2.0，動力成本低；

　　(B)可脫除氮氧化物、氟化氫、氯化氫等。

　　(2)先進性：反應僅需0.2秒，設備的體積小，輔助設備少，工藝流程簡單，降低投資。

　　(3)低成本：

　　(A)pH最高可以控制在7.0，吸收速度快，液氣比低，動力成本低；

　　(B)SO?的資源化、副產物無二次污染：副產物石膏作為建材甚至裝潢材料回收，沖抵成本；

　　(C)用石灰作為脫硫吸收劑，價格相對低廉；

　　(D)壽命長維修量少，系統不堵塞，運行可靠，維護費用低；

　　(E)設備阻力小于500Pa，降低了煙氣系統動力消耗。

　　(F)脫硝能力：脫硝效率~30%，最高~70%。

　　(4)成熟性：該種裝置已經在100多成功案例，排放指標達到國際標準。

　　(5)全自動設計的控制系統：

　　(A)降低勞動強度；

　　(B)避免人為誤操作。

　　(6)吸收塔內部無運動部件，運行可靠；

　　(7)不受燃煤含硫量的限制，用戶可根據燃煤中的含硫來調整pH值和液氣比控制吸收效率，最高pH值可以控制在7.0。

　　(8)對煙氣量和溫度波動適應性強，系統運行穩定，可多機一塔降低投資。

　　(9)不受燃煤含硫量的限制：用戶可根據燃煤中的含硫來調整pH值和液氣比，不會因使用高硫煤而不會超過當地環保排放標準。

　　(10)適應性：

　　(A)可以作為半干法，石灰/石灰石/電石渣——石膏法，鈉堿法，氨法，氧化鎂法，鈉鈣雙堿法等各種脫硫技術改造升級的首選項；

　　(B)適應新建項目；

　　(C)適應舊設備的技改項目。

　　5.增強型——石膏脫硫原理

　　(1)在吸收塔進行的SO?溶解于水反應：

　　SO?+H?O=H?SO? (51)

　　SO?+H?O=H?SO? (52)

　　(2)在吸收塔進行脫硫反應：

　　H?SO?+SO?2?=2HSO??，K=1.81×10? (53)

　　H?SO?+2SO?2?=2HSO??+SO?2?，K=1.47×101? (54)

　　(3)在水系統進行SO?2?去除與HSO??再生

　　2HSO??+SO?2?+Ca(OH)?=2SO?2?+CaSO?·2H?O↓，K=7.39×1012 (55)

　　2HSO??+Ca(OH)?=SO?2?+CaSO?·0.5H?O↓+1.5H?O，K=7.49×101? (56)

　　3CaSO?·0.5H?O+3H?O+O?=2CaSO?·2H?O，K=3.08×10?2 (57)

　　6.增強型石灰——石膏脫硫工藝流程

　　6.1.介質要求

　　(1)工藝水要求

　　(A)[Cl?]≤100mg/L；

　　(B)懸浮物顆粒粒徑小于20μm，懸浮物濃度≯5mg/L；

　　(C)壓力不小于0.3MPa，由甲方負責引至吸收塔島；

　　(D)工藝水管路采用PPR材質。

　　(2)脫硫吸收劑要求

　　(A)CaO≥80%；

　　(B)粒度≤100目(150μm)過篩；

　　(3)增強劑與脫硝催化劑等由我公司提供技術保障。

　　6.2.工藝流程圖

圖 61 增強型石灰——石膏脫硫工藝流程圖

　　注2：WETCCAR脫硝催化劑，若感興趣，我們另行敘述。

　　6.3.工藝流程與系統組成

　　(1)煙氣預處理模塊

　　(2)二氧化硫吸收模塊

　　(3)高效除霧模塊

　　(4)吸收液再生模塊

　　(5)吸收液循環模塊

　　(6)自動控制模塊

　　(7)石膏分離模塊

　　(8)氯離子分離模塊

　　注3：(1)~(6)項為必選項，(7)~(8)項為可選項。

　　6.3.1.煙氣預處理模塊

　　煙氣預處理模塊用于除去煙氣中的粉塵，煙氣從燃煤鍋爐出來后，用重力沉降室、多管旋風除塵器、布袋除塵器除塵，經引風機去吸收系統。

　　6.3.2.二氧化硫吸收模塊

　　(1)煙氣進入吸收塔，均勻地分布在吸收塔的整個斷面上。

　　(2)在吸收塔內二氧化硫被吸收液吸收形成亞硫酸鹽，部分亞硫酸鹽被氧化成硫酸鹽。

　　6.3.3.高效除霧模塊

　　(1)在吸收塔噴淋區域與煙囪之間安裝有高效除霧器，除去煙氣的酸霧和粉塵，最終達到標準；

　　(2)高效除霧器也有脫硫作用；

　　(3)除霧器沖洗由控制模塊自動控制。

　　6.3.4.吸收液再生模塊

　　典型的吸收液再生工藝流程如圖 62。也可以根據客觀實際作出修改。

　　(1)噴入吸收系統的脫硫吸收液通過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，石膏沉淀由石膏分離模塊分離。

　　(3)吸收液再生模塊的各個水池之間適當處理，使沉淀物不進入循環水池。

　　(4)吸收液自流到循環水池，用水泵送到吸收塔去脫硫。

圖 62 典型的吸收液再生工藝流程

　　6.3.5.吸收液循環模塊

　　(1)吸收液自流到循環水池，經過濾器后用水泵送到吸收塔去完成脫硫、除塵、除霧等任務；

　　(2)精細過濾器反沖用工控機自動控制；

　　(3)循環水池水位可自動補償。

　　(4)增強劑由于用量較少，采用滴加方式控制。

　　6.3.6.三電一體化自動控制自動控制模塊

　　(1)控制機單動操作和現場單動操作；

　　(2)脫硫系統系統連鎖控制；

　　(3)設備啟停狀態顯示，閥門開閉狀態顯示；

　　(4)布袋除塵器、除霧器或過濾器反吹/沖邏輯控制；

　　(5)吸收液pH值顯示與自動控制；

　　(6)煙氣溫度、布袋除塵器阻力等顯示與異況報警；

　　(7)并聯設備選擇功能；

　　(8)pH值、反吹/沖以及其他需要的工藝參數設定等；

　　(9)存儲記憶功能：石灰給料量、CEMS傳過來的參數。

　　6.3.7.石膏分離模塊

　　(1)沉淀池內的石膏沉淀，用漿液泵送到壓濾機分離；

　　(2)壓濾機分離得到的廢水回到沉淀池；

　　(3)壓濾機分離得到的石膏，對于磚窯、水泥、礦渣微粉、陶瓷等行業，可以直接把石膏作為原料會用，其他行業可以外銷。

　　6.3.8.氯離子分離模塊

　　(1)采用我公司專有技術，將Cl?從吸收液分離出來，避免Cl?無限富集，造成脫硫脫硝的故障：

　　(A)Cl?使脫硫系統中引起腐蝕，抑制石灰的溶解，影響吸收劑再生；

　　(B)Cl?使石膏中的石灰石含量增加及脫水困難影響品質；

　　(C)Cl?使循環系統電耗增加成本升高；

　　(D)因此最好有氯離子分離模塊。

　　(2)具體設計根據業主工廠詳實情況作設計。

　　7.脫硫成本比較

表 7-1 脫硫成本比較的基本條件假設

表 7-2 脫硫成本對比

　　注4：普通石灰法、鈉鈣雙堿法、氧化鎂法、石灰石法維護費用均較高，主要原因在于它們都容易堵塞，表上未做對比。

　　注5：相對成本以普通石灰法為100%。

　　注6：我公司增強石灰石膏法工程案例的實際運行的最低液氣比1。

　　8.增強型石灰——石膏脫硫部分業績