鈣基強堿—石膏濕法煙氣脫硫改進工藝探討

梁 磊

（江蘇一環集團有限公司，江蘇 宜興 214206）

其它

鈣基強堿—石膏濕法煙氣脫硫改進工藝探討

梁 磊

（江蘇一環集團有限公司，江蘇 宜興 214206）

模擬石灰石—石膏濕法煙氣脫硫工藝設計的鈣基強堿—石膏濕法煙氣脫硫工藝，較多存在塔內漿液運行pH值高、亞硫酸鈣難以氧化及石膏脫水困難等缺陷問題。分析了問題產生的主要原因為脫硫效率和氧化效率之間的矛盾，從技術角度分析，提出單塔雙區、雙塔及氧化塔3種改進工藝，均能較好地消除這一矛盾。從經濟角度分析，氧化塔工藝可大大節約投資及運行費用，在3種工藝中具有明顯的優勢。

濕法脫硫；鈣基強堿；雙塔；氧化塔

鈣基強堿是指CaO、Ca（OH）2或電石渣［1－5］等，比石灰石具有更高的溶解度和更快的溶解速率，與水配置成一定濃度的漿液，具有較高的pH值（最高可達14左右），屬強堿性漿液。近年來，伴隨燃煤鍋爐煙氣脫硫工程的上馬，一些專業技術人員模擬石灰石—石膏濕法煙氣脫硫工藝，嘗試將鈣基強堿用作濕法煙氣脫硫系統的脫硫劑，以較低的液氣比實現較高的脫硫效率，試圖降低系統投資及運行能耗，但實際運行過程中，普遍存在一些問題［6－8］。本文分析了問題產生的主要原因，提出相應的改進工藝，為今后工程設計及應用提供參考。

1 運行問題

石灰石—石膏濕法煙氣脫硫工程應用案例較多，很多學者及工程技術人員對其進行了大量詳細深入的研究，設計及運行經驗較為豐富，工藝成熟。鈣基強堿—石膏濕法煙氣脫硫工藝相關研究較少，大多效仿石灰石—石膏濕法煙氣脫硫工藝，設計及運行經驗匱乏，認識上存在不足。鑒于兩種工藝脫硫及氧化機理存在較大差異，鈣基強堿—石膏濕法煙氣脫硫工藝普遍存在以下幾方面運行問題。

1.1 漿液運行pH值高

原煙氣SO2含量為4 000 mg／Nm3左右時，采用石灰石—石膏濕法煙氣脫硫工藝，要達到95%～98%的脫硫效率，需選取20 L／Nm3左右的液氣比，脫硫漿液運行pH值能夠控制在5.2～6.0，呈酸性。若采用鈣基強堿—石膏濕法煙氣脫硫工藝，僅需8 L／Nm3左右的液氣比便可達到同等脫硫效率，但脫硫漿液的運行pH值較高［9－10］，通常在7.5～9.0，甚至更高，呈堿性。若降低脫硫漿液運行pH值至酸性，則脫硫效率大幅度下降，很難滿足環保排放要求。保證脫硫煙氣達標排放的情況下，鈣基強堿—石膏濕法煙氣脫硫工藝較之石灰石—石膏濕法煙氣脫硫工藝，可節約50%～60%的液氣比，但脫硫漿液需要較高的運行pH值。

1.2 亞硫酸鈣難以氧化

堿性環境下，SO2與Ca（OH）2漿液發生強烈的酸堿中和反應，反應較為迅速，主要反應方程式如下：

反應副產物CaSO3·1／2H2O為難溶性固體沉積物，堿性環境下溶解度極低，脫硫漿液幾乎不能電離出離子，而氧化反應為O2與子之間的化學反應，由于體系缺乏離子，氧化反應無法進行。因此，模擬石灰石—石膏濕法煙氣脫硫工藝，采取強制氧化的方式不具有科學性，進入脫硫漿液中的氧化空氣僅起到氣力攪拌作用，而幾乎沒有氧化作用。

1.3 副產物脫水困難

圖1 兩種工藝脫水副產物

石灰石—石膏濕法煙氣脫硫工藝副產物脫水石膏呈淺黃色（如圖1（a）），含水率在10%以下，可用作水泥、建材等行業的添加劑。鈣基強堿—石膏濕法煙氣脫硫工藝脫水副產物含水率很高，粘性大，難以外運處理。脫水副產物呈乳白色（如圖1（b）），含有較多未反應完全的鈣基強堿脫硫劑。正常石膏脫水濾餅厚度約為2～3 cm，效仿石灰石—石膏濕法煙氣脫硫工藝的鈣基強堿—石膏濕法煙氣脫硫工藝，副產物脫水濾餅厚度僅為0.5 cm，與正常值差距較大，真空皮帶脫水機的處理能力遠遠不能滿足運行要求。大部分采用鈣基強堿—石膏濕法煙氣脫硫工藝的電廠，脫硫副產物僅采用旋流器進行固液分離，溢流返回脫硫系統，底流拋棄處理，后續二級真空皮帶脫水機系統較多處于停運狀態，造成脫硫系統水耗、脫硫劑等資源的浪費，并帶來二次污染。

2 改進工藝

根據亞硫酸平衡曲線（如圖2）［11］，漿液中的pH值在4.5～6.5時，H2SO3離解成呈遞減趨勢，石灰石—石膏濕法煙氣脫硫工藝典型的運行pH值為5.0～6.0，漿液中的SO2大部分是以的形式存在，主要發生如下氧化反應：

圖2 亞硫酸平衡曲線

2.1 單塔雙區工藝

單塔雙區工藝是將SO2分2個階段完成吸收，工藝流程如圖3所示。100%原煙氣進入脫硫塔，首先經過一級噴淋區，去除小部分的SO2，然后經一級除霧器除霧后，進入二級噴淋區，去除大部分的SO2，凈煙氣經兩級除霧器除霧后，進煙囪排放。一級噴淋區設置兩層噴淋，循環漿液落入塔內循環池，漿液運行pH值控制在4.5～5.2，利于脫硫副產物氧化結晶，得到品質較好的石膏副產物；二級噴淋區設置3層噴淋，循環漿液通過集液斗落入塔外循環池，漿液運行pH值控制在7.5～9.0，甚至更高，脫硫效率較高。塔外循環池和塔內循環池漿液密度分別控制在1 050 kg／m3和1 080 kg／m3左右，塔外循環池漿液密度增大時，漿液排入旋流器，底流進入塔內循環氧化池，溢流返回塔外循環池脫硫；塔內循環池漿液密度增大時，排至石膏脫水系統。

2.2 雙塔工藝

雙塔工藝與單塔雙區工藝原理及運行控制方式一致，是將二級噴淋區及塔外循環池設置在二級吸收塔內，工藝流程如圖4所示。一級吸收塔設置2層噴淋層，一級除霧器，二級吸收塔設置3層噴淋層，兩級除霧器，一級吸收塔和二級吸收塔通過煙道連接。

2.3 氧化塔工藝

氧化塔工藝如圖5所示，原理是將大部分（約70%）原煙氣通入吸收塔與鈣基強堿漿液反應，吸收煙氣中的SO2后，凈煙氣經煙囪排放。鈣基強堿漿液在吸收塔內吸收SO2后成為脫硫漿液，小部分（約30%）原煙氣經增壓風機送入氧化塔，氧化塔設二層噴淋，一級除霧，利用原煙氣中的酸酐或氣態酸溶解于水形成酸性漿液，將氧化塔內的漿液pH值調整至酸性（4.5～5.2），再向氧化塔底部漿池內通入氧化空氣進行脫硫副產物的強制氧化，生成脫水較好的石膏，氧化塔出口煙氣進入脫硫塔。塔內漿液密度及pH值的控制原理與單塔雙區和雙塔工藝均類似。

3 改進工藝對比分析

圖3 單塔雙區工藝流程

圖4 雙塔工藝流程

圖5 氧化塔工藝流程

單塔雙區工藝、雙塔工藝及氧化塔工藝均設有2級循環，2級循環各自又有獨立的循環漿池及噴淋層，根據2級循環功能的不同，控制每級循環不同的運行參數，即不同的漿液pH值和密度，為不同工藝階段創造適宜的漿液環境，更為科學合理的控制工藝反應過程，充分利用鈣基強堿低液氣比高效脫硫的技術優勢，節約循環泵運行電耗的同時，副產物石膏能較好地脫水。單塔雙區工藝、雙塔工藝增設全煙氣通過的一級循環系統，系統總阻力較之單級循環系統增加1倍左右，由此帶來的引風機電耗較大。氧化塔工藝僅利用小部分原煙氣通過氧化塔實現副產物氧化，可大大節約設備投資及運行費用，在3種工藝中具有明顯的經濟優勢。

4 結論

根據鈣基強堿—石膏濕法煙氣脫硫系統實際運行經驗，原煙氣SO2含量較低（約2 500 mg／Nm3）時，采用較大液氣比（約18 L／Nm3），塔內漿液能夠控制在低pH值（約6.0）環境下運行，可兼顧脫硫效率，副產物氧化和石膏脫水，但一方面液氣比的增大，要求更大流量的循環泵，運行電耗增大；另一方面，漿液的運行pH值通常在6.0以上，偏離最佳氧化pH值（約4.5）較多，因此需要更大風量的氧化風機實現副產物的氧化結晶，進一步增加了運行電耗。當原煙氣SO2含量較高（3 000 mg／Nm3以上）時，僅靠增加液氣比，塔內漿液也很難控制在低pH值（酸性）環境下運行，否則，脫硫效率明顯下降。以上分析可知，鈣基強堿—石膏濕法煙氣脫硫工藝設計不可盲目模擬石灰石—石膏濕法煙氣脫硫工藝。從技術角度分析，單塔雙區、雙塔及氧化塔3種工藝均能實現低液氣比高效脫硫，確保副產物較好的氧化和脫水，但氧化塔工藝具有明顯節約投資及運行費用的經濟優勢。

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Discussion on Flue Gas Desulphurization Improved Process Based on Calcium Alkali?Gypsum Wet Method

LIANG Lei
（JiangsuYihuan Group Co.，Ltd.，Yixing，Jiangsu 214206，China）

There are a lot of problems of calcium alkali?gypsum wet for flue gas desulfurization process which simulates limestone?gyp?sum wet for flue gas desulfurization process，the defects are cluding more high operation slurry pH value in tower，calcium sulfite diffi?cult to oxidation and hard gypsum dehydration problems.The main reason of the problems for the contradiction between desulfurization efficiency and oxidation efficiency are analyzed.From a technical perspective，three improved processes（the single?tower double areas，double towers and oxidation tower）which can eliminate this contradiction are put forward.From an economic perspective，oxida?tion tower technology can greatly save investment and operation cost and have obvious advantages in three processes.

Wet desulphurization；Calcium alkali；Double tower；Oxidation tower

X701.3

A

1004－7913（2016）09－0049－04

梁 磊（1984—），男，碩士，工程師，主要研究方向為煙氣脫硫、脫硝新技術研發及工程設計。

2016－05－21）