雙堿法脫硫工藝在錦華鍋爐房改造中的應用

【摘 要】錦華鍋爐房建于1999年，燃料為煤，脫硫工藝采用的文丘里水膜除塵器。2013年對鍋爐排放的煙氣及SO2濃度進行檢測，檢測結果SO2濃度為1080mg/m3，遠遠超出了《山東省鍋爐大氣污染物排放標準》（DB37/2374-2013）規定，標準規定現有企業7MW以上燃煤鍋爐及燃水煤漿鍋爐SO2排放濃度控制標準為300 mg/Nm3。到2015年1月1日起，現有企業7MW以上燃煤鍋爐及燃水煤漿鍋爐SO2排放濃度控制標準為200 mg/Nm3。

【關鍵詞】雙堿法脫硫；脫硫效率；脫硫原理

一、煙氣治理目標

《鍋爐大氣污染物排放標準》GB13271-2001中規定二類區SO2排放濃度≤900mg/Nm3標準。隨著環保要求越來越嚴格，《山東省鍋爐大氣污染物排放標準》（DB37/2374-2013）規定，自2013年9月1日起，現有企業7MW以上燃煤鍋爐及燃水煤漿鍋爐SO2排放濃度控制標準為300 mg/Nm3。到2015年1月1日起，現有企業7MW以上燃煤鍋爐及燃水煤漿鍋爐SO2排放濃度控制標準為200 mg/Nm3。

目前，山東省燃煤鍋爐房的SO2排放水平已不能滿足新的排放標準，根據《中華人民共和國大氣污染防治法》，第四十八條規定“向大氣排放污染物超過國家和地方規定排放標準的，應當限期治理”。因此必須實施鍋爐煙塵脫硫設施改造工程，確保鍋爐SO2達到排放標準要求。

山東省大部分地區鍋爐房燃燒的煤，煙塵初始排放濃度為≤1800mg/Nm3，二氧化硫初始排放濃度≤2000 mg/Nm3，要求脫硫效率要≥90%。

二、常用脫硫工藝介紹

（一）各種脫硫工藝介紹

目前，主要用于煙氣脫硫工藝按形式可分為干法、半干法和濕法三大類。一、干法：干法常用的有爐內噴鈣（石灰/石灰石），金屬吸收等，干法脫硫屬傳統工藝，脫硫率普遍不高（<50%），工業應用較少；二、半干法：半干法使用較多的為塔內噴漿法，即將石灰制成石灰漿液，在塔內進行SO2吸收，但由于石灰獎溶解SO2的速度較慢，噴鈣反應效率較低，Ca/S比較大，一般在1.5以上，應用也不是很多；三、濕法：濕法脫硫為目前使用范圍最廣的脫硫方法，占脫硫總量的80%。濕法脫硫根據脫硫的原料不同又可分為石灰石-石膏法、鈉堿法、鈉鈣雙堿法、金屬氧化物法、堿性硫酸鋁法等。每一種成熟的脫硫技術都有其特點，適用于不同的脫硫環境和要求。應依據具體的標準要求、現場情況、脫硫劑供應和鍋爐規模及燃煤含硫多少，結合脫硫技術特點，選擇投資省、技術成熟完善、運行安全可靠費用低、占地面積較小和無二次污染的實用技術。

各種脫硫工藝的綜合對比見表2.1-1

表2.1-1 脫硫工藝綜合比較表

三、脫硫工藝確定

由表2.1-1可以看出，表中的脫硫工藝的效率均可達到治理目標的要求即脫硫效率要≥90%。

氧化鎂法及鈉堿法由于存在種種缺陷，在國內應用相對較少。

鈉鈣雙堿法脫硫技術，與石灰石-石膏法相比，其吸收接觸方式為氣液接觸而不是氣固接觸，吸收反應界面更大，反應速度快，脫硫率可高達95%，吸收劑利用效率高，設備體積遠小于石灰石-石膏法。由于吸收劑為具有可溶性的鈉鹽而不是易沉淀的鈣鹽，吸收系統內不生成沉淀物，沒有結垢和堵塞問題，而且設備投資低。吸收劑雖然為鈉鹽，但可用鈣鹽進行再生，循環使用，脫硫劑費用較低。

因此，在鍋爐房脫硫改造中首選鈉鈣雙堿法脫硫工藝。

四、雙堿法脫硫在錦華鍋爐房改造中的應用

鈉鈣雙堿法是以氫氧化鈉溶液為第一堿吸收煙氣中的S02，然后再用石灰作為第二堿，處理吸收液，再生后的吸收液送回吸收塔循環使用。雙堿法的反應機理如下：

（一）吸收反應

2NaOH+ SO2 —— Na2SO3+ H2O

Na2CO3+ SO2 —— Na2SO3+CO2

Na2SO3+ SO2+H2O -—— 2NaHSO3

該過程中由于使用鈉堿作為吸收液，因此吸收系統中不會生成沉淀物。此過程的主要副反應為氧化反應，生成Na2SO4：

2Na2SO3+ O2 —— 2Na2SO4

（二）再生過程（用石灰漿液）

CaO+H2O—— Ca（OH）2

2NaHSO3 + Ca（OH）2 —— Na2SO3+CaSO3﹒1/2H2O

Na2SO3+ Ca（OH）2 ——2NaOH+CaSO3﹒1/2H2O

再生后所得的NaOH液送回吸收系統使用。所得半水亞硫酸鈣可經氧化生成石膏（CaSO4﹒2H2O）。

此外，在運行過程中，還有副反應-氧化反應發生：

2CaSO3﹒1/2H2O+O2+3H2O —— 2CaSO4﹒2H2O

雙堿法煙氣脫硫工藝系統主要由煙氣系統、SO2吸收系統、脫硫液再生、脫硫劑制備系統、脫硫渣處理系統、工藝水系統組成。各系統介紹如下：

圖1：雙堿法脫硫工藝流程圖

1、煙氣系統

煙氣系統具體流程為：熱煙氣自鍋爐出來后經布袋除塵器除塵后，由引風機輸送進入吸收塔，向上流動穿過噴淋層，煙氣中的SO2等污染物被脫硫液吸收。經過噴淋洗滌后的煙氣，經除霧器除去水霧后，通過煙道進入煙囪排空。從吸收塔到煙囪之間的煙道上分別設有溫度檢測、壓力檢測等監測儀表。

2、SO2吸收系統

煙氣進入吸收塔內向上流動，脫硫液中的氫氧化鈉與從煙氣中捕獲的SO2、SO3、HF、HCI等發生化學反應，生成亞硫酸鈉和亞硫酸氫鈉等物質，同時消耗了作為吸收劑的氫氧化鈉。脫硫并除塵后的凈煙氣通過除霧器除去氣流中夾帶的霧滴后排出吸收塔。

SO2吸收系統包括以下內容：吸收塔、煙氣除霧器、吸收塔內循環等幾個部分，還包括輔助的放空、排空設施。

3、脫硫液系統

脫硫液在脫硫塔內與二氧化硫充分接觸、反應后，部分脫硫液在塔內實現內循環，部分溶液通過排出進入再生池，與來自石灰漿液罐中的石灰漿液進行再生反應。反應后進入沉淀池進行沉淀，清液流入PH調節池，經補充一定量的鈉堿液、調整PH值后，脫硫液由循環泵泵入脫硫塔循環使用，即實現脫硫液外循環。沉淀物進入脫硫渣處理系統。

4、脫硫渣處理系統

脫硫渣處理系統包括水力旋流器、真空帶式壓濾機、渣漿泵等。沉淀池出來的含固體濃度高的脫硫渣漿液由渣漿泵泵入水力旋流器，經水力旋流器濃縮的脫硫渣漿液再自流到真空帶式壓濾機，分離的水進入沉淀池，經過脫水的脫硫渣由汽車送到渣場。

5、脫硫劑制備系統

脫硫劑采用石灰和鈉堿，脫硫劑制備系統主要包括：石灰粉倉、石灰乳制備罐、鈉堿罐等。

脫硫劑制備系統流程：由密閉運石灰車運來的石灰經氣力輸送到石灰料倉中，由稱重給料機送到石灰乳制備罐，在罐中與工藝水進行混合直至達到所需的濃度。再由石灰漿液泵打入反應池中進行脫硫液再生反應。

鈉堿人工給料至鈉堿制備罐，在罐中工藝水進行混合直至達到所需的濃度，通過堿液泵輸送到PH調節池，池內循環漿液經調節到合適堿度后經漿液循環泵打入脫硫塔噴淋母管。

五、結論

隨著工業化的發展，環境污染問題已經嚴重威脅著人類自身的生存環境，制約了國民經濟的可持續發展，因此近年來國家對環保政策和環保投入都在不斷的加大力度，國家的環境意識不斷提高。

采用雙堿法脫硫工藝，可實現SO2排放總量減少，酸雨污染有所減輕，大氣污染狀況得到較好的改善。

實施該工藝有著相當的環境、經濟價值，對提高居民的生活質量、改善地區的投資環境和促進人民的安定團結都有著積極的意義。

因此，雙堿法脫硫工藝的實施具有良好的環境效益和社會效益。

【參考文獻】

[1]中國機械工業聯合會.鍋爐房設計規范GB50041-2008.中國計劃出版社.2008年北京。

[2]《工業鍋爐房實用設計手冊》編寫組.工業鍋爐房實用設計手冊.1990年7月。