摘要：分析了某厂3台加热炉烟气脱硫系统采用的“钠-钙双碱法”的化学原理及技术工艺流程，阐述了该脱硫技术的特点，同时指出了双碱法脱硫工艺需解决的问题。研究表明：钠-钙双碱法脱硫工艺脱硫效率高，运行费用相对较低，操作方便，无二次污染，废渣可综合利用，是当前较为理想的实用型脱硫技术。 关键词：高温烟气；脱硫；钠-钙双碱法；工艺 中图分类号：TF803.25文献标识码：A文章编号：16749944（2013）05021103 1引言 煤炭的大量燃烧是造成大气中SO2含量升高和烟尘污染的直接原因。我国排放的SO2已连续多年超过2000万t，居世界首位。对燃烧后的烟气实施脱硫是目前世界上控制SO2污染的主要手段[1]。湿法脱硫占世界80% 以上的脱硫市场，而湿法脱硫中又以湿式钙法为主。湿式钙法的优点是效率和脱硫剂的利用率高，缺点是设备易结垢，严重时造成设备、管道堵塞而无法运行[2]。 本文以某厂瓦斯气加热炉烟气脱硫除尘改造工程为例，介绍了双碱法脱硫的技术应用。该厂地处抚顺市区，现有4台（套）瓦斯气加热炉，上述的瓦斯气加热炉中，有一台（A区）已于2012年配套安装了烟气除油、脱硫、除尘系统（目前已停运）。为使烟气排放达到现在抚顺市新的除尘脱硫排放标准，该厂决定对上述剩余的（B、C、D区）3台（套）加热炉进行除油、脱硫、除尘改造，满足环保达标排放要求。 2脱硫技术原理 本方案采用双碱法脱硫，钠钙双碱法脱硫工艺是使用溶解度大，对二氧化硫亲和力强，反应产物不易结垢的碱性吸收液（如氢氧化钠或碳酸钠溶液）吸收烟气中的二氧化硫，形成亚硫酸钠和硫酸钠的浆液。上述浆液流入再生、氧化池后，与石灰乳反应，形成亚硫酸钙，再 经氧化，形成硫酸钙和氢氧化钠。上述过程中，亚硫酸钙和硫酸钙沉淀进入后续的脱水处理。再生后的氢氧化钠溶液返回吸收塔吸收二氧化硫，循环使用。其技术的特点是钠碱吸收剂对二氧化硫亲和力强，吸收速度快。钠碱吸收剂溶解度大，从而可以避免石灰法脱硫系统遇到的结垢、堵塞问题。采用钠碱吸收剂，可降低液气比，减少动力消耗，降低运行成本。 脱硫副产物经脱水与炉渣混合后排放，对环境不产生二次污染。 3方案设计 3.1设计参数（单台加热炉） 3.2方案设计说明 根据现场条件，计划除油、脱硫塔设计安装在室外，除油、脱硫“一炉一塔”，采用氧化钙作为脱硫固硫剂。在脱硫设备底部设置循环水池，冬天运行时，由于循环水温度在30℃左右，循环水池不会结冰。 脱硫塔采用湍流式传质塔，内安装湍流器，传质塔可建得很小，水量也用得很少。在湍流场中，液体的比表面积比起喷淋塔、填料塔、板式塔的液体比表面积可成数十倍的增加。除油塔也采用湍流式洗涤除油塔以提高除油效率。设备运行时设备本体温度在30～40℃，另外脱硫设备内部没有传动部件，设备外部不考虑保温，循环水管道、自动清洗管道、渣浆管道做伴热、保温以达到防冻的目的。为防止净化烟气温度下降出现冷凝水，脱硫设备出口至风机的烟道做保温处理。 4工艺系统布置 本项目的钠-钙双碱法脱硫工艺系统主要包括除油、除尘工艺系统和烟气脱硫工艺系统。 4.1除油、除尘工艺系统 4.1.1烟气洗涤脱油、除尘 来自加热炉的烟气进入湍流式洗涤除油塔。用水做洗涤剂，使水与含油烟气和粉尘在湍流发生器中充分接触。通过上述过程，大部分油类物质和粉尘进入水中，完成烟气脱油和除尘。脱油除尘后的烟气进入脱硫塔。 4.1.2油水及泥水分离 进入水中的油类物质和粉尘经塔下循环水池沉降、浮油后，采用撇油机将浮油撇入储油池；对于沉降池底部的油泥，采用渣浆泵将其输送至泥水分离池。经沉降后的油泥由人工捞出送本厂污水处理厂油泥处置系统；上部的清液再用泵送回沉降池循环使用。 4.2烟气脱硫工艺系统 4.2.1吸收系统 采用“一炉一塔”设计；塔内装有除雾装置，可有效实现气液分离，确保排放烟气中的含湿量≤75mg/Nm3，对除雾器采用高压反冲洗等有效措施防止上述设备结垢和堵塞。烟气在塔内的流速、停留时间和气液接触是否完全及塔的阻力等因素和参数，直接影响对烟气中的烟尘、二氧化硫的捕集、吸收和转化。因此为强化捕集、吸收和转化过程，降低设备投资和运行费用，脱硫塔需满足以下要求：①气液间有足够的接触面积和接触时间；②气流分布均匀；③操作弹性大，稳定性强；④压降小，能耗低。 4.2.2脱硫剂储存、制备、输送系统 袋装石灰粉采用卸料器、螺旋输料器自动给料。将购入的氢氧化钠定量加入氢氧化钠溶解罐中进行溶解和贮存，再由氢氧化钠补充泵连续补充至清液池内；再经再生泵输送至脱硫塔下循环水池，通过循环泵送至脱硫塔。循环吸收液在吸收SO2后流入塔下循环水池，经再生泵排至再生池。 采用斗提机将外购袋装生石灰粉输送至石灰粉仓，再定量加入制浆池中进行消化和配浆。粉仓出口下设有手动插板门和电动给料机进行定量卸料。 4.2.3工艺水系统 工艺水输送到各用水点，包括制浆用水；除尘、降温水；脱硫塔补充水；循环管道冲洗水；脱硫塔冲洗用水和除雾器冲洗用水。工艺水系统包括工艺水管道、脱硫塔冲洗水管道、除雾器冲洗水箱、除雾器冲洗水泵。 4.2.4脱硫液循环再生系统 脱硫液循环系统为内循环设置，C/D共用一套清液循环系统。硫液循环使用，以减少系统水耗，降低运行成本。脱硫液再生系统主要包括混合池、再生氧化池、再生泵等设备和设施。脱硫过程中形成的亚硫酸钠经再生泵送至氧化池再生后，形成亚硫酸钙，并以半水化合物的形式沉淀下来，使钠离子得到再生，吸收液循环使用。 4.2.5脱硫渣处理系统 为了不使脱硫副产物对环境造成二次污染，副产物处理系统简单，运行可靠，事故率低，易于维护，脱硫渣采用行车式抓斗机捞出、沥干。 4.2.6电器、控制系统 该工程控制系统采用上位机+PLC系统，操作人员通过脱硫操作室上位机进行整套工艺系统的运行参数设置，实现对脱硫除尘系统的顺序自动启停，运行参数自动检测和存储，并对关键参数实行自动调节。脱硫系统的电器和控制系统满足装置独立运行的控制要求。电器设备控制包括手动机旁就地控制或柜上集中控制。 4.3工艺系统流程 4.3.1工艺系统图 加热炉烟气脱硫除尘系统工艺流程，见图1。 图1钠-钙双碱法工艺流程 1.除油塔 2.脱硫塔 3.除油循环池 4.脱硫循环池 5.再生搅拌池 6.沉淀池 7.清水池8.螺旋给料机9.制浆罐 10.溶碱罐 11.循环水泵 12.氧化钙储仓 13.石灰浆液泵14.加碱泵15.再生泵 16.渣浆泵4.3.2工艺流程说明 来自加热炉的烟气经除油、除尘后，进入脱硫塔中的湍流发生器。在湍流发生器中，烟气中的二氧化硫与脱硫液充分接触，形成亚硫酸钠，完成烟气净化。净化后的烟气经脱硫塔上部除雾器的高效气液分离，脱水除雾后，通过烟道、烟囱排空。脱硫吸收液在吸收SO2后由吸收塔塔底排放口泵至混合再生池。在混合再生池中，脱硫反应的副产物被泵入石灰浆液再生成难溶的亚硫酸钙，排入沉淀池进行固液分离，沉淀池分离出来的上清液溢流到清液池，与泵入的氢氧化钠浆液混合；沉淀下来的含水率较低的亚硫酸钙浆液在混合再生池中，经罗茨风机鼓入的空气氧化成石膏，经沉淀后由行车式抓斗机捞出，上清液返回清液池。 脱硫吸收液的制备和脱硫剂再生工艺为：将购入的氢氧化钠定量加入氢氧化钠溶解罐中进行溶解和贮存，再由氢氧化钠补充泵连续补充至清液池。采用斗提机将外购生石灰输送至石灰粉仓，定量加入制浆池中进行消化和配浆，再由浆液泵连续补充至混合再生池。 为防止除雾器堵塞，在除雾器上、下两侧装有反冲洗装置，定时进行反冲洗。5钠-钙双碱法存在的问题及解决方法 钠-钙双碱法脱硫由于工艺比较复杂，目前尚有几个问题正在解决中。梁勇等[5]的研究表明，相比传统的湿式石灰石/ 石膏法，双碱法脱硫工艺较大程度地降低了脱硫系统结垢堵塞问题，但结垢现象仍然存在。另据卢芬[6]的研究表明，钠-钙双碱法脱硫系统涉及的池子比较多，如何使各池子的液位保持自动平衡还有待解决；如何降低Na2SO3氧化副反应速率，从而节省碱的消耗量，以上问题也尚待解决中。
摘要：分析了某厂3台加热炉烟气脱硫系统采用的“钠-钙双碱法”的化学原理及技术工艺流程，阐述了该脱硫技术的特点，同时指出了双碱法脱硫工艺需解决的问题。研究表明：钠-钙双碱法脱硫工艺脱硫效率高，运行费用相对较低，操作方便，无二次污染，废渣可综合利用，是当前较为理想的实用型脱硫技术。 关键词：高温烟气；脱硫；钠-钙双碱法；工艺 中图分类号：TF803.25文献标识码：A文章编号：16749944（2013）05021103 1引言 煤炭的大量燃烧是造成大气中SO2含量升高和烟尘污染的直接原因。我国排放的SO2已连续多年超过2000万t，居世界首位。对燃烧后的烟气实施脱硫是目前世界上控制SO2污染的主要手段[1]。湿法脱硫占世界80% 以上的脱硫市场，而湿法脱硫中又以湿式钙法为主。湿式钙法的优点是效率和脱硫剂的利用率高，缺点是设备易结垢，严重时造成设备、管道堵塞而无法运行[2]。 本文以某厂瓦斯气加热炉烟气脱硫除尘改造工程为例，介绍了双碱法脱硫的技术应用。该厂地处抚顺市区，现有4台（套）瓦斯气加热炉，上述的瓦斯气加热炉中，有一台（A区）已于2012年配套安装了烟气除油、脱硫、除尘系统（目前已停运）。为使烟气排放达到现在抚顺市新的除尘脱硫排放标准，该厂决定对上述剩余的（B、C、D区）3台（套）加热炉进行除油、脱硫、除尘改造，满足环保达标排放要求。 2脱硫技术原理 本方案采用双碱法脱硫，钠钙双碱法脱硫工艺是使用溶解度大，对二氧化硫亲和力强，反应产物不易结垢的碱性吸收液（如氢氧化钠或碳酸钠溶液）吸收烟气中的二氧化硫，形成亚硫酸钠和硫酸钠的浆液。上述浆液流入再生、氧化池后，与石灰乳反应，形成亚硫酸钙，再 经氧化，形成硫酸钙和氢氧化钠。上述过程中，亚硫酸钙和硫酸钙沉淀进入后续的脱水处理。再生后的氢氧化钠溶液返回吸收塔吸收二氧化硫，循环使用。其技术的特点是钠碱吸收剂对二氧化硫亲和力强，吸收速度快。钠碱吸收剂溶解度大，从而可以避免石灰法脱硫系统遇到的结垢、堵塞问题。采用钠碱吸收剂，可降低液气比，减少动力消耗，降低运行成本。 脱硫副产物经脱水与炉渣混合后排放，对环境不产生二次污染。 3方案设计 3.1设计参数（单台加热炉） 3.2方案设计说明 根据现场条件，计划除油、脱硫塔设计安装在室外，除油、脱硫“一炉一塔”，采用氧化钙作为脱硫固硫剂。在脱硫设备底部设置循环水池，冬天运行时，由于循环水温度在30℃左右，循环水池不会结冰。 脱硫塔采用湍流式传质塔，内安装湍流器，传质塔可建得很小，水量也用得很少。在湍流场中，液体的比表面积比起喷淋塔、填料塔、板式塔的液体比表面积可成数十倍的增加。除油塔也采用湍流式洗涤除油塔以提高除油效率。设备运行时设备本体温度在30～40℃，另外脱硫设备内部没有传动部件，设备外部不考虑保温，循环水管道、自动清洗管道、渣浆管道做伴热、保温以达到防冻的目的。为防止净化烟气温度下降出现冷凝水，脱硫设备出口至风机的烟道做保温处理。 4工艺系统布置 本项目的钠-钙双碱法脱硫工艺系统主要包括除油、除尘工艺系统和烟气脱硫工艺系统。 4.1除油、除尘工艺系统 4.1.1烟气洗涤脱油、除尘 来自加热炉的烟气进入湍流式洗涤除油塔。用水做洗涤剂，使水与含油烟气和粉尘在湍流发生器中充分接触。通过上述过程，大部分油类物质和粉尘进入水中，完成烟气脱油和除尘。脱油除尘后的烟气进入脱硫塔。 4.1.2油水及泥水分离 进入水中的油类物质和粉尘经塔下循环水池沉降、浮油后，采用撇油机将浮油撇入储油池；对于沉降池底部的油泥，采用渣浆泵将其输送至泥水分离池。经沉降后的油泥由人工捞出送本厂污水处理厂油泥处置系统；上部的清液再用泵送回沉降池循环使用。 4.2烟气脱硫工艺系统 4.2.1吸收系统 采用“一炉一塔”设计；塔内装有除雾装置，可有效实现气液分离，确保排放烟气中的含湿量≤75mg/Nm3，对除雾器采用高压反冲洗等有效措施防止上述设备结垢和堵塞。烟气在塔内的流速、停留时间和气液接触是否完全及塔的阻力等因素和参数，直接影响对烟气中的烟尘、二氧化硫的捕集、吸收和转化。因此为强化捕集、吸收和转化过程，降低设备投资和运行费用，脱硫塔需满足以下要求：①气液间有足够的接触面积和接触时间；②气流分布均匀；③操作弹性大，稳定性强；④压降小，能耗低。 4.2.2脱硫剂储存、制备、输送系统 袋装石灰粉采用卸料器、螺旋输料器自动给料。将购入的氢氧化钠定量加入氢氧化钠溶解罐中进行溶解和贮存，再由氢氧化钠补充泵连续补充至清液池内；再经再生泵输送至脱硫塔下循环水池，通过循环泵送至脱硫塔。循环吸收液在吸收SO2后流入塔下循环水池，经再生泵排至再生池。 采用斗提机将外购袋装生石灰粉输送至石灰粉仓，再定量加入制浆池中进行消化和配浆。粉仓出口下设有手动插板门和电动给料机进行定量卸料。 4.2.3工艺水系统 工艺水输送到各用水点，包括制浆用水；除尘、降温水；脱硫塔补充水；循环管道冲洗水；脱硫塔冲洗用水和除雾器冲洗用水。工艺水系统包括工艺水管道、脱硫塔冲洗水管道、除雾器冲洗水箱、除雾器冲洗水泵。 4.2.4脱硫液循环再生系统 脱硫液循环系统为内循环设置，C/D共用一套清液循环系统。硫液循环使用，以减少系统水耗，降低运行成本。脱硫液再生系统主要包括混合池、再生氧化池、再生泵等设备和设施。脱硫过程中形成的亚硫酸钠经再生泵送至氧化池再生后，形成亚硫酸钙，并以半水化合物的形式沉淀下来，使钠离子得到再生，吸收液循环使用。 4.2.5脱硫渣处理系统 为了不使脱硫副产物对环境造成二次污染，副产物处理系统简单，运行可靠，事故率低，易于维护，脱硫渣采用行车式抓斗机捞出、沥干。 4.2.6电器、控制系统 该工程控制系统采用上位机+PLC系统，操作人员通过脱硫操作室上位机进行整套工艺系统的运行参数设置，实现对脱硫除尘系统的顺序自动启停，运行参数自动检测和存储，并对关键参数实行自动调节。脱硫系统的电器和控制系统满足装置独立运行的控制要求。电器设备控制包括手动机旁就地控制或柜上集中控制。 4.3工艺系统流程 4.3.1工艺系统图 加热炉烟气脱硫除尘系统工艺流程，见图1。 图1钠-钙双碱法工艺流程 1.除油塔 2.脱硫塔 3.除油循环池 4.脱硫循环池 5.再生搅拌池 6.沉淀池 7.清水池8.螺旋给料机9.制浆罐 10.溶碱罐 11.循环水泵 12.氧化钙储仓 13.石灰浆液泵14.加碱泵15.再生泵 16.渣浆泵4.3.2工艺流程说明 来自加热炉的烟气经除油、除尘后，进入脱硫塔中的湍流发生器。在湍流发生器中，烟气中的二氧化硫与脱硫液充分接触，形成亚硫酸钠，完成烟气净化。净化后的烟气经脱硫塔上部除雾器的高效气液分离，脱水除雾后，通过烟道、烟囱排空。脱硫吸收液在吸收SO2后由吸收塔塔底排放口泵至混合再生池。在混合再生池中，脱硫反应的副产物被泵入石灰浆液再生成难溶的亚硫酸钙，排入沉淀池进行固液分离，沉淀池分离出来的上清液溢流到清液池，与泵入的氢氧化钠浆液混合；沉淀下来的含水率较低的亚硫酸钙浆液在混合再生池中，经罗茨风机鼓入的空气氧化成石膏，经沉淀后由行车式抓斗机捞出，上清液返回清液池。 脱硫吸收液的制备和脱硫剂再生工艺为：将购入的氢氧化钠定量加入氢氧化钠溶解罐中进行溶解和贮存，再由氢氧化钠补充泵连续补充至清液池。采用斗提机将外购生石灰输送至石灰粉仓，定量加入制浆池中进行消化和配浆，再由浆液泵连续补充至混合再生池。 为防止除雾器堵塞，在除雾器上、下两侧装有反冲洗装置，定时进行反冲洗。5钠-钙双碱法存在的问题及解决方法 钠-钙双碱法脱硫由于工艺比较复杂，目前尚有几个问题正在解决中。梁勇等[5]的研究表明，相比传统的湿式石灰石/ 石膏法，双碱法脱硫工艺较大程度地降低了脱硫系统结垢堵塞问题，但结垢现象仍然存在。另据卢芬[6]的研究表明，钠-钙双碱法脱硫系统涉及的池子比较多，如何使各池子的液位保持自动平衡还有待解决；如何降低Na2SO3氧化副反应速率，从而节省碱的消耗量，以上问题也尚待解决中。