雙堿法再生循環系統分析研究

陳慶榮

(煤科集團杭州環保研究院有限公司，浙江 杭州 311201)

1 引言

“雙堿法”煙氣脫硫工藝從20世紀90年代末引進，廣泛用于中小型燃煤鍋爐的煙氣脫硫，經過多次的技術改進，形成旋流板塔工藝，濃堿雙堿法工藝，雙循環雙堿法工藝，多重循環穩定雙堿法等的技術革新。

本文基于為浙江某熱電廠雙堿法煙氣脫硫系統改造項目的工程實施，提出對基礎雙堿法水循環系統的關注，通過幾個環節的改良，來分析跟水循環密切相關的幾組重要因素影響。

2 雙堿法脫硫研究現狀介紹

鈣鈉雙堿法先采用純堿或氫氧化鈉作為吸收劑吸收SO2，吸收液再用石灰進行再生，生成亞硫酸鈣和硫酸鈣的少量沉淀物，再生后的溶液返回循環池作為吸收劑再次使用，如此循環使用。液氣比選擇2～3 L/m3，塔進口pH值7～8，漿池pH值控制在10～11，這是一般雙堿法最優脫硫效果的控制指標。

隨著雙堿法技術的不斷改進和創新，吳忠標等[1]研究了旋流板雙堿法工藝，提出循環液鈉離子濃度越高，脫硫效果越好。吳忠標等還發明了濃堿雙堿法煙氣脫硫工藝[2]以縮小再生循環系統的面積和占地。司芳等[3]通過實驗提出液氣比在3 L/m3,氣溫22 ℃條件下，吸收劑鈉離子濃度0.06 mol/L，pH值7～8左右脫硫效率最佳。還有余新明[4]、潘朝群[5]等眾多專家學著都對液氣比、鈉離子濃度、pH值這幾項關鍵參數提出了各自的實驗論證。因脫硫效率這項關鍵側重點，使眾多研究人員關注了吸收劑的主要影響因素，而關注再生循環系統的相對較少。

施耀開發的雙循環雙堿法濕式脫硫裝置[6]，張紹訓發明的一種多重循環穩定雙堿法煙氣脫硫工藝[7]，提出了將吸收液循環和再生循環系統分開，進行內部循環，減少外部循環，用來緩解因再生引起的系統結垢問題。

3 運行參數研究

浙江某熱電廠雙堿法煙氣脫硫系統改造項目[8]完成后煙氣出口達標排放，再生循環系統運行正常。再生循環系統主要分為吸收液循環池，再生池，沉淀池、氧化池以及脫水系統。本系統的液氣比為2.5 L/m3，煙氣量為200000 Nm3/h，吸收液的循環量為500 m3/h。

3.1 回流比對再生循環系統的影響

再生循環系統中回流比參數是指單位時間內再生的吸收液水量與吸收液的循環量的比值。回流比直接關系到整個再生循環系統的占地與各池體的大小。循環系統是在原有基礎上進行改造，根據對整體循環系統的容積測算，將原100%的回流比調整至20%～40%(利用變頻與流量計進行精確控制)，回流比過大會影響再生系統的停留時間，進而使再生難以反應充分，而且也會導致鈉離子的過多流失。若回流比過小，為了保證脫硫效率，必須在吸收液中補充相應的氫氧化鈉/碳酸鈉，而吸收液中鈉離子濃度過高直接導致塔體及輸送管溝鈉鹽結晶的情況發生。

3.2 表面負荷對再生循環系統的影響

表面負荷主要是再生循環系統的沉淀池環節的表面負荷。為了節省運行電費，簡單操作環節，常規雙堿法一般采用平流式地下沉淀池。再生循環系統多采用自流的方式運轉，這樣各項參數的控制都并不精準，而作為沉淀區域，表面負荷是一項非常重要的影響參數。結合沉淀池原理，本項目采用豎流式沉淀池，沉淀區域pH選擇為8.5～9(考慮到可能需要投加絮凝劑和助凝劑)。根據調整進水量來測算不同表面負荷下上清液出水口濁度的大小來判定沉淀效果，表面負荷與出水濁度的關系如圖1。表面負荷在1.5 m3/(m2·h)處形成了一個明顯的拐點，因此，1.5 m3/(m2·h)的表面負荷是沉淀效果和占地面積兩方面考慮上的最佳選擇。

3.3 再生時間對再生循環系統的影響

再生時間直接關系到再生循環系統的再生環節是否充分。再生環節的是否充分直接關系到吸收液中氫氧化鈉/碳酸鈉的補充量，進而關系整個系統的運行成本。根據回流吸收液計算所需投加的氫氧化鈣用量(相對過量)，在藥劑量穩定投加的情況，分析再生時間與水中亞硫酸鹽與硫酸鹽的濃度來作為再生效果。根據實驗數據，再生15 min后曲線趨于平穩，因此可以看出，再生時間選擇15 min足夠讓氫氧化鈣與硫酸鹽和亞硫酸鹽的反應達到一定的平衡。

圖1 沉淀池表面負荷與出水濁度的關系

3.4 氧化時間對的再生循環系統影響

本系統在再生循環系統中的氧化環節設置了自動控制系統[9]，以有效控制氧化時間與氧化效率，為后續石膏的生成提供條件。氧化的是否充分會直接影響石膏的形成品質與后續脫水系統的正常運行。氧化時間又為沉淀環節得到的底渣與空氣的接觸時間，通過不斷的曝氣來實現氧化。根據對氧化實驗分析，曝氣時間在12 h內亞硫酸鹽持續被氧化，但大于12 h后氧化過程不明顯，可見曝氣停留時間在12 h左右時最佳。

4 結論

通過實驗和改造項目的現場參數研究可以得出，再生循環系統是否能夠長期穩定的運行，與回流比、再生時間、沉淀池表面負荷、氧化時間等因素都緊密相關，環環相扣，其中任一環節參數的控制不當都會使整個系統處在不良的運行狀況。

(1)回流比的大小決定了整個再生循環系統的占地和運行成本，本文只針對改造項目的現場限制條件設置了相對最佳的回流比，若不受場地限制，可根據實際計算不斷調整回流比選取更加優良的回流比，以做到用最小的運行成本得到最大的脫硫效果。

(2)表面負荷選取1.5 m3/(m2·h)可有效沉淀再生過程形成的沉淀物(主要為硫酸鈣和亞硫酸鈣等物質)，檢測上清液也會發現，鈣離子濃度也與表面負荷有一定的曲線關系，表面負荷小于1.5 m3/(m2·h)時，上清液中的鈣離子濃度相對較低，這也一定程度地緩解了吸收塔和吸收液系統的結垢問題。

(3)氫氧化鈣與硫酸鹽、亞硫酸鹽的反應較快，根據實驗數據與現場運行情況，15min的機械攪拌足以使大量的硫酸鹽與亞硫酸鹽反應并形成沉淀物質，配合相應表面負荷的沉淀池可將沉淀物質沉淀下來。

(4)亞硫酸鈣濃度高不易脫水，而且會影響石膏品質，因此氧化過程也相當重要的一個環節，本文只研究了常規曝氣的氧化過程，若投加氧化催化劑或采用氧氣曝氣等促進過程應該可以加快氧化速度，提高石膏渣中石膏的比例。

只要將回流比、再生時間、表面負荷、氧化時間等參數控制相對到位，再生循環系統可真正做到循環與再生，雙堿法脫硫工藝在濕法脫硫領域依舊可以占據一席之地，特別是在中小型鍋爐脫硫的工藝選擇中，緩解了結垢問題，而又可以降低運行成本的雙堿法完全可以是最佳選擇。