對改性飛灰煙道循環(huán)噴射脫硫脫NH3 的研究

姚國瑞，李自尚，路文月，陳明月，齊立強(qiáng)

（1.河北中科朗博環(huán)保科技有限公司，石家莊 050050；2.華北電力大學(xué)，河北 保定 071000）

多項(xiàng)研究表明[1-4]，超低排放改造后NOx濃度分布均勻性差，氨逃逸超標(biāo)等問題日益突出，而且SCR脫硝催化劑可將部分SO2氧化成SO3，增加了對后續(xù)設(shè)備的腐蝕風(fēng)險(xiǎn)[5，6]。本文設(shè)計(jì)了一種飛灰循環(huán)改性及煙道噴射裝置，設(shè)置飛灰酸、堿改性槽，由灰斗取一定量電除塵器捕集的飛灰經(jīng)管道循環(huán)至飛灰改性槽，在改性槽中利用不同類型酸或堿對循環(huán)回的飛灰進(jìn)行改性，繼而利用噴射裝置將改性后的飛灰均勻噴入煙道中，使酸改性或堿改性飛灰與煙氣中堿性氣體或酸性氣體發(fā)生中和反應(yīng)，從而減輕酸堿性氣體對后續(xù)除塵器及脫硫系統(tǒng)等設(shè)備的腐蝕，也可避免氨逃逸。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

飛灰循環(huán)改性及煙道噴射系統(tǒng)流程如圖1 所示。

圖1 飛灰循環(huán)改性及煙道噴射系統(tǒng)示意圖

系統(tǒng)包括煙道、改性飛灰計(jì)量噴射裝置、循環(huán)飛灰改性槽。改性飛灰計(jì)量及噴射裝置一端由電除塵器入口煙道接入，根據(jù)煙氣中需要處理的有關(guān)氣體成分的含量，定量噴射改性飛灰。噴射裝置可保證改性飛灰均勻噴入煙道中，使改性飛灰與煙氣中酸性氣體或堿性氣體反應(yīng)更加完全。改性飛灰計(jì)量及噴射裝置另一端與飛灰改性槽A 和B 相連，在兩個(gè)改性槽中分別實(shí)現(xiàn)飛灰的酸改性及堿改性。改性槽分別連接電除塵器灰斗及外加飛灰補(bǔ)充倉，用以實(shí)現(xiàn)飛灰自身循環(huán)利用及飽和后補(bǔ)充外購飛灰。對飛灰進(jìn)行酸改性或堿改性后，大幅增加飛灰比表面積，利于其吸附煙氣中有關(guān)成分，使飛灰表面呈現(xiàn)堿性或者酸性，其與煙氣中酸性氣體或堿性氣體反應(yīng)，從而減少氣體對電除塵器的腐蝕及煙氣中的氨逃逸。

為驗(yàn)證改性飛灰對煙氣中SO2和NH3的脫除效果，在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行了相關(guān)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。

2 飛灰改性及吸附原理

2.1 飛灰酸改性原理

酸改性是將酸性物質(zhì)HCl、H2SO4等與飛灰混合反應(yīng)。加入酸溶劑，不但能打開飛灰中的孔穴，還能生成大量新的微細(xì)小孔，使飛灰比表面積大幅增加，并且與SiO2、Al2O3作用分別生成水合硅膠和水合鋁鹽及硅鋁凝膠等活性吸附物質(zhì)，而且加酸可以破壞飛灰的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，釋放出大量的A13+、Fe3+和H2SiO3等成分，A13+、Fe3+可起絮凝沉降作用，H2SiO3可捕收懸浮顆粒，起到混凝吸附架橋作用。

2.2 飛灰堿改性原理

堿有助于含硅、鋁材料的分解，使飛灰表面的二氧化硅發(fā)生化學(xué)解離而生成帶負(fù)電荷的活性基團(tuán)。此反應(yīng)還導(dǎo)致Si-O 和A1-O 四面體結(jié)構(gòu)的鍵松弛，繼而反應(yīng)向深度發(fā)展，使整個(gè)Si-O 和A1-O 四面體結(jié)構(gòu)發(fā)生紊亂，活性內(nèi)核暴露，飛灰表面粗糙度、表面能增加，吸附能力增強(qiáng)。

2.3 改性飛灰吸附原理

飛灰本身含有氧化鈣成分和一些未燃盡的炭，所以對煙氣污染物，尤其是SO2有一定的吸附能力。飛灰是一種多孔物質(zhì)且比表面積較大，具有一定的活性基團(tuán)，因此飛灰本身就具有吸附能力。雖然理論上原狀飛灰具有一定去除煙氣中污染物的能力，但研究表明，原狀飛灰的處理效果并不理想，不足以在工業(yè)中實(shí)現(xiàn)應(yīng)用。而改性后的飛灰，因其孔穴打開，比表面積增加，可以提供更多的吸附位點(diǎn)，使其吸附能力大大提高，并且在改性過程中飛灰中部分組分會與酸或堿反應(yīng)，生成活性吸附物質(zhì)，進(jìn)一步提高改性飛灰吸附性能[7-13]。

3 改性飛灰吸附實(shí)驗(yàn)

3.1 改性飛灰制備

本實(shí)驗(yàn)所用飛灰取自華北地區(qū)某電廠。取原狀飛灰進(jìn)行篩選，用160 目的分樣篩篩分，取篩下部分，然后在研缽中磨細(xì)備用。將研磨后的飛灰以10g 為一組分別倒入各錐形瓶中，再用量筒稱取一定量酸或堿分別倒入各錐形瓶中，然后將錐形瓶置于磁轉(zhuǎn)子攪拌儀上攪拌。攪拌后用真空泵抽濾，然后在110℃下干燥2h。

3.2 吸附實(shí)驗(yàn)裝置

氣體吸附實(shí)驗(yàn)裝置如圖2 所示。實(shí)驗(yàn)用的氣體經(jīng)緩沖瓶, 用轉(zhuǎn)子流量計(jì)計(jì)量氣量進(jìn)入混氣瓶, 與空氣充分混合后, 混合氣先通過1 通路進(jìn)入采樣口測量SO2或NH3進(jìn)氣濃度后排放，接著關(guān)閉1 通路閥門、打開2 通路閥門，混合氣由2 通路進(jìn)入裝有改性粉煤灰的吸附柱中，經(jīng)吸附后的氣體進(jìn)入煙氣分析儀測量吸附柱出口濃度，然后氣體進(jìn)入尾氣排放裝置。

圖2 氣體吸附實(shí)驗(yàn)裝置圖

3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3.3.1 改性飛灰脫硫?qū)嶒?yàn)

參照燒結(jié)煙氣進(jìn)入電除塵器的相關(guān)參數(shù)，模擬煙氣條件為煙氣溫度110℃、SO2濃度1000mg/m3、氣體流速300L/h，考察改性飛灰脫硫效率隨時(shí)間的變化情況，結(jié)果如圖3 所示。

圖3 改性飛灰脫硫效率隨時(shí)間的變化情況圖

由圖3 可以看出，改性飛灰的脫硫性能很好，在脫硫反應(yīng)進(jìn)行到10min 時(shí)，脫硫效率基本可以達(dá)到100%，脫硫反應(yīng)進(jìn)行到20min 時(shí)，脫硫效率仍可達(dá)96.5%，脫硫反應(yīng)進(jìn)行到23min 左右時(shí)，脫硫效率降到90%以下，此時(shí)認(rèn)為吸附柱床層被穿透。

3.3.2 改性飛灰脫NH3實(shí)驗(yàn)

模擬煙氣條件除將SO2改變?yōu)?mg/m3的NH3外，其他條件與脫硫?qū)嶒?yàn)時(shí)相同，考察改性飛灰脫硫效率隨時(shí)間的變化情況，結(jié)果如圖4 所示。

圖4 改性飛灰脫NH3 效率隨時(shí)間的變化情況圖

由圖4 可以看出，在氨逃逸濃度不高的情況下，改性飛灰的脫NH3性能很好，在脫NH3反應(yīng)進(jìn)行到40min 時(shí)，脫NH3效率仍然可以達(dá)到95%以上，反應(yīng)進(jìn)行到50min 左右時(shí)，脫NH3效率降到90%左右，認(rèn)為此時(shí)吸附柱床層被穿透。

4 結(jié)語

改性后的飛灰對煙氣中的SO2和NH3的吸收實(shí)驗(yàn)表明，改性飛灰具有較好的脫硫和脫NH3效率。本文所設(shè)計(jì)的飛灰循環(huán)改性系統(tǒng)及煙道噴射系統(tǒng)，通過將電除塵器灰斗中的部分飛灰取出，將其送至飛灰改性槽進(jìn)行酸改性或堿改性后，根據(jù)實(shí)際煙氣中需要吸附的堿性或酸性氣體成分的含量，計(jì)算出改性飛灰的用量后，利用計(jì)量及噴射裝置定量均勻地將改性后的飛灰噴入煙道中，使改性飛灰與煙氣中酸性氣體或堿性氣體發(fā)生反應(yīng)，從而有效減輕后續(xù)電除塵器及脫硫設(shè)備的腐蝕及煙氣中的氨逃逸。