DOC《湿式石灰/石膏法与双碱法在烟气脱硫中的对比》

湿式石灰/石膏法与双碱法在烟气脱硫中的对比 刘国晨1,2 (1.

低品位难处理黄金资源综合利用国家重点实验室,福建 上杭 364200;

2.厦门紫金矿冶技术有限公司,福建 厦门 361101) 摘要:结合福建某矿业公司技改前后两种烟气脱硫工艺实践,分别介绍了湿式石灰/石膏法、双碱法在烟气脱硫中工艺反应原理,通过生产实践对比,论述了该司脱硫技改选用湿式石灰/石膏法的原因. 关键词:湿式石灰/石膏法;

双碱法;

烟气脱硫;

对比 Comparisons between wet limestone-gypsum and dual-alkaliin FGD LIU Guochen1,2 (1.State Key Laboratory of Comprehensive Utilization of Low-Grade Refractory Gold Ores,Shanghang Fujian 364200,China.2.Xiamen Zijin Technology Co.Ltd of Mining and Metallurgy,Xiamen Fujian 361101,China) Abstract:With the transformation of the two kinds of FGD technology practice in a mining company, the paper introduces the reaction principle of wet limestone-gypsum and dual-alkali in FGD process,through some comparisons in the production practice,discusses the reasons for the company desulfurization technically improvement choosing wet limestone-gypsum. Keywords:wet limestone-gypsum dual-alkali FGD comparison

1 烟气脱硫概述 福建某矿业公司主要经营铁矿采选,铁精粉加工.因铁矿中含硫,在制作铁球团的竖炉过程中,硫燃烧后会产生含二氧化硫的烟气[1].由于该司二氧化硫排放总量指标有限,现有的脱硫设施已不能满足环保要求,宜进行烟气脱硫改造,吸收剂采用石灰粉.现新建脱硫烟囱,运用湿式石灰/石膏法脱硫工艺进行脱硫,净烟气从脱硫烟囱排放,二氧化硫平均排放含量≤100mg/m3. 烟气脱硫,即从烟道气或其他工业废气中除去硫氧化物(主要为SO2).其技术特点是利用吸收剂来洗涤烟气以吸收烟气中的SO2[2].目前,烟气脱硫较为成熟的工艺主要有湿式石灰/石灰石―石膏法、干法脱硫、海水脱硫、双碱法、氧化镁法和氨吸收法等,而世界上普遍使用的烟气脱硫商业化技术是湿式石灰/石灰石―石膏法,所占比例在90%以上[3]. 2011年初,该司开始采用双碱法烟气脱硫技术进行脱硫.该工艺以NaOH(片碱)和石灰(氢氧化钙)两种碱性物质作为脱硫剂,长期投入生产.然随着近年来,浅部矿山已接近开采后期,为综合利用资源,回收边角贫化矿石,造成部分铁矿石含硫偏高,烟气进口SO2浓度最高可达8500mg/m3,这导致脱硫塔脱硫能力严重不够,经处理后的SO2未能达标排放.2014年4月至6月间,该司又实现竖炉扩容技改,烟气量进一步增加,加之国家出台的钢铁行业SO2排放新标准(现役烧结球团SO2≤200mg/m3)[4].在实际应用中,双碱法脱硫使用效果也变得并不理想,仍然出现结垢、运行成本高和烟囱腐蚀等各种难以解决的问题.综上所述,该矿业公司竖炉工段烟气脱硫技改已势在必行. 2016年5月,该司根据竖炉烟气的实际工况条件,提出湿式石灰/石膏法烟气脱硫方案.同年年底,主体工程投资约1000万元的竖炉烟气脱硫工艺技改项目在我公司正式投入运行.生产实践近半年以来,湿式石灰/石膏法烟气脱硫工艺日趋成熟,各项指标良好,成效显著.

2 主要脱硫工艺反应原理 2.1 双碱法烟气脱硫工艺 (1)工艺过程 在脱硫塔内,将片碱一次性制成水溶液打入其中脱硫.随后,将石灰投加到反应池中,使其与上清液溢流即脱硫产物反应再生出NaOH重复利用.同时在沉淀池中沉淀清除反应产生的难溶解的亚硫酸钙、硫酸钙等.系统中还设置氧化池,通过鼓风曝气,使脱硫渣(Na2SO4)产生氧化作用生成CaSO4・2H2O,并产生NaOH脱硫液一并循环利用. (2)反应机理 ① 脱硫过程 2NaOH+SO2→Na2SO3+H2O Na2SO3+SO2+H2O→2NaHSO3 ② 再生过程 Ca(OH)2+Na2SO3→2NaOH+CaSO3 Ca(OH)2+2NaHSO3 →Na2SO3+ CaSO3↓+2H2O ③ 氧化过程 Na2SO3+1/2O2→Na2SO4 Ca(OH)2+Na2SO4+2H2O→2NaOH+CaSO4・2H2O(s)↓ 双碱法脱硫,因NaOH水溶液溶解度高,促使反应完全,保证了脱硫效率.在循环过程中对水泵、管道、设备均无腐蚀与堵塞现象,便于设备运行与保养[5].但氧化过程Na2SO4较难再生,增加了碱的消耗量.另外,Na2SO4的存在也影响了石膏的品质. 2.2 湿式石灰/石膏法烟气脱硫工艺 (1)工艺过程 在吸收系统,通过两台DS―多相反应器(脱硫塔)串联,吸收浆液(石灰粉与水混合搅拌制成)与烟气接触混合,烟气中的二氧化硫与浆液中的氢氧化钙以及鼓入的氧化空气进行化学反应被吸收脱除,最终产物为石膏.脱硫后的烟气依次经过除雾器除去雾滴后经防腐烟囱排放.工艺流程如下图1所示: 图1 湿式石灰/石膏法烟气脱硫工艺流程 Fig.1 Technology flowsheet of wet limestone-gypsum in FGD (2)反应机理 ① 溶解 CaO+H2O → Ca(OH)2 → Ca2++2OH- ② 吸收 SO2+H2O → H++HSO3-→2H++SO32- Ca2++2HSO3-→Ca(HSO3)2 Ca2++SO32-→CaSO3 ③ 氧化 Ca(HSO3)2+O2→CaSO4+2H++SO42- CaSO3+1/2O2→CaSO4 ④ 结晶 CaSO4+2H2O→CaSO4・2H2O(s)↓ DS―多相反应器是一种全新的二氧化硫烟气吸收塔,整体采用进口高分子材料制作,本身具有天然的耐腐蚀性能.它利用吸收塔自身结构对烟气和浆液进行充分混合雾化,烟气、浆液通道顺畅通达,彻底解决堵塞问题,即使吸收塔壁面偶有结垢现象也不影响吸收塔使用[6].此外,双塔串联运行也能保证SO2高去除率.

3 烟气脱硫工艺技改前后比较 3.1 两种脱硫工艺的比较 表1 湿式石灰/石膏法与双碱法工艺指标的对比 Table

1 Comparisons of technic index between wet limestone-gypsum and dual-alkali 工艺 内容 双碱法 湿式 石灰/石膏法 Ca/S比1.0~1.03 1.0~1.03 NaOH消耗量(Na/S) 0.1

0 SO2去除率 80~98 80~99 液气比 1~6 2~12 适应SO2浓度 中等浓度 高浓度 3.2 技改前后石灰粉的用量 表2 湿式石灰/石膏法与双碱法中石灰粉用量的对比 Table

2 Comparisons of dosage of lime between wet limestone-gypsum and dual-alkali 各班用量 (t) 日累计用量 (t) 石灰粉单价 (元) 日累计总价 (元) 双碱法脱硫 1.5 4.5

470 2115 湿式石灰/石膏法脱硫 1.3~1.5 4.2

590 2478 3.3 主要脱硫系统电力设备表比较 技改前(双碱法) 表3 双碱法脱硫系统中的电力设备相关参数 Table

3 Related parameters of power equipment in dual-alkali desulfurization system 序号 设备名称 电压(Kv) 安装数量 运行数量 工作 系数 电机总率(Kw) 装机总功率(Kw) 计算功率(Kw)

1 循环泵 0.38

2 1

1 37

74 55.5

2 循环槽搅拌机 0.38

4 4

1 7.5

30 24

3 浆液排出泵 0.38

4 2

1 2.2 8.8 6.6

4 氧化风机 0.38

1 1

1 22

22 17.6 合计

11 7 134.8 103.7 技改后(湿式石灰/石膏法) 表4 湿式石灰/石膏法脱硫系统中的电力设备相关参数 Table

4 Related parameters of power equipment in wet limestone-gypsum desulfurization system 序号 设备名称 电压(Kv) 安装数量 运行数量 工作系数 电机总率(Kw) 装机总功率(Kw) 计算功率(Kw)

1 循环泵 0.38

4 2

1 90

180 135

2 循环槽搅拌机 0.38

6 6

1 7.5

45 33.8

3 浆液排出泵 0.38

1 1

1 7.5 7.5 5.6

4 氧化风机 0.38

1 1

1 75

75 56.3

5 螺旋给料机 0.38

1 1 0.3

3 3 0.7

6 螺旋计量称 0.38

1 1 0.5

3 3 1.1

7 制浆槽搅拌 0.38

1 1

1 7.5 7.5 5.6

8 吸收剂给料泵 0.38

2 1 0.5 5.5 5.5 2.1 合计

18 15 326.5 240.2 注:设计与实际的差异 原脱硫系统的系统总装机容量为134.8 Kw,实际消耗功率103.7 Kw. 现脱硫系统的系统总装机容量为326.5 Kw,实际消耗功率240.2 Kw. 3.4 年运行成本比对 (1)双碱法脱硫工艺 ① 石灰粉的年消耗费用:2115*30*12=76.14(万元) ② 年用电费:103.7*24*30*12*0.55=49.28(万元) ③ 片碱的年消耗费用: 现场调查:一天要加入3t片碱,一吨片碱3500元3500*3*30*12=378(万元) ④ 年人工费用: 人员配置:技改前有9个员工,以3万元/年计算 9*3=27(万元) (2)湿式石灰/石膏法脱硫工艺 ① 石灰粉的年消耗费用:2478*30*12=89.21(万元) ② 年用电费:240.2*24*30*12*0.55=114.15(万元) ③ 年人工费用(万元): 人员配置:技改后有12个员工,以3.5万元/年计算 12*3.5=42(万元)

4 湿式石灰/石膏法烟气脱硫生产实践 我公司竖炉烟气脱硫工艺技改项目自2012年年底正式投入运行以来,采用湿式石灰/石膏法烟气脱硫工艺,取代此前的双碱法脱硫工艺.生产实践近半年,结果显示,各项指标良好,成效显著. 2012年12月6日,县环境监测站对我公司二氧化硫排放量进行了监测,报告显示,我公司二氧化硫排放量控制得当,数据符合国家标准.报告内容如下表: 表5 二氧化硫相关参数监测结果 Table

5 Monitoring results of related parameters of sulfur dioxide 测点 位置 监测项目 分?析?结?果123平均值 处理设施进口烟气产生量,m3/h 8.52*104 8.79*104 8.82*104 8.71*104 烟尘实测浓度,mg/m3 44.4 45.4 41.7 43.8 二氧化硫实测浓度,mg/m3 1.79*103 1.89*103 1.87*103 1.85*103 氮氧化物实测浓度,mg/m3

8 8

6 7 处理设施出口烟气排放量,m3/h 8.92*104 9.33*104 9.62*104 9.29*104 烟尘实测浓度,mg/m3 13.4 12.8 12.0 12.7 二氧化硫实测浓度,mg/m3

34 68

28 43 氮氧化物实测浓度,mg/m3

12 14

14 13 烟气黑度