生石灰成分中氧化鈣含量對脫硫脫硝效率的影響

潘夢雅，李玉嬌，陸偉星，喬 軍，張千峰

(1 安徽工業大學分子工程與應用化學研究所，安徽 馬鞍山 243002；2 南京梅山鋼鐵有限公司，江蘇 南京 210039)

生石灰的主要成分是氧化鈣(CaO)，生石灰遇水反應生成熟石灰(主要成分Ca(OH)2)，可以吸收煙氣中的二氧化硫和高價態的氮氧化物，是脫硫脫硝工藝中的重要原料[1-2]。其中，在固定床反應器中使用鈣基吸收劑同時進行脫硫脫硝實驗研究中發現：當氣體組分中含有SO2時會顯著提高反應初期NOx的脫除率，且只有使用鈣基吸收劑時，SO2對NOx的吸收才會有促進作用[3]。而在同樣使用固定床翻反應器同時進行脫硫脫硝的研究中，研究人員發現NO2與鈣基吸收劑表面的脫硫產物CaSO3發生反應生成CaSO4，該反應同樣只有在使用鈣基吸收劑時才會發生[4]。也有相關人員針對SO2對鈣基吸收劑吸收NOx的影響進行了實驗研究，結果表明，當煙氣中SO2濃度的升高可促進鈣基吸收劑對NOx的吸收[5]。鈣基吸收劑主要是生石灰，根據國家工業氧化鈣行業標準[6](HGT4205-2011)可知，工業氧化鈣中氧化鈣含量在85%以上屬于Ⅳ類產品，可用于煙氣脫硫脫硝。目前生石灰中氧化鈣(CaO)和氫氧化鈣(Ca(OH)2)的含量對脫硫脫硝的效率的影響相關研究與調查分析較少，不能明確CaO含量偏差對脫硫脫硝超凈排放的不穩定性以及脫硫灰產物其復雜性的影響。某公司臭氧脫硝工藝采用的是生石灰作為吸收劑，吸收氧化過后的氮氧化物和二氧化硫，為進一步提高脫硫脫硝的效率，本論文初步調查了生石灰中主要成分氧化鈣(CaO)含量對其影響情況。

1 實 驗

1.1 試劑與設備

300 g/L蔗糖溶液；0.5 mol/L鹽酸標準滴定溶液；10 g/L酚酞指示液。

X-射線粉末衍射儀，D8ADVANCE德國布魯克公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 生石灰主要成分測定

從某公司脫硫脫硝現場取7組所使用不同批次的生石灰原料樣品，并從各組經過相同條件干燥的樣品中選取等量的試樣進行XRD檢測。

1.2.2 生石灰中氧化鈣含量測定：蔗糖法

(1)分別準確稱取0.5 g 經過干燥的生石灰樣品7份，各置于同等型號250 mL錐形瓶中，并分別加入50 mL除去二氧化碳的蒸餾水(加熱煮沸冷卻)及50 mL蔗糖溶液，同時用磁力攪拌器各攪拌15 min后，再加入2～3滴酚酞指示劑，用已經配制好的鹽酸標準溶液滴定上述溶液，使其各錐形瓶中現象從紅色變為無色，且30 s內不返色，分別記錄7組鹽酸標準溶液消耗的體積數。同時各做7組空白實驗。

(2)計算方式

氧化鈣質量分數按以下公式計算：

式中：V——實驗所消耗的鹽酸標準溶液滴定體積，mL

V0——空白實驗所消耗的鹽酸標準溶液滴定體積，mL

c——鹽酸標準溶液濃度的準確數值，mol/L

m——樣品質量的數值，g

M——氧化鈣(1/2CaO)摩爾質量的數值(M1=28.04)，g/mol

取三次平行測定結果的算術平均值為結果，平行測定結果的絕對差值應不大于0.3%。

(3)為探究生石灰樣品中氧化鈣含量對脫硫脫硝效率影響，因此，在工藝運行中，保持其它條件相同，使用不同批次的上述7組生石灰作為吸收劑原料，監測氮氧化物和二氧化硫的進出口數據并記錄，計算出脫硫和脫硝效率。

2 結果與討論

2.1 生石灰樣品XRD數據分析

7組生石灰樣品的XRD圖譜如圖1所示。

圖1 樣品的XRD譜圖

從圖1的XRD 譜圖中可以看出，生石灰樣品中的物相主要有三種：碳酸鈣、氫氧化鈣和氧化鈣。且生石灰樣品1#中含有碳酸鈣含量較多，樣品2#、3#、4#、5#、6#、7#中碳酸鈣含量較少，且氧化鈣和氫氧化鈣含量較多，其中氫氧化鈣應是氧化鈣放置在空氣中因吸收水蒸氣而受潮形成的。

2.2 生石灰樣品中氧化鈣含量測定及SO2、NOx進出口數據分析

表1 生石灰樣品分析結果及SO2、NOx的脫除情況表

根據上述氧化鈣含量檢測實驗測定七組生石灰樣品，每組生石灰樣品測定三組數據，最終含量以CaO計，取其平均值；監測氮氧化物和二氧化硫的進出口數據并記錄，計算出脫硫和脫硝效率。最終所得數據如表1所示。

由表1可知，不同批次的生石灰樣品中氧化鈣含量差別較大，其對應的脫硫脫硝效率也有較大浮動的變化，因此，根據上述數據得出圖譜如圖2所示。

圖2 氧化鈣含量對脫硫脫硝影響

從圖2可以看出，使用氧化鈣含量較高的生石灰樣品脫硫，其脫硫脫硝效率提高，使用氧化鈣含量較低的生石灰樣品脫硫，其脫硫脫硝效率會降低。

3 結 論

文中通過不同氧化鈣含量的生石灰進行工藝生產，結合現場檢測的數據分析得出，當氧化鈣含量較高時，脫硫脫硝效率較高，脫硫脫硝副產物中碳酸鈣含量較少；當氧化鈣含量較少時，脫硫脫硝效率較低，脫硫脫硝副產物中碳酸鈣含量較多。當氧化鈣含量低于80%時，隨著氧化鈣含量增加脫硫效率增幅較大；當氧化鈣含量高于80%時，隨著氧化鈣含量增加脫硫效果趨于增幅較小。因此，某公司采用生石灰作為吸收劑吸收氮氧化物及二氧化硫時，應選擇氧化鈣含量為80%左右的生石灰來提高吸收效率，同時可降低吸收劑的使用成本。