第九組雙堿法脫硫大氣ppt

雙堿法脫硫第九組引言

近年來，盡管干法和半干法煙氣脫硫技術(shù)及其應(yīng)用得到了較大的發(fā)展，但濕法煙氣脫硫技術(shù)仍是目前世界上應(yīng)用最多，也是美國環(huán)保局尤為推崇的一項煙氣脫硫技術(shù)。目前，濕法工藝中以濕式鈣法占統(tǒng)治地位，然而該技術(shù)在運行過程中存在著嚴(yán)重的設(shè)備結(jié)垢和堵塞問題。針對上述問題，發(fā)展出了鈉-鈣雙堿法（簡稱“雙堿法”）。

雙堿法煙氣脫硫技術(shù)是將氫氧化鈉或碳酸鈉溶液（第一堿）直接打入脫硫塔洗滌脫除煙氣中的SO2，脫硫產(chǎn)物為亞硫酸氫鈉和亞硫酸鈉。然后脫硫產(chǎn)物進(jìn)入再生池與石灰或石灰石（第二堿）反應(yīng)再生出氫氧化鈉，再生出的氫氧化鈉回脫硫塔內(nèi)循環(huán)使用。

2.化學(xué)原理

各階段反應(yīng)方程式如下:2.1吸收反應(yīng)

首先SO2溶解在水中并與水反應(yīng)生成亞硫酸，部分亞硫酸解離成H+、HSO3-及少量的SO32-離子。吸收液中的堿提供OH-離子，與H+離子反應(yīng)生成水而使H+離子減少。H+離子的減少促進(jìn)亞硫酸的解離和煙氣中SO2的物理溶解。

SO2

（g）→SO2（aq）

SO2（aq）+H2O→H++HSO3-

HSO3-→H++SO32-

H++OH-→H2O

起初堿過剩時，SO2與堿反應(yīng)生成亞硫酸鈉。

2NaOH+SO2→Na2SO3+H2O

Na2CO3+SO2→Na2SO3+CO2↑

待至堿耗盡而繼續(xù)從煙氣中吸收SO2時，則生成亞硫酸氫鈉。

Na2SO3+SO2+H2O→2NaHSO3

2.2再生反應(yīng)

2NaHSO3+CaCO3→Na2SO3+CaSO3·1/2H2O↓+CO2↑+1/2H2O

2NaHSO3+Ca（OH）2→Na2SO3+CaSO3·1/2H2O↓+3/2H2O

Na2SO3+Ca（OH）2+1/2H2O→2NaOH+CaSO3·1/2H2O↓

再生后，NaOH溶液送回吸收系統(tǒng)使用，NaOH與吸收液中的NaHSO3反應(yīng)生成Na2SO3。

NaHSO3+NaOH→Na2SO3+H2O

由于Na2SO3比堿更易與SO2反應(yīng)，因而實際上是用Na2SO3和NaHSO3混合溶液洗滌吸收。

2.3氧化得到石膏

2CaSO3+O2+4H2O→2CaSO4·2H2O↓

2.4副反應(yīng)

吸收液在循環(huán)過程中，不可避免地會發(fā)生副反應(yīng)，即少量亞硫酸鈉被煙氣中的O2氧化為硫酸鈉。

2Na2SO3+O2→2Na2SO4

硫酸鹽的累積會影響脫硫效率，必須將其從系統(tǒng)中不斷地脫除，這也會導(dǎo)致鈉堿的損失。

來自鍋爐的煙氣先經(jīng)過除塵器除塵，然后煙氣經(jīng)煙道從塔底進(jìn)入脫硫塔。在脫硫塔內(nèi)布置若干層（根據(jù)具體情況定）旋流板的方式，旋流板塔具有良好的氣液接觸條件，從塔頂噴下的堿液在旋流板上進(jìn)行霧化使得煙氣中的SO2與噴淋的堿液充分吸收、反應(yīng)。經(jīng)脫硫洗滌后的凈煙氣經(jīng)過除霧器脫水后進(jìn)入換熱器，升溫后的煙氣經(jīng)引風(fēng)機(jī)通過煙囪排入大氣。

工藝流程簡介最初的雙堿法一般只有一個循環(huán)水池，NaOH、石灰和脫硫過程中捕集的飛灰同在一個循環(huán)池內(nèi)混合。在清除循環(huán)池內(nèi)的灰渣時，煙灰、反應(yīng)生成物亞硫酸鈣、硫酸鈣及石灰渣和未反應(yīng)的石灰同時被清除，清出的混合物不易綜合利用而成為廢渣。為克服傳統(tǒng)雙堿法的缺點，對其進(jìn)行了改進(jìn)。主要工藝過程是，清水池一次性加入氫氧化鈉制成脫硫液，用泵打入吸收塔進(jìn)行脫硫。三種生成物均溶于水，在脫硫過程中，煙氣夾雜的飛灰同時被循環(huán)液濕潤而捕集，從吸收塔排出的循環(huán)漿液流入沉淀池。灰渣經(jīng)沉淀定期清除，可回收利用，如制磚等。上清液溢流進(jìn)入反應(yīng)池與投加的石灰進(jìn)行反應(yīng)，置換出的氫氧化鈉溶解在循環(huán)水中，同時生成難溶解的亞硫酸鈣、硫酸鈣和碳酸鈣等，可通過沉淀清除。

最初的工藝雙堿法煙氣脫硫工藝主要包括吸收劑制備和補充系統(tǒng)，煙氣系統(tǒng)，SO2吸收系統(tǒng)，脫硫石膏脫水處理系統(tǒng)和電氣與控制系統(tǒng)五部分組成。

A、吸收劑制備及補充系統(tǒng)

脫硫裝置啟動時用氫氧化鈉作為吸收劑，氫氧化鈉干粉料加入堿液罐中，加水配制成氫氧化鈉堿液，堿液被打入返料水池中，由泵打入脫硫塔內(nèi)進(jìn)行脫硫，為了將用鈉基脫硫劑脫硫后的脫硫產(chǎn)物進(jìn)行再生還原，需用一個制漿罐。制漿罐中加入的是石灰粉，加水后配成石灰漿液，將石灰漿液打到再生池內(nèi)，與亞硫酸鈉、硫酸鈉發(fā)生反應(yīng)。在整個運行過程中，脫硫產(chǎn)生的很多固體殘渣等顆粒物經(jīng)渣漿泵打入石膏脫水處理系統(tǒng)。由于排走的殘渣中會損失部分氫氧化鈉，所以，在堿液罐中可以定期進(jìn)行氫氧化鈉的補充，以保證整個脫硫系統(tǒng)的正常運行及煙氣的達(dá)標(biāo)排放。為避免再生生成的亞硫酸鈣、硫酸鈣也被打入脫硫塔內(nèi)容易造成管道及塔內(nèi)發(fā)生結(jié)垢、堵塞現(xiàn)象，可以加裝瀑氣裝置進(jìn)行強(qiáng)制氧化或特將水池做大，再生后的脫硫劑溶液經(jīng)三級沉淀池充分沉淀保證大的顆粒物不被打回塔體。另外，還可在循環(huán)泵前加裝過濾器，過濾掉大顆粒物質(zhì)和液體雜質(zhì)。

流程明說B、煙氣系統(tǒng)

鍋爐煙氣經(jīng)煙道進(jìn)入除塵器進(jìn)行除塵后進(jìn)入脫硫塔，洗滌脫硫后的低溫?zé)煔饨?jīng)兩級除霧器除去霧滴后進(jìn)入主煙道，經(jīng)過煙氣再熱后由煙囪排入大氣。當(dāng)脫硫系統(tǒng)出現(xiàn)故障或檢修停運時，系統(tǒng)關(guān)閉進(jìn)出口擋板門，煙氣經(jīng)鍋爐原煙道旁路進(jìn)入煙囪排放。

流程說明C、SO2吸收系統(tǒng)

煙氣進(jìn)入吸收塔內(nèi)向上流動，與向下噴淋的石灰石漿液以逆流方式洗滌，氣液充分接觸。脫硫塔采用內(nèi)置若干層旋流板的方式，塔內(nèi)最上層脫硫旋流板上布置一根噴管。噴淋的氫氧化鈉溶液通過噴漿層噴射到旋流板中軸的布水器上，然后堿液均勻布開，在旋流板的導(dǎo)流作用下，煙氣旋轉(zhuǎn)上升，與均勻布在旋流板上的堿液相切，進(jìn)一步將堿液霧化，充分吸收SO2、SO3、HCl和HF等酸性氣體，生成NaSO3、NaHSO3，同時消耗了作為吸收劑的氫氧化鈉。用作補給而添加的氫氧化鈉堿液進(jìn)入返料水池與被石灰再生過的氫氧化鈉溶液一起經(jīng)循環(huán)泵打入吸收塔循環(huán)吸收SO2。

在吸收塔出口處裝有兩級旋流板（或折流板）除霧器，用來除去煙氣在洗滌過程中帶出的水霧。在此過程中，煙氣攜帶的煙塵和其它固體顆粒也被除霧器捕獲，兩級除霧器都設(shè)有水沖洗噴嘴，定時對其進(jìn)行沖洗，避免除霧器堵塞。

流程說明

D、

脫硫產(chǎn)物處理系統(tǒng)

脫硫系統(tǒng)的最終脫硫產(chǎn)物仍然是石膏漿(固體含量約20％)，具體成分為CaSO3、CaSO4，還有部分被氧化后的鈉鹽NaSO4。從沉淀池底部排漿管排出，由排漿泵送入水力旋流器。由于固體產(chǎn)物中摻雜有各種灰分及NaSO4，嚴(yán)重影響了石膏品質(zhì)，所以一般以拋棄為主。在水力旋流器內(nèi)，石膏漿被濃縮(固體含量約40％)之后用泵打到渣處理場，溢流液回流入再生池內(nèi)。流程說明

E、電氣與控制系統(tǒng)

脫硫裝置動力電源自電廠配電盤引出，經(jīng)高壓動力電纜接入脫硫電氣控制室配電盤。在脫硫電氣控制室，電源分為兩路，一回經(jīng)由配電盤、控制開關(guān)柜直接與高壓電機(jī)(漿液循環(huán)泵)相連接。另一回接脫硫變壓器，其輸出端經(jīng)配電盤、控制開關(guān)柜與低壓電器相連接，低壓配電采用動力中心電動機(jī)控制中心供電方式。

系統(tǒng)配備有低壓直流電源為電動控制部分提供電源。

脫硫系統(tǒng)的脫硫劑加料設(shè)備和旋流分離器實行現(xiàn)場控制，其它實行控制室內(nèi)脫硫控制盤集中控制，亦可實現(xiàn)就地手動操作。

流程說明

正常運行時，由立式控制盤自動控制各個調(diào)節(jié)閥，控制脫硫系統(tǒng)石灰供應(yīng)量和氫氧化鈉補給量，要在鍋爐負(fù)荷變動時能自動予以調(diào)節(jié)。煙氣量的控制是根據(jù)鍋爐排煙量，由引風(fēng)機(jī)入口擋板通過鍋爐負(fù)荷信號轉(zhuǎn)換為煙氣量與實際引入脫硫裝置的煙氣量反饋信號控制。吸收劑漿液流量的控制是通過進(jìn)入脫硫裝置的SO2量以及循環(huán)漿池中漿液的PH值來控制的。副產(chǎn)品漿液供給量通過吸收劑漿液的流量來控制。除霧裝置清洗水的流量、吸收室入口沖洗水的壓力以及脫水機(jī)排出液流量單獨控制。脫硫塔底部的液位亦屬于單獨控制，即通過補給水量來控制。吸收劑漿池濃度的控制由補給水量調(diào)節(jié)給料器的轉(zhuǎn)速以控制石灰加入量，繼而達(dá)到控制濃度的目的。吸收室出口除霧器的清洗是按一定的時間間隔開關(guān)噴水閥用補充給水進(jìn)行沖洗。

流程說明

雙堿法原則上有如下優(yōu)點:Ⅰ.用氫氧化鈉脫硫，循環(huán)水基本上是氫氧化鈉的水溶液，在循環(huán)過程中對水泵+管道+設(shè)備均無腐蝕與堵塞現(xiàn)象,便于設(shè)備的運行與保養(yǎng)。Ⅱ.吸收劑的再生和脫硫渣的沉淀發(fā)生在吸收塔外，減少了塔內(nèi)結(jié)垢的可能性，提高了運行的可靠性，同時可以用高效的板式塔或填料塔代替目前廣泛使用的噴淋塔，從而大大減小了吸收塔的尺寸，降低了脫硫成本。Ⅲ.鈉基吸收液吸收SO2速度快，故可用較小的液氣比，達(dá)到較高的脫硫效率，一般在90%以上。Ⅳ.對脫硫除塵一體化技術(shù)而言，可提高石灰的利用率?；谏鲜鰞?yōu)點，雙堿法具有很好的應(yīng)用前景，但該技術(shù)的脫硫效果和運行的穩(wěn)定性有待進(jìn)一步提高。同時也存在占地面積大+硫酸根累積導(dǎo)致鈉堿損失和系統(tǒng)結(jié)垢等問題。

實例：山西某化工企業(yè)新建2x55t/h三廢鍋爐，年利用小時數(shù)7000h。應(yīng)環(huán)評要求，煙氣處理選擇了鈉鈣雙堿法脫硫工藝，脫硫系統(tǒng)采用一爐一塔，共用工藝水系統(tǒng)、氧化系統(tǒng)及廢液廢渣處理系統(tǒng)，工藝參數(shù)如表1所示。存在問題問題1問題3問題2沉淀池易結(jié)垢現(xiàn)象NaOH置換率低石膏脫水差沉淀池中脫硫漿液是一種含有固體顆粒的懸浮液，主要由CaSO4·2H2O、氧化不完全形成的CaSO3·1/2H2O以及粉塵顆粒組成。當(dāng)CaSO4·2H2O，CaSO3·1/2H2O達(dá)到飽和時，在沉淀池及污泥泵進(jìn)口管道內(nèi)表面上生成并逐步成長結(jié)成CaSO4·2H2O硬垢和CaSO3·1/2H2O軟垢，此外，煙氣中的粉塵在脫硫噴淋洗滌作用下也會進(jìn)入脫硫漿液，在沉淀池中沉淀形成粉塵硬塊，沉淀池底部所形成的硬垢、軟垢及粉塵硬塊很可能造成板框壓濾機(jī)前端的污泥泵進(jìn)口管路堵塞，出現(xiàn)污泥無法抽出甚至燒壞電機(jī)的現(xiàn)象，并導(dǎo)致后續(xù)板框壓濾機(jī)脫水系統(tǒng)無法投運，隨運行時間的延長，沉淀池只有廢渣進(jìn)入而無法排出，最終沉淀池淤積大量脫硫廢渣，導(dǎo)致脫硫系統(tǒng)被迫停運，不得不采取外排沉淀池漿液，人工清理沉淀池廢渣，污泥泵進(jìn)口管路需采取分段切割疏通或拆除更換的方式處理，浪費了大量人力物力，給企業(yè)生產(chǎn)管理帶來沉重負(fù)擔(dān)。該種清理方案也只是暫時解決沉淀池結(jié)垢及污泥泵進(jìn)口管路堵塞問題，隨系統(tǒng)繼續(xù)投運，上述現(xiàn)象仍會出現(xiàn)，問題并沒有根本性解決。1.沉淀池易結(jié)垢雙堿法脫硫工藝置換反應(yīng)為:Na2SO3+Ca（OH）2+1/2H2O→2NaOH+CaSO3·1/2H2O↓

傳統(tǒng)工藝NaOH置換效率低，僅為60%左右，此種情況下，系統(tǒng)要持續(xù)不斷的保證脫硫效率，運行人員一般采用如下兩種方案:一是在反應(yīng)池中加入較為過量石灰漿液，但易造成脫硫塔壁、與漿液接觸的相關(guān)管道、噴嘴及除霧器等部件短期內(nèi)(一般1-3個月)結(jié)垢(如圖2)甚至堵塞，還可能造成脫硫副產(chǎn)物中夾雜著較多石灰粉，影響副產(chǎn)物脫水，浪費了石灰粉，隨著系統(tǒng)長時間運行，雙堿法脫硫最終轉(zhuǎn)變?yōu)槭覇螇A法脫硫;第二種方案是在清液池中補加40%的NaOH片堿，但NaOH片堿單價為石灰粉價格的10倍左右，大大增加了脫硫劑成本。2.NaOH置換率低漿液中飛灰含量較多、攪拌不充分、氧化空氣量不足及氧化空氣分布不均勻等會導(dǎo)致石膏氧化過程反應(yīng)不完全，使?jié){液中存在過多CaSO3·1/2H2O,CaSO3·1/2H2O為膠體狀物質(zhì)，透氣性很差，即使增加污泥泵進(jìn)水壓力也無法很好脫去其中的水分，而且還會降低板框壓濾機(jī)濾布的使用壽命。此外，脫硫廢渣采用板框壓濾機(jī)單級脫水，還存在進(jìn)料口易堵塞，濾餅不易取出，處理量小，易破板，濾布消耗大，經(jīng)常要人工卸料、清洗等缺陷，整套脫水系統(tǒng)自動化程度低，石膏脫水效果差，脫出的石膏含水較多，難以外運處理(如圖3)，不利于企業(yè)生產(chǎn)管理。3.石膏脫水差工藝改進(jìn)方案該系統(tǒng)自2012年4月初投運以來，多次出現(xiàn)沉淀池結(jié)垢，污泥泵進(jìn)口管路堵塞甚至板框壓濾機(jī)不能工作、除霧器堵塞、塔體內(nèi)壁出現(xiàn)較厚的垢層、脫出石膏含水量大等一系列問題，針對系統(tǒng)存在的缺陷，經(jīng)過多位專家研究探討之后，提出以下改進(jìn)方案(如圖4)，取得較好運用效果。將原工藝中的沉淀池改為二級反應(yīng)池。單級脫水改為二級脫水。運行效果分析該系統(tǒng)自2012年10月開始改造，一個月內(nèi)完成了改造工程，11月初投入運行。改進(jìn)工藝克服了傳統(tǒng)工藝的一些弊端，具有明顯優(yōu)勢。實踐結(jié)果表明，改進(jìn)工藝具有以下優(yōu)點：1.NaOH置換率高傳統(tǒng)工藝NaOH置換率低的原因主要可能為:(1)單級置換反應(yīng)池漿液停留時間較短，即反應(yīng)物之間的接觸反應(yīng)時間較短，僅為0.5h左右;(2)Ca(OH)2溶解度很低，0℃時僅為0.185mg/L，且隨溫度的升高溶解度下降，導(dǎo)致反應(yīng)進(jìn)行緩慢;(3)反應(yīng)池漿液成分較為復(fù)雜，同時含有SO42-，SO32-，Ca2+，Cl-，Na+，飛灰，未溶解的石灰粉顆粒，CaSO3·1/2H2O及CaSO4·2H2O晶體等，影響了Ca（OH）2和Na2SO4\Na2SO3的傳質(zhì)接觸機(jī)會。(4)攪拌不充分，單級反應(yīng)池攪拌在空間上受到限制，容易形成攪拌死角，進(jìn)而影響置換反應(yīng)的進(jìn)行。改進(jìn)工藝將單級反應(yīng)改為三級，漿液水力停留時間延長至原來的3倍(約1.5h)，各級反應(yīng)池中設(shè)置攪拌及氧化空氣裝置，漿液攪拌較為充分，有利于置換反應(yīng)的進(jìn)行。鑒于反應(yīng)物溶解度較低，各個反應(yīng)池均設(shè)置漿液投加裝置，可通過閥門開度合理調(diào)整石灰漿液投加量，采取一次投加少量、多次投加、多次攪拌溶解的方式，促進(jìn)置換反應(yīng)的進(jìn)行。經(jīng)計算，改進(jìn)工藝置換率可達(dá)85%左右，比傳統(tǒng)工藝提高了近25個百分點。清液池pH值控制在8.0-9.0之間。

，當(dāng)pH值過低時補充約15%的鈉堿即可滿足運行要求。2石膏脫水狀況改善三級反應(yīng)池均設(shè)氧化空氣裝置，置換反應(yīng)生成的CaSO3氧化較為充分，脫硫廢渣采用二級脫水工藝，漿液先經(jīng)過旋流器進(jìn)行一級脫水，可由20%-30%濃縮至50%-60%，由旋流器底部落入真空皮帶脫水機(jī)進(jìn)行二級脫水，從而得到含水率較低的石膏，易外運處理(如圖5)。脫硫廢渣二級脫水與單級板框壓濾機(jī)脫水相比，具有過濾效率高、洗滌效果好、自動化程度高、使用維修方便等優(yōu)點，給企業(yè)生產(chǎn)管理帶