一、概述:

某公司現(xiàn)有一臺4噸鍋爐，由于鍋爐燃煤主要以煙煤為主，燃燒灰份大、發(fā)熱量低且含硫高，所以鍋爐出口煙氣中，煙塵及二氧化硫的初始濃度都比較高，為滿足環(huán)保對鍋爐煙氣排放的要求，需要對煙氣進行率的除塵脫硫處理。本方案目的即為探求治理高濃度煙氣的合理、經(jīng)濟、可靠的環(huán)保工藝。
本著貴單位意見結(jié)合我公司治理經(jīng)驗，在鍋爐出口安裝除塵脫硫器，除塵效率達到90%以上，除塵器本體阻力小于1000Pa,處理后煙氣的煙塵濃度可達到30mg/Nm³以下，能滿足嚴格的環(huán)保排放要求。
二、燃煤鍋爐煙氣脫硫技術(shù)比較
鍋爐脫硫方法多種多樣，但煙氣脫硫(FGD)是世界上惟一大規(guī)模商業(yè)應用的、有效的脫硫方法，而這其中濕法脫硫又是效率高、脫硫劑高的，同時濕法脫硫由于用在除塵器后，不但不增加除塵器負荷，而且具有相當?shù)某龎m效率，可以適當減少除塵器的效率，并在除塵器故障時，起到彌補除塵的作用，確保煙氣99%達標排放。由于濕法脫硫具有很多特點，使得它在世界脫硫工藝中具有很重要的位置，據(jù)統(tǒng)計，運行脫硫設(shè)備中，濕法脫硫占到了90%以上的比例。對于濕式脫硫，按脫硫劑的不同，應用較多的主要有石灰（石灰石）法、鈉堿法、氧化鎂法、氨法、雙堿法等，
①石灰（石灰石）法FGD是一種低成本、率的脫硫方法，但由于石灰（石灰石）難溶于水、與SO₂反應過程較慢，在脫硫中需要極大的持液量，當要求達到90%以上的脫硫效率時，其氣液比至少需達到8以上，這樣導致的結(jié)果是增加設(shè)備成本和消耗大量的能源，不適合小型鍋爐使用。
由于常規(guī)的石灰（石灰石）法投資及運行費用一般廠家無法忍受，所以在我國的中小型鍋爐采用的都是簡易石灰法，即省去了常規(guī)石灰法中的很大一部份設(shè)備。這樣的石灰法的脫硫效率會有所下降，一般在70%左右，另外易出現(xiàn)結(jié)垢現(xiàn)象，影響了設(shè)備的正常運行，甚至堵塞設(shè)備，直至導致鍋爐停運。
         ②鈉堿法是一種率的脫硫方法，同時還具有反應速度快，氣液比小等優(yōu)勢，但是由于鈉堿價格比較貴，市場價格是生石灰的10倍以上，用在小型工業(yè)鍋爐還差不多，對于貴公司則將大規(guī)模提高脫硫成本，據(jù)測算，這種脫硫方法的成本較雙堿法高出5~8倍，且由于脫硫生成為易溶于水，對環(huán)境有害的物質(zhì)，對脫硫水進行處理，增加運行成本。
         ③氨法脫硫與鈉堿法一樣具有許多優(yōu)點，但價格同樣高，市場上液氨價格在3000元/噸以上，是生石灰的30多倍，同時液氨需用壓力容器運輸，大規(guī)格應用時，極不方便，而且氨法脫硫產(chǎn)物亞硫酸銨會造成二次污染，必需建立包含氧化、二次蒸發(fā)、結(jié)晶、濃縮、過濾、干燥等復雜的脫硫產(chǎn)物處理系統(tǒng)，設(shè)備投資大，可以說氨法脫硫的工藝流程就是一個化工廠，因此，除非特殊場合，人們一般不用氨法脫硫。
④為解決石灰法投資大、運行成本高易堵塞設(shè)備的問題，人們開發(fā)出了雙堿法，即直接參與吸收塔內(nèi)脫硫反應的是溶解度高、反應速度快的NaOH和Na₂CO₃，但其生成物Na₂SO₃和NaHSO₃又通過苛化反應，成了NaOH。因此終消耗的是廉價的石灰。濕式雙堿法脫硫是一種低成本、率的脫硫方法。在本工藝中，由于消耗的是石灰，與使用價格高出幾倍的氧化鎂、氨水相比，運行成本大大降低，同時由于直接反生反應的是NaOH和Na₂CO₃，提高了反應速度與效率，大大減少了持液量，同時，由于直接脫硫劑是堿性強、反應活性好的NaOH，因此據(jù)相關(guān)資料和我公司經(jīng)驗，脫硫效率高可達95%甚至高。
經(jīng)過上述對比，可以看到，雙堿法不但脫硫效率高和運行可靠性高，而且在一次性投資和運行費用方面也有很大的優(yōu)勢，也不會造成二次污染，因而是加適合我國國情的一種成熟工藝。結(jié)合離柳公司的具體情況，在該煙氣脫硫項目中采用雙堿法脫硫工藝。
 
表2-1：中小型鍋爐幾種典型脫硫方法的簡單比較：

脫硫方法	脫硫效率	氣液比	能耗	脫硫成本	運行狀態(tài)	脫硫產(chǎn)物
簡易石灰法	＜75%	≥2	很大	低	易堵塞	易處理
鈉堿法	≥90%	≤1	較小	高	良好	難處理
氨法	＞90%	≤1	較小	高	良好	難處理
雙堿法	≥90%	≤1	較小	較低	良好	易處理

 
2.2雙堿法濕法脫硫介紹
雙堿法脫硫工藝是為了克服石灰／石灰石法煙氣脫硫容易結(jié)垢、需要循環(huán)水量大、能耗高的缺點而發(fā)展起來的，鈉鈣雙堿法（Na₂C0₃-Ca(OH)₂）用純堿啟動、鈉堿吸收S0₂、石灰，后吸收液循環(huán)使用.
本方案的鈉鈣雙堿法脫硫是在一玻璃鋼圓筒形反應器中，以含Na₂CO₃的循環(huán)水為吸收劑，根據(jù)煤的全硫分含量及煙氣中SO₂濃度，通過特殊的噴頭，使吸收劑霧化，煙氣和霧化后的吸收劑在反應板上充分混合、接觸，SO₂與Na₂CO₃發(fā)生化學反應，生成易溶于水的Na₂SO₃及NaHSO₃，完成脫硫反應。吸收SO₂后的吸收液，經(jīng)過加入Ca（OH）₂乳液后，發(fā)生反應，完成鈉堿，同時生成脫硫終反應物—CaSO₃·1/2H₂O沉淀，然后CaSO₃·1/2H₂O沉淀與循環(huán)水經(jīng)壓濾機壓濾分離，清液經(jīng)補充Na₂CO₃后，用于循環(huán)吸收，脫硫產(chǎn)物與除塵器中未分離的煙塵一起形成固體濾餅后，可以繼續(xù)氧化并制成石膏或直接送到填埋場填埋。
 
三、方案依據(jù)和方案原則
      3.1方案編制的依據(jù)
3.1.1鍋爐參數(shù)
⑴鍋爐額定蒸發(fā)量：4t/h
⑵鍋爐數(shù)量：1臺
⑶鍋爐年運行時間：6000小時
⑷鍋爐煙氣量：16000m³/h
⑸除塵器類型：濕式除塵脫硫器
⑹排煙溫度：170⁰C
3.1.2燃煤參數(shù)
⑴鍋爐煤耗：     t/h
⑵燃煤全硫分：    %
3.1.3大氣污染物排放標準
根據(jù)GB13271-2001《大氣污染物排放標準》大氣污染物允許排放濃度為：
煙塵： 30mg/Nm³           SO₂：200mg/Nm³
      3.2方案編制的原則
⑴適用于4噸鍋爐煙氣濕法脫硫項目。
⑵本技術(shù)方案采用我公司的濕式雙堿法脫硫的專有技術(shù)。
        ⑶技術(shù)成熟可靠，經(jīng)濟合理。
⑷技術(shù)有較大的適用性，可根據(jù)不同工況條件進行調(diào)整。
⑸濕法脫硫過程同時有相當?shù)某龎m效率，因此可適當降低除塵器的除塵要求，并在除塵器故障時起到輔助除塵作用。
章、濕法脫硫系統(tǒng)
一、脫硫機理說明
 
1.1雙堿法濕法脫硫技術(shù)原理
1.1.1脫硫原理
雙堿法脫硫工藝是為了克服石灰／石灰石法煙氣脫硫容易結(jié)垢、需要循環(huán)水量大、能耗高的缺點而發(fā)展起來的，鈉鈣雙堿法（Na₂C0₃-Ca(OH)₂）用純堿啟動、鈉堿吸收S0₂、石灰，后吸收液循環(huán)使用。
本方案中雙堿法脫硫基本化學原理可用下列反應式表示：
a、脫硫反應
Na₂CO₃+ SO₂ →Na₂SO₃+CO₂                ⑴
NaOH+ SO₂ →Na₂SO₃+H₂O                   ⑵
Na₂SO₃+ SO₂+H₂O→NaHSO₃                             ⑶
以上三個反應中，⑴式為啟動反應，在正常反應中，脫硫吸收液堿性較高時，⑵式為主要反應式；堿性降低到中性甚至弱酸性時，則按⑶式發(fā)生反應。
b、過程
Na₂CO₃+ SO₂ →Na₂SO₃+CO₂                ⑴
NaOH+ SO₂ →Na₂SO₃+H₂O                   ⑵
Na₂SO₃+ SO₂+H₂O→NaHSO₃                             ⑶
以上三個反應中，⑴式為啟動反應，在正常反應中，脫硫吸收液堿性較高時，⑵式為主要反應式；堿性降低到中性甚至弱酸性時，則按⑶式發(fā)生反應。
b、過程
NaHSO₃+ Ca（OH）₂→Na₂SO₃+ CaSO₃↓+H₂O
Na₂SO₃+ Ca（OH）₂→NaOH+ CaSO₃↓
在池內(nèi)，當往酸性吸收水中加入石灰乳液后，NaHSO₃很快跟石灰反應釋放出Na⁺，隨后生成的SO₃^2-又繼續(xù)跟石灰反應，生成的產(chǎn)物以半水合物CaSO₃·1/2H₂O的形式沉淀下來，從而達到鈉堿的目的。
1.1.2具體工藝選擇
對于雙堿法脫硫，可分為濃堿法和稀堿法。在本方案中，因煙氣含硫較高，SO₃^2-氧化率高，易出現(xiàn)結(jié)垢，因此采用濃堿法，采取軟化措施降低循環(huán)吸收液中CaSO₄的含量，以降低結(jié)垢風險。
1.1.3雙堿法優(yōu)點
較之石灰石法等其它脫硫工藝，雙堿法脫硫有以下優(yōu)點：
⑴鈉堿吸收劑反應活性高、吸收速度快，在液氣比一定的情況下，脫硫達到較高的脫硫效率；
⑵塔內(nèi)和循環(huán)管道內(nèi)的液相為鈉基清液，吸收劑、吸收產(chǎn)物的溶解度大，和沉淀分離在塔外，可大大降低塔內(nèi)和管道內(nèi)的結(jié)垢機會；
⑶吸收速度快，可降低液氣比（液氣比不超過1l/m³），從而降低運行費用；
⑷脫硫渣無毒，溶解度小，無二次污染，可綜合利用；
⑸石灰作劑（實際消耗物），可靠，來源廣泛，價格低；
⑹操作簡便，系統(tǒng)可長期穩(wěn)定運行。
1.2輔助除塵機理
脫硫設(shè)備在濕法脫硫的同時，具有一定的除塵功能，在除塵器故障時，可起到輔助除塵的作用。
脫硫塔內(nèi)部的主要除塵結(jié)構(gòu)為PS型無溢流篩板，當煙氣通過時，高度分散并通過塔板上的1200余個篩孔，并與板上方噴淋下來的循環(huán)水發(fā)生劇烈接觸，水被氣流沖激撕裂，從而霧化而產(chǎn)生許多粒徑百微米級的小小滴，并在篩板上方形成一層幾十厘米高的三相流化層，從而使得煙氣與噴淋水的接觸成幾何級增加。工業(yè)試驗得到的規(guī)律認為：只要             
Do≤100d（式中Do指水滴直徑，d代表塵粒直徑）   
同時它們間存在足夠的相對速度，固體微粒就能穿過水滴表面的液膜而粘結(jié)在一起。這樣，由于煙氣與噴淋水的劇烈碰撞，煙氣中的粒子基本被除去，剩余的極少數(shù)的煙塵粒子則在上面的旋流板上得到進一步凈化，從而達到佳凈化效果。
二、系統(tǒng)設(shè)計說明
        結(jié)合公司多年從事除塵脫硫的經(jīng)驗，在本方案中，我們摒棄了脫硫效率不太高、運行中易出現(xiàn)堵塞等現(xiàn)象的石灰法，采用的是脫硫效率高，運行平穩(wěn)的雙堿法。經(jīng)過我們在北京等環(huán)保要求嚴格的城市對脫硫情況的調(diào)查和實際應用，對于率簡易濕法脫硫中，應用的基本上都是雙堿法，其脫硫效率都達到了90%以上，且運行可靠性好。
   2.1吸收設(shè)備：
除脫硫工藝的選擇外，我們的主吸收塔采用的是傳質(zhì)性能好、脫硫效率高的篩板塔。由于主吸收板-無溢流篩的開孔率較低，開孔數(shù)多達數(shù)千個，煙氣分散性遠遠高于旋流板，煙氣經(jīng)過時，對板上布水產(chǎn)生強烈沖擊和撕裂，二次霧化效果好，噴淋水粒徑小，水滴與煙氣的接觸大大增加，因而脫硫效率高，同時由于提高了傳質(zhì)效率，降低了液氣比，減少了運行費用。在材料上，脫硫設(shè)備主吸收塔筒體采用耐磨耐腐性特別好的碳鋼材料，增加一層防腐層。
2.2脫硫劑的加入：
由于采用了雙堿法的工藝，脫硫劑有兩種：生石灰和Na₂CO₃。這二者中Na₂CO₃每班定量連續(xù)添加的方法進行加入脫硫設(shè)備附近的循環(huán)池中，以補充脫硫系統(tǒng)運行中損失的Na₂CO₃；生石灰則儲藏在倉庫中，通過庫底的螺旋給料機加入石灰乳生成罐中，并被制成5%的石灰乳后加入。
2.3循環(huán)水：
經(jīng)脫硫設(shè)備吸收SO₂后的酸性循環(huán)水，出脫硫塔，在塔附近循環(huán)池系統(tǒng)集中，其中80%吸收水再回脫硫塔，只有20%的吸收液去，在池內(nèi)，加入5%石灰乳液后，發(fā)生反應：
NaHSO₃+ Ca（OH）₂→Na₂SO₃+ CaSO₃↓+H₂O
Na₂SO₃+ Ca（OH）₂→NaOH+ CaSO₃↓
NaOH得到，同時產(chǎn)生難溶于水，對環(huán)境無害的CaSO₃半水合物的沉淀，經(jīng)沉淀池濃縮后，打撈出去，的NaOH溶液則由泵打回脫硫塔再利用。
2.4防結(jié)垢措施：
采用雙堿法脫硫的目的就是防止結(jié)垢，但若控制不當，也有結(jié)垢的風險，主要原因為運行中，由于煙氣中存在氧氣，脫硫吸收液中生成的SO₃^2-會被部份氧化成SO₄^2-，在低硫煤、空氣過剩系數(shù)大的情況下，氧化率尤其大。
當脫硫吸收液中存在一定濃度的SO₄^2-時，在脫硫液的程序，加入石灰乳（Ca（OH）₂）后，由于Ca SO₄的溶解度是Ca SO₃的10倍，不但影響鈉堿的，而且會使得進脫硫塔吸收液中含有大量的CaSO₄。在我公司的雙堿法脫硫工藝中，為防止出現(xiàn)結(jié)垢，除了在吸收設(shè)備上采取措施外，對于系統(tǒng)運行參數(shù)的選定上，也采取了降低進脫硫塔吸收液中Ca²⁺的濃度：①在時加入稍過量的石灰，利用同離子效應降低CaSO₄的溶解度；②在后加入Na₂CO₃，由于它能與Ca²⁺反應生成溶解度極小的CaCO₃，起到類似軟化循環(huán)水的作用，這樣經(jīng)過這些處理后，進入脫硫塔的吸收水中Ca²⁺濃度保持在極低的水平，因而不會出現(xiàn)結(jié)垢現(xiàn)象。
 
2.5脫硫渣的處理：
在雙堿法脫硫工藝中，終的脫硫產(chǎn)物為CaSO₃的半水合物，它難溶于水，對環(huán)境無害，可直接去填埋，也可以繼續(xù)氧化并干燥制成石膏以達到廢物利用的目的。
 
三、脫硫工藝及設(shè)備
 
3.1工藝流程設(shè)計
結(jié)合4t鍋爐運行的特點，從工程投資、設(shè)備運行、資源利用等方面綜合考慮，本方案脫硫吸收設(shè)備采用篩板塔的形式。
鍋爐來高含塵含硫煙氣首先在塔板上篩孔的作用下，煙氣加速并被分散成數(shù)千份，與篩板上方噴淋下來的吸收液猛烈碰撞，將脫硫液霧化成小的液滴，形成良好的霧化吸收區(qū)，煙氣中的SO₂與脫硫液中的堿性脫硫劑在霧化區(qū)內(nèi)充分接觸反應，含有的絕大部分SO₂被除去，煙氣得凈化。經(jīng)脫硫后的煙氣向上通過塔頂?shù)某F板，利用煙氣本身的旋轉(zhuǎn)作用與旋流除霧板的導向作用，產(chǎn)生強大的離心作用，將煙氣中的液滴甩向塔壁，從而有效地除去煙氣中的水滴。脫硫并除去水霧后的煙氣可直接進入煙道并由煙囪排放。脫硫塔設(shè)有旁路，當脫硫系統(tǒng)內(nèi)故障或其他原理需停用脫硫系統(tǒng)時，可直接打開旁路煙道，讓煙氣在短時間內(nèi)不經(jīng)脫硫直接排放。
脫硫液采用內(nèi)循環(huán)吸收方式。吸收了SO₂的脫硫液流入脫硫塔旁的循環(huán)池后，由循環(huán)泵打回塔內(nèi)，完成下一循環(huán)。同時，為了保持脫流液中脫硫劑濃度的相對穩(wěn)定，從塔釜分出脫硫液20％的循環(huán)液量進入池，與脫硫劑制備系統(tǒng)輸送過來的石灰漿液充分混合，后的漿液進入沉淀池沉淀，上層清液由泵打回循環(huán)池，并由循環(huán)泵打回塔內(nèi)。
池、沉淀池和泵前池下部的脫硫渣以及少量的灰渣等沉淀物，由渣漿泵打到水力旋流器中進一步濃縮，上層清液返回沉淀池，下層渣水混合物送入廂式壓慮機壓濾。壓濾之后的灰渣送至灰場堆放，達到一定數(shù)量之后統(tǒng)一外運，慮液則返回泵前池循環(huán)利用。沉淀池的設(shè)置主要為濃縮脫硫產(chǎn)物，因此，也可利用濃縮器代替沉淀池。
脫硫劑制備系統(tǒng)包括斗式提升機、石灰儲倉、螺旋加料機、石灰乳罐、石灰漿液儲罐、石灰漿液泵等設(shè)備。斗式提升機將生石灰提升到石灰儲倉內(nèi)儲存，白螺旋加料機輸送至石灰乳罐中，配制一定濃度的石灰漿液?；彝戤吅笥墒覞{液泵根據(jù)脫硫的pH值定量的將石灰漿液送至池與塔釜溢流出來的脫硫液混合，從而間接控制脫硫液PH值，保證脫硫效率。
   另外，由于渣帶水會使脫硫液損失一部分鈉離子，故需在池補充少量純堿。外購純堿儲藏在倉內(nèi)，每班用純堿定量一次性加入溶堿罐中，制成10%純堿液后，連續(xù)加入循環(huán)池內(nèi)，以補充系統(tǒng)內(nèi)損耗掉的純堿。
3.2  系統(tǒng)主要工藝參數(shù)

項     目	參數(shù)	備注
設(shè)計處理煙氣量（m3/h）	16000	\
設(shè)計脫硫效率（%）	90	\
總SO2吸收率（kg/h）	30	\
SO2實際排放濃度（mg/Nm3）	＜200	\
脫硫塔循環(huán)水量（m3/h）	18	1塔/1爐
總石灰消耗速率（kg/h）		Ca/S=1.02，純度85%
總純堿消耗速率（kg/h）		\
循環(huán)池容積（m3）
池容積（m3）
沉淀池容積（m3）
石灰倉容積（m3）

3.3濕法脫硫設(shè)備
濕法脫硫設(shè)備是脫硫系統(tǒng)的核心設(shè)備，它采用的是篩板加旋流板板的形式，塔體材質(zhì)為FRP復合材料主題為上維901#樹脂，塔板玻璃纖維編制網(wǎng)板，在酸、堿以及其它腐蝕介質(zhì)中均具有高度的化學穩(wěn)定性，耐酸堿率在95％以上。除霧板除霧效率在99％以上。1臺鍋爐用1臺脫硫塔。
脫硫塔主要技術(shù)參數(shù)如下：
型號： SCT-4
塔體內(nèi)徑：塔體內(nèi)徑：1800mm
塔體高度：塔體高度：6000mm
煙氣入口尺寸：φ800mm
煙氣出口尺寸：φ800mm
脫硫塔臺數(shù)：1臺 
3.4脫硫劑添加設(shè)備
脫硫劑添加系統(tǒng)包括溶堿罐等設(shè)備。
一個班用純堿一次性加入溶堿罐內(nèi)加入工業(yè)水，通過攪拌，制成10%的純堿液，再定量加入池后，起到補充純堿和軟化吸收水和作用。
 
3.5脫硫液循環(huán)設(shè)備
循環(huán)設(shè)備包括循環(huán)池、循環(huán)泵及循環(huán)管路。循環(huán)泵選用渣污泵，一用一備，共2臺。為保證脫硫除塵吸收液循環(huán)池中不發(fā)生沉淀，在循環(huán)池內(nèi)設(shè)置攪拌器。
 
3.6脫硫液設(shè)備
脫硫劑設(shè)備包括石灰倉、石灰乳罐、池、軟化池、沉淀池等設(shè)備。
石灰倉容積鍋爐運行時3天的用量。外購生石灰加入石灰倉內(nèi)儲藏，使用時通過給料機定量加到石灰乳罐中溶解，再通過石灰乳泵加入循環(huán)水中。
脫硫除塵器出來的脫硫除塵吸收液含有脫硫產(chǎn)物Na₂SO₃、NaHSO₃、少量煙塵等物質(zhì)，其中Na₂SO₃仍具有脫硫能力，為提高脫硫劑的利用率和減少吸收液的處理量，吸收液大部份在脫硫塔附近循環(huán)池集中后再次由循環(huán)泵打回脫硫塔循環(huán)利用，只有20%左右去脫硫液池。在池內(nèi)加入5%石灰乳液后，發(fā)生反應：
  NaHSO₃+ Ca（OH）₂→Na₂SO₃+ CaSO₃↓+H₂O
Na₂SO₃+ Ca（OH）₂→NaOH+ CaSO₃↓
由于煙氣中存在部分氧化反應：
SO₃^2-+O₂→SO₄^2-
脫硫液進入池后，由于CaSO₄溶解度較CaSO₃大約10倍，因此導致脫硫液中含有大量的SO₄^2-，為此，在時加入稍過量的石灰，以利用同離子效應，降低CaSO₄的溶解度，使它沉淀下來。
加入過量石灰乳后的脫硫液中，由于石灰及CaSO₄的溶解度都較大，含有較高濃度的Ca²⁺，若不除去將導致在脫硫設(shè)備內(nèi)增加結(jié)垢風險。為此我們在脫硫液后增加了一道軟化工序，加入Na₂CO₃：
CO₃^2-+ Ca²⁺=CaCO₃↓
由于CaCO₃溶解度和CaSO₃基本相同，都屬于極難溶于水，因此使得進入脫硫塔的吸收液中Ca²⁺含量很低，不致于引起結(jié)垢。
并軟化后的脫硫液進入沉淀池中，上部澄清液返回循環(huán)池，池底濃縮漿液經(jīng)灰水分離器分離后，進一步濃縮的漿液再去壓濾機壓濾，濾渣后去填埋。
回水管路選用高壓FRP管，不但可解決腐蝕問題，因FRP管內(nèi)壁比鋼管光滑，還可有效防止結(jié)垢。
 
3.7系統(tǒng)阻力和溫降
系統(tǒng)阻力：根據(jù)我公司實際測算，濕法脫硫設(shè)備阻力小于1000Pa。
溫降：經(jīng)過濕法除塵脫硫后，煙氣溫降小于90℃。