钙—钙双碱法烟气脱硫工艺及运行效果
黄家垣 梁明活
(佛山华丰纸业有限公司,佛山528000)
摘 要:本文介绍燃煤锅炉烟气脱硫工艺及设备选择的原则、钙-钙双碱法脱硫原理、工艺流程、工艺特点及脱硫效果。
关键词:烟气脱硫;钙-钙双碱法;工艺;运行效果
中图分类号:TS737 文献标识码:B 文章编号:-(2006) 型造纸企业,容量为50t/h,采用热电联供,。年发电量8500万kwh,耗用混合煤10万t,烟煤含硫量在0.8%左右。两台锅炉的烟气脱硫工艺采用湘潭大学的钙—钙双碱法。此工艺于2001年1月通过国家鉴定是“该项研究有较大创新,总体上达到国际先进水平”。目前已在北京、广西、广东、四川、重庆、湖南、湖北、江西、江苏、山西等10省市50余家工厂的近100台6.5～220t/h锅炉上应用和实施。华丰纸业
。但公司脱硫治理不能耽误,接着我司领导马上组织有关技术人员去研究其他可行的脱硫方案。1.2 社会发展的需要
根据广东省布置珠江三角各市创建国家环境保护规范城市的要求,佛山市市委市政府在2003年4月部署了佛山市创建环保模范城市,要求2006年实现“创模”目标。佛山市于2004年9月出台了《佛山市2004～2006年二氧化硫污染控制实施方案》要求包括热电联产在内的电力企业要进行二氧化硫的治理,达到减排目标。
华丰纸业有限公司就是在上面两个背景下开展烟气脱硫工作。
2 脱硫工艺及设备的选择
有限公司烟气脱硫项目完成后的脱硫结果表明,该法钙硫比(Ca/S)低、脱硫率高、除尘效果好、运行费用低、运行可靠性高,很适合公司的实际情况。1 烟气脱硫项目背景1.1 公司领导重视环保问题
脱硫工艺及设备的选择原则是:
投资低、脱硫率高、运行可靠、运行费用低。目前社会上的脱硫工艺及设备很多,但由于存在投资大、脱硫率低、运行可靠差、运行费用高等很难解决,所以造成很多厂家迟迟没有下决心,或已投运的项目处于开开停停的问题。因此根达到上述的选择原则,我们首先确定“以废治废”的技术思路,开展各项的研究工作。
我司的各级领导对于环保问题作为企业可持续发展的重点来抓,从不抱有任何侥幸的心里,都是以认真负责的态度。到2003年,我司已成功解决了污水的处理实现了达标排放,成为佛山市工业企业废水治理的一个亮点。而对二氧化硫的污染问题,我司领导也十分重视,早在1998年就与华南理工大学共同研究硫化碱法烟气脱硫工艺。此工艺副产硫代硫酸钠,中试时脱硫率可以达到95%以上。但最后
作者简介:黄家垣,男,高级工程师,主要从事企业管理及制浆造纸工程技术工作。
50《造纸科学与技术》 2006年第25卷第3
期
表1
脱硫方法
投资费
脱硫工艺的比较
运行费用加药方式
结垢
废水量
副产品
备注
大型发电厂用最普遍。产生湿的废弃物。去除率高、可靠性好
去除率高、可靠性好,运行费用高简便,但去除率不高、可靠性差。适合靠海工厂。流程简单, 有废弃物问题。适用范围广
可同时去除SOx和NOx。
石灰/石膏法钙-钙双碱法钠钙双碱法简易石灰法氢氧化镁泥浆吸收法
中中中中低
低低高低高
泥浆泥浆溶液溶液溶液
有无无有无
少少多少多
石膏有有无,
干式吸收剂注入法低低干吸收剂无海水吸收法循环流化床法循环流化床锅炉
低高高
高低
水干吸收剂干吸收剂
无无
多无无
无石膏无
表2
塔名称喷雾塔鼓泡塔
XP板塔
脱硫塔形式比较
汽液接触形式雾状液滴汽泡流化状态流化状态液膜液膜
阻力小大中大小大
带水情况大小中中中中
电耗大大中大小大
脱硫效果中好好中中好
可靠性差好好差好差
第一步,气液传质和水合过程,即烟气中SO2分子与水接触时,溶解在水中,并与水分子水合为亚硫酸:
烟气中SO2↓↑(溶解)
水中SO2+H2O[H2SO3
第二步,H2SO3与溶解在水中的碱性脱硫剂作用,生成亚硫酸盐。例如,若用石灰乳作脱硫剂时,它与H2SO3反应生成半水亚硫酸钙沉淀:
H2SO3+Ca(OH)2→CaSO3H2O↓+H2O
22
(2)(2)式,得到石灰湿法脱硫的总反应式为:合并(1)、
SO2+Ca(OH)2→CaSO3H2O↓H2O
22
(3)
湍球塔旋流板塔填料塔
为了找出适合我司脱硫的技术工艺,达到投资省,运行费用低,运行可靠,效果好的目的,我们先后对广州天赐三和、华源瑞丰、华南理工大学、湘潭大学、武汉凯迪、北京绿创环保、淅江天蓝、菲达等二十几家环保公司进行了多次的交流论证,也进行了包括炉内、炉外脱硫的多项试验;最后选用了湖南湘潭大学的钙—钙双碱法脱硫工艺。因为我们觉得钙-钙双碱法较为适合我司的烟气脱硫治理工艺的要求,还有其采用了高效的XP板脱硫塔,加上采用佛山电化厂的废弃物———电石渣。可以大大降低运行费用。
3 钙—钙双碱法脱硫原理
3.1 常规石灰湿法脱硫机理及存在问题
此外,因烟气中含有氧气,少量CaSO3被氧化为CaSO4。
石灰乳脱硫过程生成的亚硫酸钙和硫酸钙在水中的溶解度很小,极易达到过饱和而结晶出来在器壁上形成垢层,严重时将使设备、管道堵塞而无法运行下去。这是石灰法脱硫存在的最大问题,因此本方案不采用石灰乳直接脱硫。3.2 钙—钙双碱法的脱硫及防垢机理
简单地说,烟气中SO2的脱除过程是分两部完成的:
PaperScience&Technology 2006Vol.25No.
3
为解决石灰湿法脱硫中存在的结垢问题,我们在国内外首创了亚硫酸钙悬浮液脱硫法。
51
亚硫酸钙脱硫法的脱硫及防垢机理如下:
当脱硫循环池内的亚硫酸钙悬浮液用循环泵输送到脱硫塔内的XP型塔板上与烟气接触时,烟气中的SO2与亚硫酸钙发生脱硫反应(4):
SO2+CaSO3H2O+H2O→Ca(HSO3)2
22
(4)
4.2 工艺流程
本工艺为二级净化流程。第一级:烟气经文丘
里-水膜除尘段除尘后,灰水进入沉渣池,澄清后泵回文丘里和水膜形成装置,形成水膜,完成第一级净化。一级净化可达95%左右的除尘效率和10%～15%的脱硫效率(与一般的麻石水膜除尘相同)。第二级:完成第一级净化后的烟气接着通过塔内XP型塔板时,与来自脱硫循环池的亚硫酸钙(第一钙)悬浮液进行充分流化接触,SO2并;。,。部分亚硫酸钙浆液,经灰水沟进入沉渣池,并。脱硫后的洁净烟气经主塔上部和副塔上部的二级旋流脱水后由风机送入烟囱排放。
5 钙-钙双碱法工艺特点5.1 脱硫与除尘循环分开
反应(4)生成的Ca(HSO3)2是亚硫酸的酸式盐,在水中的溶解度较大,因而不在塔内结垢。
当脱硫剂从脱硫塔返回脱硫循环池后,反应(4)生成的Ca(HSO3)2与新加入的石灰乳Ca(OH)2发生反应,再生出CaSO3・1/2H2O供循环脱硫使用,池内反应为:
Ca(HSO3)2+CaH2O2
H2+(5)
综上所述,亚硫酸钙悬浮液脱硫的实质是,用亚硫酸钙悬浮液在脱硫塔内脱除SO2并生成溶解度很
大的亚硫酸氢钙,脱硫塔不结垢;塔外循环池内用石灰与亚硫酸氢钙反应,再生出塔内脱硫所需的亚硫酸钙。在这里,循环池实际上是一个反应器。4 工艺流程4.1 工艺流程图
在同一支脱硫塔上由于采用了特殊的结构形
式,脱硫与除尘循环完全分开。如果副产物影响煤灰的出路,可以单独处理,但其他工艺系统就无法处理。
5.2 脱硫率高
采用XP型脱硫除尘塔板,其气液接触是流化状态,比旋流板的膜式接触效果要好许多,实验证明其单板的除尘和脱硫率分别比旋流塔板高5%～10%和20%左右。经环保局验收测试其脱硫率达到
90%以上。
图1 脱硫除尘工程工艺流程图
52《造纸科学与技术》 2006年第25卷第3期
5.3 电耗低316L不锈钢材料。另外此工艺与一般的石灰法不
用脱硫循环泵将脱硫循环池内的亚硫酸钙浆液泵入XP塔板,不用喷头,也无需加压,只将悬浮液送入XP塔板即可。而喷雾方式,其出口压力要求必须达到0.2MPa以上,同样流量情况下其电耗必然大。本工艺系统总的运行容量才30kW,其中循环泵功率才18.5kW。5.4 不易结垢
由于采用双碱法的原理,利用Ca(HSO3)2溶解度大的原理,解决结垢问题。还有就是运行过程中PH控制在6～7就可以,在此pH范围不会结垢。1#脱硫塔自2005年12堵堵塞问题。5.5 运行费用低
表3
项目电石渣电费水费维护管理工人工资合计脱硫量脱硫成本每度电增加费用
年发电量为8500万kWh
同的是不结垢,不影响运行。塔内采用多种脱水结
构,脱水效果好,不会出现风机带水的情况。所以运行至今没有出现过停机的情况。5.7 存在的问题
操作水平要求比较高,运行过程中pH值或浓度控制不当,也会出现结垢现象,造成阻力大。还有虽然采用多种脱水措施,风机带水问题有减轻,但不彻底。6:烟气处理状况
脱硫效果
SO2(mg/m3)1864.
1824.1846.1903.
2099
(mg/m3)
烟尘(mg/m3
)
2250.2147.2139.2207.
2253
备注运输费及购买费用用电功率38kw单价:0.6元/kWh耗量:4t/h 单价:1.5元设备的维修、维护费用:5万元
4×1000
费用
(万元/年)
8
处理前
平均
2055543万元1088t0.4元/kg0.5分/kWh
处理后
平均
去除率%
1850.31857.9115.1109.1111.0109.3111.1111.194.01890.32127.3149.9154.8117.277.289.0117.694.5
每年的运行费用
7 结论
7.1 钙—钙双碱法与钠—钙双碱法一样,避免了在
管道及塔内生成易结垢的亚硫酸钙和硫酸钙;另外采用多种脱水措施;因此系统运行可靠。7.2 钙—钙双碱法采用了高效的XP板结构,提高了脱硫效率。7.3 钙—钙双碱法采用了电石渣作脱硫剂,实现了以废治废的目的,大幅降低运行成本。
由于其Ca/S才1.05,脱硫剂耗用量少,加上采用价格很低的废弃物———电石渣;还有就是系统总的装机容量少运行时的电耗很低。5.6 可靠性好
采用耐磨、耐腐蚀的麻石塔,塔内采用耐腐蚀的
TechnologyandRunningEffectofCa2CaDouble
BaseProcessofFlueGasDesulfurizing
HuangJiayuan LiangMinghuo
(FoshanHuafengPaperCo.Ltd,Foshan528000)
Abstract:Thispaperintroducestheselectingprinciplesoffluegasdesulfurizingtechnologyandequipment,thedesulfurizingmechanism,processflowscheme,technologicalfeaturesanddesulfurizingeffectofCa2Cadoublebaseprocess.
Keywords:fluegasdesulfurizing;Ca2Cadoublebaseprocess;technology;runningeffectPaperScience&Technology 2006Vol.25No.3
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钙—钙双碱法烟气脱硫工艺及运行效果
黄家垣 梁明活
(佛山华丰纸业有限公司,佛山528000)
摘 要:本文介绍燃煤锅炉烟气脱硫工艺及设备选择的原则、钙-钙双碱法脱硫原理、工艺流程、工艺特点及脱硫效果。
关键词:烟气脱硫;钙-钙双碱法;工艺;运行效果
中图分类号:TS737 文献标识码:B 文章编号:-(2006) 型造纸企业,容量为50t/h,采用热电联供,。年发电量8500万kwh,耗用混合煤10万t,烟煤含硫量在0.8%左右。两台锅炉的烟气脱硫工艺采用湘潭大学的钙—钙双碱法。此工艺于2001年1月通过国家鉴定是“该项研究有较大创新,总体上达到国际先进水平”。目前已在北京、广西、广东、四川、重庆、湖南、湖北、江西、江苏、山西等10省市50余家工厂的近100台6.5～220t/h锅炉上应用和实施。华丰纸业
。但公司脱硫治理不能耽误,接着我司领导马上组织有关技术人员去研究其他可行的脱硫方案。1.2 社会发展的需要
根据广东省布置珠江三角各市创建国家环境保护规范城市的要求,佛山市市委市政府在2003年4月部署了佛山市创建环保模范城市,要求2006年实现“创模”目标。佛山市于2004年9月出台了《佛山市2004～2006年二氧化硫污染控制实施方案》要求包括热电联产在内的电力企业要进行二氧化硫的治理,达到减排目标。
华丰纸业有限公司就是在上面两个背景下开展烟气脱硫工作。
2 脱硫工艺及设备的选择
有限公司烟气脱硫项目完成后的脱硫结果表明,该法钙硫比(Ca/S)低、脱硫率高、除尘效果好、运行费用低、运行可靠性高,很适合公司的实际情况。1 烟气脱硫项目背景1.1 公司领导重视环保问题
脱硫工艺及设备的选择原则是:
投资低、脱硫率高、运行可靠、运行费用低。目前社会上的脱硫工艺及设备很多,但由于存在投资大、脱硫率低、运行可靠差、运行费用高等很难解决,所以造成很多厂家迟迟没有下决心,或已投运的项目处于开开停停的问题。因此根达到上述的选择原则,我们首先确定“以废治废”的技术思路,开展各项的研究工作。
我司的各级领导对于环保问题作为企业可持续发展的重点来抓,从不抱有任何侥幸的心里,都是以认真负责的态度。到2003年,我司已成功解决了污水的处理实现了达标排放,成为佛山市工业企业废水治理的一个亮点。而对二氧化硫的污染问题,我司领导也十分重视,早在1998年就与华南理工大学共同研究硫化碱法烟气脱硫工艺。此工艺副产硫代硫酸钠,中试时脱硫率可以达到95%以上。但最后
作者简介:黄家垣,男,高级工程师,主要从事企业管理及制浆造纸工程技术工作。
50《造纸科学与技术》 2006年第25卷第3
期
表1
脱硫方法
投资费
脱硫工艺的比较
运行费用加药方式
结垢
废水量
副产品
备注
大型发电厂用最普遍。产生湿的废弃物。去除率高、可靠性好
去除率高、可靠性好,运行费用高简便,但去除率不高、可靠性差。适合靠海工厂。流程简单, 有废弃物问题。适用范围广
可同时去除SOx和NOx。
石灰/石膏法钙-钙双碱法钠钙双碱法简易石灰法氢氧化镁泥浆吸收法
中中中中低
低低高低高
泥浆泥浆溶液溶液溶液
有无无有无
少少多少多
石膏有有无,
干式吸收剂注入法低低干吸收剂无海水吸收法循环流化床法循环流化床锅炉
低高高
高低
水干吸收剂干吸收剂
无无
多无无
无石膏无
表2
塔名称喷雾塔鼓泡塔
XP板塔
脱硫塔形式比较
汽液接触形式雾状液滴汽泡流化状态流化状态液膜液膜
阻力小大中大小大
带水情况大小中中中中
电耗大大中大小大
脱硫效果中好好中中好
可靠性差好好差好差
第一步,气液传质和水合过程,即烟气中SO2分子与水接触时,溶解在水中,并与水分子水合为亚硫酸:
烟气中SO2↓↑(溶解)
水中SO2+H2O[H2SO3
第二步,H2SO3与溶解在水中的碱性脱硫剂作用,生成亚硫酸盐。例如,若用石灰乳作脱硫剂时,它与H2SO3反应生成半水亚硫酸钙沉淀:
H2SO3+Ca(OH)2→CaSO3H2O↓+H2O
22
(2)(2)式,得到石灰湿法脱硫的总反应式为:合并(1)、
SO2+Ca(OH)2→CaSO3H2O↓H2O
22
(3)
湍球塔旋流板塔填料塔
为了找出适合我司脱硫的技术工艺,达到投资省,运行费用低,运行可靠,效果好的目的,我们先后对广州天赐三和、华源瑞丰、华南理工大学、湘潭大学、武汉凯迪、北京绿创环保、淅江天蓝、菲达等二十几家环保公司进行了多次的交流论证,也进行了包括炉内、炉外脱硫的多项试验;最后选用了湖南湘潭大学的钙—钙双碱法脱硫工艺。因为我们觉得钙-钙双碱法较为适合我司的烟气脱硫治理工艺的要求,还有其采用了高效的XP板脱硫塔,加上采用佛山电化厂的废弃物———电石渣。可以大大降低运行费用。
3 钙—钙双碱法脱硫原理
3.1 常规石灰湿法脱硫机理及存在问题
此外,因烟气中含有氧气,少量CaSO3被氧化为CaSO4。
石灰乳脱硫过程生成的亚硫酸钙和硫酸钙在水中的溶解度很小,极易达到过饱和而结晶出来在器壁上形成垢层,严重时将使设备、管道堵塞而无法运行下去。这是石灰法脱硫存在的最大问题,因此本方案不采用石灰乳直接脱硫。3.2 钙—钙双碱法的脱硫及防垢机理
简单地说,烟气中SO2的脱除过程是分两部完成的:
PaperScience&Technology 2006Vol.25No.
3
为解决石灰湿法脱硫中存在的结垢问题,我们在国内外首创了亚硫酸钙悬浮液脱硫法。
51
亚硫酸钙脱硫法的脱硫及防垢机理如下:
当脱硫循环池内的亚硫酸钙悬浮液用循环泵输送到脱硫塔内的XP型塔板上与烟气接触时,烟气中的SO2与亚硫酸钙发生脱硫反应(4):
SO2+CaSO3H2O+H2O→Ca(HSO3)2
22
(4)
4.2 工艺流程
本工艺为二级净化流程。第一级:烟气经文丘
里-水膜除尘段除尘后,灰水进入沉渣池,澄清后泵回文丘里和水膜形成装置,形成水膜,完成第一级净化。一级净化可达95%左右的除尘效率和10%～15%的脱硫效率(与一般的麻石水膜除尘相同)。第二级:完成第一级净化后的烟气接着通过塔内XP型塔板时,与来自脱硫循环池的亚硫酸钙(第一钙)悬浮液进行充分流化接触,SO2并;。,。部分亚硫酸钙浆液,经灰水沟进入沉渣池,并。脱硫后的洁净烟气经主塔上部和副塔上部的二级旋流脱水后由风机送入烟囱排放。
5 钙-钙双碱法工艺特点5.1 脱硫与除尘循环分开
反应(4)生成的Ca(HSO3)2是亚硫酸的酸式盐,在水中的溶解度较大,因而不在塔内结垢。
当脱硫剂从脱硫塔返回脱硫循环池后,反应(4)生成的Ca(HSO3)2与新加入的石灰乳Ca(OH)2发生反应,再生出CaSO3・1/2H2O供循环脱硫使用,池内反应为:
Ca(HSO3)2+CaH2O2
H2+(5)
综上所述,亚硫酸钙悬浮液脱硫的实质是,用亚硫酸钙悬浮液在脱硫塔内脱除SO2并生成溶解度很
大的亚硫酸氢钙,脱硫塔不结垢;塔外循环池内用石灰与亚硫酸氢钙反应,再生出塔内脱硫所需的亚硫酸钙。在这里,循环池实际上是一个反应器。4 工艺流程4.1 工艺流程图
在同一支脱硫塔上由于采用了特殊的结构形
式,脱硫与除尘循环完全分开。如果副产物影响煤灰的出路,可以单独处理,但其他工艺系统就无法处理。
5.2 脱硫率高
采用XP型脱硫除尘塔板,其气液接触是流化状态,比旋流板的膜式接触效果要好许多,实验证明其单板的除尘和脱硫率分别比旋流塔板高5%～10%和20%左右。经环保局验收测试其脱硫率达到
90%以上。
图1 脱硫除尘工程工艺流程图
52《造纸科学与技术》 2006年第25卷第3期
5.3 电耗低316L不锈钢材料。另外此工艺与一般的石灰法不
用脱硫循环泵将脱硫循环池内的亚硫酸钙浆液泵入XP塔板,不用喷头,也无需加压,只将悬浮液送入XP塔板即可。而喷雾方式,其出口压力要求必须达到0.2MPa以上,同样流量情况下其电耗必然大。本工艺系统总的运行容量才30kW,其中循环泵功率才18.5kW。5.4 不易结垢
由于采用双碱法的原理,利用Ca(HSO3)2溶解度大的原理,解决结垢问题。还有就是运行过程中PH控制在6～7就可以,在此pH范围不会结垢。1#脱硫塔自2005年12堵堵塞问题。5.5 运行费用低
表3
项目电石渣电费水费维护管理工人工资合计脱硫量脱硫成本每度电增加费用
年发电量为8500万kWh
同的是不结垢,不影响运行。塔内采用多种脱水结
构,脱水效果好,不会出现风机带水的情况。所以运行至今没有出现过停机的情况。5.7 存在的问题
操作水平要求比较高,运行过程中pH值或浓度控制不当,也会出现结垢现象,造成阻力大。还有虽然采用多种脱水措施,风机带水问题有减轻,但不彻底。6:烟气处理状况
脱硫效果
SO2(mg/m3)1864.
1824.1846.1903.
2099
(mg/m3)
烟尘(mg/m3
)
2250.2147.2139.2207.
2253
备注运输费及购买费用用电功率38kw单价:0.6元/kWh耗量:4t/h 单价:1.5元设备的维修、维护费用:5万元
4×1000
费用
(万元/年)
8
处理前
平均
2055543万元1088t0.4元/kg0.5分/kWh
处理后
平均
去除率%
1850.31857.9115.1109.1111.0109.3111.1111.194.01890.32127.3149.9154.8117.277.289.0117.694.5
每年的运行费用
7 结论
7.1 钙—钙双碱法与钠—钙双碱法一样,避免了在
管道及塔内生成易结垢的亚硫酸钙和硫酸钙;另外采用多种脱水措施;因此系统运行可靠。7.2 钙—钙双碱法采用了高效的XP板结构,提高了脱硫效率。7.3 钙—钙双碱法采用了电石渣作脱硫剂,实现了以废治废的目的,大幅降低运行成本。
由于其Ca/S才1.05,脱硫剂耗用量少,加上采用价格很低的废弃物———电石渣;还有就是系统总的装机容量少运行时的电耗很低。5.6 可靠性好
采用耐磨、耐腐蚀的麻石塔,塔内采用耐腐蚀的
TechnologyandRunningEffectofCa2CaDouble
BaseProcessofFlueGasDesulfurizing
HuangJiayuan LiangMinghuo
(FoshanHuafengPaperCo.Ltd,Foshan528000)
Abstract:Thispaperintroducestheselectingprinciplesoffluegasdesulfurizingtechnologyandequipment,thedesulfurizingmechanism,processflowscheme,technologicalfeaturesanddesulfurizingeffectofCa2Cadoublebaseprocess.
Keywords:fluegasdesulfurizing;Ca2Cadoublebaseprocess;technology;runningeffectPaperScience&Technology 2006Vol.25No.3
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