淀粉廠配套鍋爐煙氣脫硫與綜合利用技術探討

王海波

（山東省壽光市環(huán)境保護局，山東 壽光 262700）

1 引言

目前，國內(nèi)外正在研究或已經(jīng)在使用的煙氣脫硫的方法很多，根據(jù)生成物是否應用，脫硫方法可分為拋棄法和回收法，前者的生成物作為固體廢棄物拋棄，后者則加以回收。單純從脫硫費用來講，回收法較拋棄法費用要高。從大力發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟，走可持續(xù)發(fā)展的道路的要求來看，回收法可以綜合利用硫資源，避免產(chǎn)生固體污染物的二次污染。同時，回收的產(chǎn)品可以抵消部分脫硫費用，無疑是應該大力提倡和最優(yōu)選用的脫硫方法，但問題是怎樣才能很好地發(fā)揮煙氣脫硫產(chǎn)品應用價值。因為從國內(nèi)外煙氣脫硫的發(fā)展來看，產(chǎn)品銷路往往是限制脫硫經(jīng)濟可行性的主要原因，所以脫硫副產(chǎn)品能夠在本企業(yè)內(nèi)作為原料得到很好的應用無疑是最佳的選擇。

玉米淀粉在生產(chǎn)過程中需用硫磺燃燒得到的二氧化硫制取亞硫酸浸泡玉米，如果用煙氣中的SO2制取亞硫酸，一方面可以解決煙氣脫硫副產(chǎn)品的銷路問題，另一方面通過廢物綜合利用，可以降低生產(chǎn)成本。在基于以上思路的基礎上，對一個淀粉生產(chǎn)企業(yè)的配套鍋爐進行了工藝選擇和小型試驗分析。

2 淀粉生產(chǎn)中亞硫酸的制取

玉米淀粉生產(chǎn)中使用亞硫酸作為浸泡玉米的浸液，浸泡溫度為68±2℃，浸泡時亞硫酸濃度為0.15%～0.30%，浸泡時間36～48h。對亞硫酸的質(zhì)量要求不高，純度大于90%，含有少量的H2SO4等雜質(zhì)不影響浸泡效果和淀粉質(zhì)量。玉米淀粉廠自制亞硫酸生產(chǎn)工藝為:用燃硫爐燃燒硫磺生成SO2氣體，通過水噴淋洗滌SO2，洗滌液作為亞硫酸溶液，調(diào)節(jié)亞硫酸濃度到合適濃度，送入玉米浸泡車間使用。在硫磺燃燒與水吸收的過程中有SO2尾氣的產(chǎn)生和排放，從實際監(jiān)測看，一個硫磺投加周期，尾氣中SO2的濃度在250～1900mg／m3之間，用一級噴淋塔洗滌，最高濃度有時很難達到國家有關排放標準的要求。

從報道看，國內(nèi)外現(xiàn)已運用或正在研究的煙氣濕法脫硫中，沒有以亞硫酸為直接副產(chǎn)品的，但是以SO2為主要副產(chǎn)物的方法卻比較多，因此可選用從SO2制取亞硫酸。目前比較流行且有一定實驗基礎的，以SO2為副產(chǎn)物的主要方法包括氨－酸法，真工藝成熟，設備簡單，操作方便，但是要消耗大量的氨和硫酸，大量副產(chǎn)氮肥，對于淀粉生產(chǎn)企業(yè)原料供應和副產(chǎn)品銷售都有一定困難，因而不宜采用；鈉鹽－酸分解法，以Na2CO3做吸收劑，消耗大量的Na2CO3，副產(chǎn)大量鈉鹽價值很低，銷售是最大的問題，不易做到綜合利用；氧化鎂法，目前較為普遍采用，副產(chǎn)高濃度SO2，需要氧化鎂礦石作吸收劑，原材料受地域限制；活性碳吸附法，SO2氧化反應較多，還原時，會消耗過多的炭，費用較高；亞硫酸鈉循環(huán)法，也稱威爾曼洛得鈉法，被廣為采用，工藝成熟，操作管理方便，亞硫酸鈉循環(huán)使用，原材料消耗很少，運行費用較低，只有一種副產(chǎn)品即高濃度SO2，便于制備亞硫酸，無二次污染，該方法比較適合于淀粉廠鍋爐煙氣脫硫和綜合利用。

3 煙氣脫硫及綜合利用實驗

3.1 設計工藝流程

以亞硫酸鈉循環(huán)法（Wellman lord－Na法）的工藝原理為基礎，根據(jù)淀粉廠鍋爐及淀粉生產(chǎn)工藝的要求，設計一套適用于淀粉煙氣脫硫和綜合利用的工藝，利用Na2CO3或NaOH溶液作為開始吸收劑，在低溫下吸收煙氣中SO2，同時生成Na2SO3，Na2SO3還可以繼續(xù)吸收煙氣中的SO2而生成NaHSO3。將含Na2SO3－NaHSO3的吸收液進行加熱再生，放出SO2，以水吸收SO2生成亞硫酸；在加熱再生過程中得到亞硫酸鈉結(jié)晶和溶液，加水溶解后返回吸收系統(tǒng)。

吸收過程采用串聯(lián)二塔二級吸收，第一級吸收塔主要作用是脫除煙氣中大量的SO2，使吸收液飽和度增加，第二級吸收塔利用再生后的吸收液吸收煙氣中的SO2，由于再生后的吸收液面上有很低的SO2分壓力，吸收能力很強，可使煙氣中SO2脫除到較低濃度，從而達到國家允許排放標準。

3.2 煙氣脫硫工藝中改善措施

（1）在這套工藝中，根據(jù)前人的實驗和理論推導，影響吸收液吸收效率的因素主要有吸收液濃度、溫度和S／C比，經(jīng)驗認為采用較低濃度和S／C較小的吸收液、降低吸收液溫度可以增強吸收SO2的能力。在實際運用中可以根據(jù)情況認真調(diào)整，以達到需要。

（2）該法的主要缺點是堿耗問題。由于燃燒過程中氧化副反應的存在，會使吸收液中Na2SO4含量因為富集而不斷增加。實際證明Na2SO4濃度越高，吸收效率越低，當吸收液中Na2SO4含量達到5%時，就需要將母液排出一部分，補充新鮮堿液，因而存在堿耗，解決這個問題的辦法主要有包括，降低母液溫度至0℃附近。在0℃附近Na2SO4的溶解度很小，可將大部分Na2SO4結(jié)晶出來。此方法可以大大降低堿耗，但是需增加一套制冷設備的投資和運行費用；加入適量消石灰使Na2SO4轉(zhuǎn)變成CaSO4而被除去。在吸收液中加入一定量的阻氧劑，如對苯乙胺及對苯二酚，可以減少氧化副反應的進行。

（3）煙氣溫度問題。濕法脫硫之后，煙氣溫度會大副下降，一般降至70～80℃，對煙氣的擴散較為不利，在國外一般采取增加后燃燒器等方法提高煙氣溫度來加以解決，但是考慮到節(jié)省費用和污染物濃度已較低，國內(nèi)一般不進行二次煙氣增溫處理，煙氣的擴散一般在可以接受的范圍內(nèi)。

（4）關鍵設備應做的選擇。吸收系統(tǒng)的吸收塔按工藝要求選擇。脫吸系統(tǒng)的結(jié)晶蒸發(fā)器以外加熱的強制循環(huán)蒸發(fā)器為好。為防止脫吸系統(tǒng)結(jié)垢、提高熱交換器的效率，宜采用軸流泵做大流量循環(huán)。

3.3 工藝測試

與壽光本地一家年產(chǎn)20萬t玉米淀粉企業(yè)合作，使用該企業(yè)閑置小型篩板吸收塔，引該企業(yè)配套鍋爐部分煙氣進行小型試驗，篩板孔徑為20mm，空塔速度采用約15m／s，液氣比約為1.2L／m3。試驗期間煙氣SO2初始濃度2625～3301mg／m3，煙氣溫度138～142℃，煙氣經(jīng)預冷至100℃以下，經(jīng)吸收后，煙氣溫度73～81℃，SO2濃度降至486～570mg／m3，脫硫效率平均約為83%。產(chǎn)生亞硫酸溶液能夠滿足淀粉生產(chǎn)的要求。

以上實驗是對這種方式的可能性做了研究，因亞硫酸鈉循環(huán)法為成熟工藝，因此完全可以借用已有的技術資料進行設計，直接進行中試。

3.4 亞硫酸生產(chǎn)與淀粉生產(chǎn)的平衡

以下以壽光市本地某淀粉廠為例對煙氣脫硫中產(chǎn)生的亞硫酸與淀粉生產(chǎn)中的亞硫酸供需情況做簡單估算。淀粉廠為年產(chǎn)20萬t玉米淀粉企業(yè)，該廠以硫磺制亞硫酸，噸淀粉耗硫磺2kg，年耗硫磺（S）400t。該廠配套鍋爐總噸位70t／h，正常生產(chǎn)鍋爐負荷為50t／h，燃燒煤種全硫分2.5%，年用煤量4.9萬t。以全硫分80%轉(zhuǎn)化為SO2，而SO280%被吸收利用計算，每年可相當于回收S為784t。除去部分轉(zhuǎn)化為硫酸鹽的硫分完全能夠保證淀粉生產(chǎn)中亞硫酸的需求，但是會有相當于384t的S剩余，需要轉(zhuǎn)換其它產(chǎn)品出售。

4 結(jié)語

據(jù)已有的文獻，該套工藝脫硫效率較高，一般可達到90%～95%，連續(xù)運轉(zhuǎn)能力強，副產(chǎn)品純度較高，吸收液循環(huán)利用，藥劑損失少，裝置緊湊，站地面積小，基本無二次污染，基建投資，操作費用均比較低，處理能力范圍大，特別是副產(chǎn)品能夠綜合利用，從小型試驗的結(jié)果來看，脫硫效率能夠達到國家標準的要求，生產(chǎn)的副產(chǎn)品也能夠滿足淀粉生產(chǎn)的需要，可為較大型淀粉生產(chǎn)企業(yè)治理煙氣SO2污染時借鑒，但仍存在一些問題需要解決。

（1）實驗數(shù)據(jù)不足。該研究主要根據(jù)國內(nèi)外現(xiàn)已成熟的技術進行工藝組合和改進，由于經(jīng)費等原因，僅對該方法進行可行性探討和實驗，對改進后的工藝未作充分的實驗對比，實驗數(shù)據(jù)較少，實際應用前應進行各種條件下的實驗，獲得第一手實驗數(shù)據(jù)，對掌握最優(yōu)的操作流程將會有很大的幫助。

（2）粉塵對工藝及產(chǎn)品的影響。對些未做分析和考慮，可以參考已有資料，在小試中未對淀粉生產(chǎn)產(chǎn)生影響。

（3）廠內(nèi)S的平衡問題。S的平衡受到煤的硫分含量、脫硫效率、用煤量等多種因素的影響，從物料衡算看，煙氣脫硫后S產(chǎn)生量要大于淀粉生產(chǎn)過程的需要，因此還存在過量S的處理問題，需要在實際生產(chǎn)中加以解決。

（4）經(jīng)濟技術分析。以硫磺粉1120元／t換算，對于年產(chǎn)20萬t玉米淀粉企業(yè)每年可節(jié)省49萬元，在不考慮運行費用的前提下，有比較好的經(jīng)濟效益，但是因資料不足未做詳細的效益分析。

［1］沈 鐸，黃世鴻.空氣污染與控制［M］.北京:中國環(huán)境科學出版社，2000.

［2］郝吉明，馬廣大.大氣污染控制工程［M］.北京:高等教育出版社，2000.