某鍋爐房脫硫工藝分析與優(yōu)化

劉元斌

【摘 要】本文對(duì)某鏈條爐鍋爐房脫硫工藝進(jìn)行介紹、并對(duì)其實(shí)際應(yīng)用情況，優(yōu)缺點(diǎn)和技術(shù)經(jīng)濟(jì)性作了分析，著重介紹爐內(nèi)脫硫及雙堿法脫硫在本鍋爐房的實(shí)際應(yīng)用，將問題一并闡述的同時(shí)，提出改進(jìn)及優(yōu)化方案。

【關(guān)鍵詞】鏈條爐；固硫劑；雙堿法；SO2

1前言

某鍋爐房有六臺(tái)鏈條爐，主要脫硫措施為脫硫塔雙堿法煙氣脫硫以達(dá)到降低硫含量的目的。

而在實(shí)際使用中，雖可達(dá)到環(huán)保局規(guī)定的硫化物排放標(biāo)準(zhǔn)，但是藥劑損失嚴(yán)重，運(yùn)行成本巨大等情況一直存在，尤難解決。

根據(jù)部分鍋爐房脫硫設(shè)備設(shè)施運(yùn)行使用上的經(jīng)驗(yàn)及新老脫硫技術(shù)的應(yīng)用，結(jié)合某鏈條爐鍋爐房現(xiàn)有脫硫工藝現(xiàn)狀，提出脫硫工藝優(yōu)化、改進(jìn)措施及方案，在達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)，合理降低運(yùn)行成本。

2某鍋爐房脫硫工藝簡介

2.1雙堿法脫硫工藝簡介

煙氣中的SO2在塔內(nèi)吸收，利用SO2氣體與霧化后的堿性吸收液在氣液界面上的平衡度、在液相中的溶解度之間的特性關(guān)系，尤其是氣相中SO2的傳質(zhì)速度、液相中的SO2傳質(zhì)速度、物理吸收傳質(zhì)分系數(shù)、物理吸收液相傳質(zhì)分系數(shù)、SO2在氣相中的分壓、SO2在液相中的濃度等特性，借助于氣體在液體中的擴(kuò)散，對(duì)SO2及粉塵進(jìn)行吸收。氣液間的化學(xué)反應(yīng)強(qiáng)度及反應(yīng)時(shí)間決定吸收率。

物理吸收主要利用氣體、液體的物理特性。當(dāng)煙氣在液體的霧化過程中，實(shí)際上是氣—液兩相間的傳熱傳質(zhì)過程。

液體被霧化后（單位表面積擴(kuò)大了2000余倍），迅速向霧狀液滴大面積擴(kuò)散，使煙氣中的SO2及粉塵與液滴充分接觸。當(dāng)SO2濃度在氣-液兩相間達(dá)到平衡后，SO2溫度降低由氣態(tài)轉(zhuǎn)入液態(tài)，從而更容易被堿性液體充分吸收。

化學(xué)吸收主要利用SO2和堿性吸收液的化學(xué)特性完成下列化學(xué)反應(yīng)：

酸性：SO2屬中等強(qiáng)度的酸性氧化物，可用堿性物質(zhì)吸收，生成鹽類。

氧化性：SO2在水中有中等溶解度，溶于水后生成H2SO3，氧化后可生成穩(wěn)定的H2SO4。

還原性：在與強(qiáng)氧化劑接觸或催化劑及氧存在時(shí)，SO2可被氧化成SO3。

2.2主要化學(xué)反應(yīng)原理（火堿法）

①脫硫過程

SO2+H2O=H2SO3=2H++SO32-

2NaOH+2H++SO32-=Na2SO3+2H2O

Na2SO3+SO2+H2O=2NaHSO3

②再生過程

CaO+H2O=Ca（OH）2

Ca（OH）2+2NaHSO3=Na2SO3+CaSO3+1.5H2O

Ca（OH）2+Na2SO3=2NaOH+CaSO3

CaSO3+1/2O2=CaSO4

由方程式可見在石灰漿液（石灰達(dá)到過飽和狀況）中，NaHSO3很快跟Ca（OH）2反應(yīng)從而釋放出[Na+]，[SO32-}跟[Ca2+]反應(yīng)，反應(yīng)生成的CaSO3以半水化合物形式慢慢沉淀下來而使[Na+]得到再生?？梢奛aOH只是作為一種啟動(dòng)堿，起動(dòng)后實(shí)際消耗的是石灰，理論上不消耗火堿。

2.3雙堿法實(shí)際應(yīng)用情況

大多數(shù)鍋爐房在采用火堿雙堿法的實(shí)際運(yùn)行中，雙堿法的第二個(gè)堿法基本無法實(shí)現(xiàn)，具體原因如下：

①按照上述原理進(jìn)行雙堿法工藝，運(yùn)行中制備石膏則將耗費(fèi)一定的人力、物力及財(cái)力；

②回收的火堿與石膏混合，呈懸浮、黏著狀，進(jìn)入脫硫塔內(nèi)會(huì)附著、甚至堵塞噴嘴等附件上，而所回收的火堿濃度也無法保證；

③石膏未有固定的廠家進(jìn)行回收，經(jīng)濟(jì)價(jià)值極小，如直接排放也將對(duì)堵塞下水管道，產(chǎn)生二次污染；

④生石灰制備熟石灰的過程中反應(yīng)放熱，對(duì)工作環(huán)境有較大影響，也存在一定的安全隱患。

本鍋爐房也與大多數(shù)采用火堿雙堿法脫硫工藝的鍋爐房相同，在雙堿法啟用不久后改為單堿脫硫，具體工藝為在運(yùn)行中采用人工加30%質(zhì)量濃度火堿溶液進(jìn)行脫硫，實(shí)際運(yùn)行中可達(dá)到廢氣排放標(biāo)準(zhǔn)，但與之同時(shí)運(yùn)行成本也相對(duì)較高。

3雙堿法工藝優(yōu)化

3.1現(xiàn)有脫硫劑優(yōu)化分析

雙堿法可采用的與SO2反應(yīng)的物料有多種，如純堿、火堿、氧化鎂、氧化鈣等，而采用火堿進(jìn)行脫硫的方法成本相對(duì)較高?，F(xiàn)用脫硫劑為30%質(zhì)量濃度火堿溶液，只相當(dāng)于10℃下火堿的溶解度，見表1火堿溶解度表：

可見20℃下的火堿溶解度比例最大，也最經(jīng)濟(jì)，因此如繼續(xù)應(yīng)用火堿為反應(yīng)物料，則脫硫劑應(yīng)在20℃下進(jìn)行勾兌，質(zhì)量濃度在100%以上為最佳。

3.2其他脫硫劑探究（純堿法）

考慮火堿成本較高，可考慮以純堿替代，純堿作為反應(yīng)物料的方程式如下：

塔內(nèi)吸收SO2

Na2CO3+SO2=Na2SO3+CO2（1）

CO32-+H2O==HCO3-+OH-（2）

2NaOH+SO2=Na2SO3+H2O（3）

Na2SO3+SO2+H2O=2NaHSO3（4）

以上三式視吸收液酸堿度不同而異，而（1）為所有反應(yīng)過程中的主反應(yīng)，堿性較高時(shí)（PH>9）以（3）式為主要反應(yīng)；堿性稍為降低時(shí)以（1）式為主要反應(yīng)；堿性到中性甚至酸性時(shí)（5

兩種物料的主反應(yīng)方程式如下

Na2CO3+SO2=Na2SO3+CO2

2NaOH+2H++SO32-=Na2SO3+2H2O

可見1mol的Na2CO3可與1mol的SO2反應(yīng)，而2mol的NaOH與1mol的SO2反應(yīng)。在都處理1molSO2的情況下，分別用量為106g（Na2CO3）及80g（NaOH），使用倍數(shù)為1.3倍。

純堿溶解度稍遜于火堿，由表2碳酸鈉溶解度表計(jì)算可知，在30℃溶解度下制備堿液，濃度最高可達(dá)到28%，正常工況下脫硫塔運(yùn)行溫度在30℃以上，完全可以實(shí)現(xiàn)純堿作為物料脫硫。

為避免操作中存在的不安全因素，暫不考慮鈣鎂氧化物作為反應(yīng)物料。

4經(jīng)濟(jì)效益分析

4.1參數(shù)設(shè)定

以下數(shù)據(jù)為實(shí)際用量估算及市場價(jià)格采集值，只作為計(jì)算效益數(shù)據(jù)用，不與實(shí)際值真實(shí)符合，參數(shù)見表3

4.1不同濃度火堿脫硫劑費(fèi)用比較

煤含硫量：0.7%*50000t=350t，可得NaOH用量約為350t*80/64≈437.5t

脫硫劑（火堿100%）費(fèi)用：3500元/t*437.5t=153.125萬元

脫硫劑（火堿30%）費(fèi)用：1400元/t*3.3*437.5t=202.125萬元

4.2純堿固態(tài)脫硫費(fèi)用

Na2CO3用量約為350t*106/64≈580t

純堿（固態(tài)）費(fèi)用：1450元/t*580t=84.1萬元

4.3經(jīng)濟(jì)效益綜合比較

通過以上計(jì)算可知，在固硫劑停用的情況下，使用純堿脫硫的成本最低，建議及時(shí)改進(jìn)、推廣。

5結(jié)論

本文以某鍋爐房脫硫工藝為例，通過探討脫硫工藝及運(yùn)行現(xiàn)狀，提出了文中所述的幾項(xiàng)改進(jìn)措施，得出以下結(jié)論：

1、如繼續(xù)使用火堿脫硫劑，為節(jié)省成本應(yīng)立即要求供貨商增加濃度或者采購固態(tài)火堿自行制備堿液。

2、將火堿改為純堿，效果不變，成本將大大降低，也建議采購固態(tài)純堿自行制備堿液。

3、環(huán)保是一項(xiàng)利國利民的工作，雖然實(shí)施難度大，運(yùn)行成本高，但必須嚴(yán)格執(zhí)行，因此要求相關(guān)人員在運(yùn)行管理中，要將理論與實(shí)踐充分結(jié)合，在確保各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)標(biāo)的情況下，積極控制、降低成本。