目前,世界上各国对烟气脱硫都非常重视,已开发了数十种行之有效的技术,但是,其基本原理都是以一种碱性物质作为二氧化硫的吸收剂。吸收剂的性能从根本上决定了二氧化硫吸收操作的效率,因而对吸收剂的性能有一定的要求。一般情况下,可以按以下原则进行操作:
(1) 吸收能力高。(2)选择性能好(3)挥发性低,无毒,不易燃烧,化学稳定性
好,凝固点低,不发泡,易再生,黏度小,比热容小。(4)不腐蚀或者腐蚀性小(5)来源丰富容易得到,价格便宜(6)便于处理及操作时不易产生二次污染。
石灰、氢氧化钙、碳酸钙是目前烟气脱硫较为理想的吸收剂。 按照脱硫剂的种类划分,FGD技术可以分为以下几种方法 (1)以石灰石为基础的钙法 (2) 以氧化镁为基础的镁法。 (3) 以亚硫酸钠为基础的钠法 (4) 以氨气为基础的氨法 (5) 以有机碱为基础的有机碱法
世界上普遍使用的商业化技术是钙法,比例在90%以上。
工业上用废碱液吸收燃煤工业锅炉工业烟气中的二氧化硫,利用锅炉冲渣水和湿法除尘循环水在除尘的同时吸收二氧化硫,已有成功的示范。
氧化钙 石灰的主要成分,白色立方晶体或粉末,露置在空气中渐渐吸收二氧化碳形成碳酸钙,相对密度3.35,熔点2580,易容于酸,难容于水,但能于水化合合成氢氧化钙。
碳酸钙 白色晶体或粉末,相对密度2.70-2.95,容于酸而放出二氧化碳,极难容于
水,在以二氧化碳饱和的水中溶解而成碳酸氢钙,加热至825左右分解为氧化钙和二氧化碳。
氢氧化钙 白色粉末,相对密度2.24,在580时失水,吸湿性很强,放置在空气中能逐渐吸收二氧化碳而成碳酸钙,几乎不容于水,具有强碱性,对皮肤,织物有腐蚀作用。
碳酸钠 无水碳酸钠是白色粉末或细粒固体,相对密度2.532,熔点851,易容于水,水溶液呈强碱性,不容于乙醇、乙醚,吸湿性强,在空气中吸收水分和二氧化碳而成碳酸氢钠。
氢氧化钠 无色透明晶体,相对密度2.130,熔点318.4,沸点1390,固碱吸湿性很强,易容于水,并能容于乙醇和甘油,对皮肤、织物、纸张等都有强腐蚀性,易从空气中吸收二氧化碳而逐渐变成碳酸钠,必须储存在密闭的容器中
氢氧化钾 白色透明晶体,有片状、块状、条状、和粒状,相对密度2.044,熔点360,沸点1320,极易从空气中吸收水和二氧化碳生成碳酸钾,容于水时强列放热,易容于乙醇,也容于乙醚。
一种分类方法是根据吸收剂及脱硫产物在脱硫过程中的干湿状态将脱硫技术分为湿法、干法和半干(半湿)法。湿法FGD技术是用含有吸收剂的溶液或浆液在湿状态下脱硫和处理脱硫产物。该法具有脱硫反应速度快、设备简单、脱硫效率高等优点,但普遍存在腐蚀严重、运行维护费用高和易造成二次污染。干法FGD技术的脱硫吸收和产物处理均在干状态下进行。该法无污水废酸排出、设备腐蚀程度低、烟气在净化过程中无明显温降、净化后烟温高,利于烟囱排气扩散等优点,但脱硫效率低,反应速度较慢、设备庞大等问题。半干法技术兼有干法和湿法的一些特点。脱污酸硫剂在干状态下脱硫,在湿状态下再生,或者在湿状态下脱硫,在干状态下处理脱
硫产物,尤其是后者,反应速度快脱硫效率高,又无污水排出。 另一种分类方法是以脱硫产物的用途为分类方法,分为抛弃法和回收法。 2 湿法FGD技术
根据脱硫工艺的不同又有很多种不同的工艺,常见的有石灰石/石膏法,海水法、氨法、双碱法、氢氧化镁或氧化镁、氢氧化钠法等。 2.1 石灰石/石膏法
该工艺使用氧化钙或碳酸钙浆液在湿式洗涤塔中吸收二氧化硫。
其典型的工艺主要包括烟风系统(烟道挡板、烟气再热器、增压风机等)、吸收系统(吸收塔、循环泵、氧化风机、除雾器等)、吸收剂制备系统(石灰石储仓、磨石机、石灰石浆液罐、浆液泵等)、石膏脱水及储存系统(石膏浆泵、水力旋流器、真空脱水机等)、废水处理系统及公用系统(工艺水、电、压缩空气等)
主要优点是其吸收剂资源丰富,成本低廉,其废渣可抛弃,也可作为石膏回收。高硫煤,效率可在90%以上,低硫煤,效率可在95%以上。
传统的工艺有其潜在的缺陷:主要表现为设备的积垢、堵塞、腐蚀和磨损。 2.1.1 CT-121FGD工艺
1971年,日本千代田公司开发了第一代脱硫工艺——CT-101工艺,它以含铁催化剂的稀硫酸做吸收剂、副产品为石膏。1976年,又开发了第二代烟气脱硫系统,这项技术将二氧化硫的吸收、氧化、中和、结晶和除尘等几个工艺过程合并在一个吸收塔内完成,这个吸收塔反应器就是这个工艺的核心,叫做喷射式鼓泡反应器。 工艺流程:来自锅炉的原烟气经增压风机增压后进入换热器,冷却后的烟气被引入到烟道的烟气冷却区域,在此区域喷入补给水和吸收液,使得烟气被冷却到饱和状态,之后进入反应塔入口舱,装在入口舱下层板的喷射管将烟气导入吸收塔鼓泡区
的石灰石液面以下区域,在鼓泡区域发生如下反应:1二氧化硫的吸收2 亚硫酸盐发生氧化反应生成硫酸盐3 硫酸盐发生中和反应生成石膏4 石膏结晶并析出。干净的烟气经过除雾器、GGH后进入烟囱。
在石灰石脱硫工艺中,为提高效率并防止结垢,液气比越来越大,吸收液在塔外的循环量越来越多,造成投资和运行费用增加。
在反应区(包含液相主要部分),由于空气鼓泡与机械搅拌,使空气与液体充分接触。由于有悬浮的石膏晶体与足够的停留时间,可使石膏晶粒长至需要的大小。 在喷射鼓泡层中,气体塔藏量与浸入深度及释放气速有关,浸入越浅或者释放气速越快,则气体塔藏量越高。液体深度为100-400mm范围时,气体塔藏量为0 .5-0.7,在这些条件下,气泡相当于直径为3-20mm范围的球。
JBR的另一个重要特点是氧气和钙不断地被补充到起吸收作用的反应区和气泡层,因此二氧化硫的吸收、氧化和中和一并进行。由于强烈的氧化作用,在该反应器系统中只有硫酸根离子而没有亚硫酸根离子。
我国重庆长寿化工厂的35t/h锅炉上采用了CT-121烟气脱硫技术,锅炉烟气经过原有水膜除尘器后,通过排烟引风机进入鼓炮反应器JBR,排烟管道的JBR入口处为气体冷却器,烟气在这里被冷却,然后在JBR里被喷到吸收液中形成气泡层进行脱硫反应,经过脱硫后的烟气在除雾器中除雾后经烟囱排入大气,被吸收的二氧化硫直接有JBR下部吹入的空气及烟气中的氧气氧化,进而与电石渣反应,形成石膏结晶体。为使石膏浆液保持在一定范围内,部分吸收液从JBR中抽出,石膏则在石膏处理槽内自然沉淀分离。石膏处理槽分为三个,一个一个的切换,重复沉淀分离、脱水和石膏的移动。经过脱水的堆积石膏首先由斗式吊车送到附近的石膏堆放场,然后出厂。上清液经母液槽回收,并返回到JBR。JBR、除雾器及烟道均采用日本制
作的增强玻璃纤维塑料管FRP。
广东国华台山发电厂的CT121系统主要由吸收剂浆液制备系统、二氧化硫吸收系统、烟气系统、石膏脱水系统、工艺水供应系统、废水排出和处理系统、吸收塔浆液排放系统等组成。
(1) 石灰石浆液制备系统 两台炉设一套石灰石浆液制备系统
石灰石块(颗粒小于等于20mm)由自卸卡车直接卸入地下料斗,经皮带输送机及斗式提升机、石灰石仓顶输送机送至石灰石仓内,再由称重式皮带给料机送到湿式球磨机内部制成浆液送至石灰石浆液循环箱中,然后石灰石浆液由石灰石浆液循环泵输送到石灰石浆液旋流站进行粗颗粒分离。经分离后,大尺寸物料回球磨机再循环,满足颗粒需要含固量25%的石灰石浆液溢流并储存在石灰石浆液箱中,然后经石灰石浆液泵送至1#2#机组FGD装置的吸收塔内。为了使石灰石浆液混合均匀,防止沉淀,在石灰石浆液箱和石灰石浆液循环箱内装设浆液搅拌器。
系统内设置两台湿式球蘑机及石灰石浆液旋流站。每台球蘑机的额定出力按两台锅炉BMCR工况时75%的浆液耗量设计。
设置一个卸料斗及配套的除尘通风系统、皮带输送机(带有金属分离器)、斗式提升机及石灰石仓顶输送机,将石灰石块送入石灰石仓。石灰石仓的有效容积可以满足两台锅炉在BMCR工况下运行4天的石灰石耗量要求。石灰石仓设计的两个出料口分别供给每台磨机,每台磨机的给料机具有称重功能。
设置一个石灰石浆液箱,两台石灰石浆液泵,一台运行,一台备用。吸收塔内石灰石浆液的添加良根据FGD进、出口烟气的二氧化硫浓度及吸收塔循环浆液中的PH值进行调节。
(2) 二氧化硫吸收系统 来自回转式烟气-烟气加热器的烟气通过烟道的烟气冷却区域