利用氧化鎂進(jìn)行脫硫脫硝工藝改進(jìn)研究

宋文靜，張鑫洋，宋遠(yuǎn)強(qiáng)，柳知非，孫好芬

(青島理工大學(xué) 環(huán)境與市政工程學(xué)院，山東 青島 266033)

作為一個煤炭資源豐富的大國，通過煤炭資源發(fā)熱發(fā)電的技術(shù)已經(jīng)愈加成熟且廣泛，然而由于煤炭燃燒產(chǎn)生了大量空氣污染物，如二氧化硫、氮氧化物等，這些大氣污染物會破壞大氣層的生態(tài)結(jié)構(gòu)，甚至?xí)茐某粞鯇?，致使紫外線不能被阻擋而危害人類。因此對于燃煤發(fā)電產(chǎn)生的二氧化硫及氮氧化物等空氣污染物的治理迫在眉睫，我們對現(xiàn)有的煙氣脫硫脫硝技術(shù)進(jìn)行了解和對比，發(fā)現(xiàn)燃燒后煙氣脫硫技術(shù)(FGD)是世界上商業(yè)應(yīng)用最廣泛的一種脫硫技術(shù)，而且是控制SO2最有效的工藝[1]。我們對FGD工藝(石灰-石膏法)進(jìn)行了詳盡分析，在FGD工藝(石灰-石膏法)的基礎(chǔ)上，以提高脫硫脫硝效率為主要目的，并且在一定程度上優(yōu)化和改善FGD工藝的脫硫過程中存在的易結(jié)垢、堵塞、腐蝕、耗水量大和回收利用率低等問題，提出了雙堿法脫硫工藝和SCR法脫硝工藝。氧化鎂脫硫脫硝工藝不僅可以有效地提高脫硫效率，比如在相同條件下，工藝中采用的雙堿法的脫硫效率要高于FGD(石灰石-石膏濕法)，脫硫效率能達(dá)到95%～98%[2]。而且SCR法脫硝效率高，氨逃逸率低，成本較低，技術(shù)也較為成熟。同時，氧化鎂脫硫脫硝工藝還提高脫硫脫硝產(chǎn)物利用率、優(yōu)化泵的運(yùn)行方式、設(shè)計(jì)錐體結(jié)構(gòu)防止堵塞堆積等。

1 三倉式脫硫脫硝塔的設(shè)計(jì)

氧化鎂脫硫脫硝吸收塔與FGD工藝相似，都是作為煙氣通過的通道，進(jìn)行煙氣的脫硫反應(yīng)及脫氮反應(yīng)。此工藝的脫硫塔設(shè)計(jì)為三倉式，分為上倉氣體換溫區(qū)，中倉氣體吸收劑洗滌區(qū)，下倉吸收劑漿液池；脫硫塔設(shè)計(jì)為三步式，第一步熱解尿素，第二步混合煙氣，第三步SCR除氮。脫硫脫硝塔的每個部分都具有相應(yīng)的功能，提高整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性[3]。脫硫脫硝塔若分用兩套裝置分別脫硫脫硝，不但占地面積大， 而且投資及生產(chǎn)運(yùn)行費(fèi)用也很高[4]。所以我們將脫硫脫硝塔由煙道連接在一起，成為一體結(jié)構(gòu)。而且為防止固體物的堆積與煙氣預(yù)冷水的倒流，我們把通常的水平煙氣入口設(shè)置成傾斜型式[5]，傾角為12～15°。

1.1 脫硫塔

脫硫塔從下到上可以分為三個倉：下倉-脫硫漿液池、中倉-洗滌區(qū)、上倉-氣體區(qū)。

1.1.1 中倉氣體脫硫洗滌區(qū)

煙氣通過除塵、增壓風(fēng)機(jī)加壓、GGH換熱器降溫進(jìn)入中倉，中倉上方設(shè)有吸收劑漿液噴淋裝置，煙氣被噴淋裝置噴出的吸收劑漿液(吸收劑吸收原理：氫氧化鈉溶液吸收煙氣中的二氧化硫，反應(yīng)生成硫酸氫鈉和亞硫酸鈉[6])初步凈化，在中倉與下倉之間開設(shè)一個管道，并接入至吸收塔漿液池底部，使初步凈化后的煙氣可以通過管道進(jìn)入下倉。中倉中的吸收劑與煙氣均匯入下倉。

1.1.2 下倉脫硫漿液池

初步凈化后的煙氣與中倉反應(yīng)的吸收劑通過管道進(jìn)入吸收劑漿液池底部，與吸收劑充分反應(yīng)。為增大反應(yīng)面積，提高反應(yīng)效率，在下倉內(nèi)設(shè)有循環(huán)泵(將脫硫漿液不斷循環(huán))、鼓泡器(產(chǎn)生大量氣泡，鼓動漿液)和攪拌器(通過攪拌使反應(yīng)物充分混合)；為防止損壞泵或堵塞噴頭，循環(huán)泵吸入口之前安裝過濾器[7]；為防止結(jié)垢，將下倉底部設(shè)為錐體結(jié)構(gòu)；在下倉和上倉之間設(shè)連通器，深度凈化后的煙氣通過連通器飄入上倉。

1.1.3 上倉氣體換溫區(qū)

深度凈化后的煙氣通過連通器進(jìn)入上倉氣體換溫區(qū)，上倉氣體換溫區(qū)是指吸收塔內(nèi)噴淋裝置上部到煙氣出口。氧化鎂脫硫脫硝工藝與FGD系統(tǒng)中使用的除霧器相似，F(xiàn)GD系統(tǒng)中的除霧器通常由除霧器本體及沖洗系統(tǒng)兩部分組成[8]。除霧器本體的作用是通過離心力實(shí)現(xiàn)氣液分離，沖洗系統(tǒng)其作用是定期沖洗由除霧器葉片捕集的液滴、粉塵，保持葉片表面清潔，防止葉片結(jié)垢和堵塞[9]。在氧化鎂脫硫脫硝工藝中除霧器沖洗系統(tǒng)采用的是工業(yè)水，一是降低生產(chǎn)運(yùn)行成本，二是可通過副產(chǎn)物回收處理得到的工業(yè)水循環(huán)。經(jīng)過除霧器后的脫硫煙氣含水量大大降低，通過煙道進(jìn)入脫硝塔脫硝。

1.2 脫硝塔

氧化鎂脫硫脫硝工藝采用SCR法進(jìn)行脫硝。

1.2.1 尿素溶液熱解

本工藝采用濃度為50%左右的尿素溶液為還原劑，尿素溶液先進(jìn)行霧化處理，變成小液滴后進(jìn)入熱解爐進(jìn)行高溫?zé)峤?，溫度?50℃到650℃之間[10]。凈空氣經(jīng)增壓風(fēng)機(jī)進(jìn)入盤管式熱交換器，加熱到450～600℃[11]。后進(jìn)入高溫?zé)峤鉅t與濃度為50%左右的尿素溶液一起熱解，熱解得到氣態(tài)水、二氧化碳和氨氣，隨后進(jìn)入緩沖罐中保溫經(jīng)噴氨格柵噴出。脫硫后的煙氣通過增壓風(fēng)機(jī)增壓進(jìn)入脫硝塔，經(jīng)GGH換熱器與省煤器后與噴氨格柵噴出的混合氣體混合，經(jīng)過整流器進(jìn)入SCR反應(yīng)器，在SCR反應(yīng)器中設(shè)置了三層催化劑：一般一層催化劑脫硝效率為40%，兩層催化劑脫硝效率可達(dá)70%，三層可達(dá)90%[12]。本工藝中選用V2O5，WO3和TIO2為催化劑進(jìn)行催化脫硝，將煙氣中的氮氧化物氧化還原為沒有污染的氮?dú)夂退?，通過煙氣出口排放。由于煙氣通過催化劑進(jìn)行反應(yīng)，故煙塵易在催化劑表面堆積。為了避免堵塞，反應(yīng)器和催化劑需要定期進(jìn)行檢查和清洗，可用壓縮蒸汽或水蒸氣或真空吸塵器等清理[13]。

2 雙層漿液曝氣的設(shè)計(jì)

雙層建筑是指在脫硫塔下面設(shè)漿液曝氣設(shè)備。

2.1 雙層建筑設(shè)計(jì)目的

脫硫劑在經(jīng)過脫硫塔之后產(chǎn)生的廢液中仍含有少量的亞硫酸鈣和亞硫酸氫鈣，為降低廢液中的COD，提高產(chǎn)物回收效率，故需進(jìn)行曝氣處理。同時，為節(jié)省管材，故在脫硫塔下部直接設(shè)漿液曝氣設(shè)備。

2.2 擴(kuò)大漿液曝氣的面積設(shè)計(jì)理念

經(jīng)過在工廠的實(shí)地考察和在網(wǎng)上搜集資料，我們發(fā)現(xiàn)大多數(shù)工廠的漿液曝氣設(shè)備只有一層，而且需循環(huán)曝氣，耗時耗能。于是，我們擬將一層的漿液曝氣設(shè)備改為兩層，中間設(shè)有足夠的空間，使廢液在流過第一層后通過擋板引流至第二層曝氣，既合理利用了空間，又提高了漿液曝氣效率。而且在設(shè)置多層的同時減少廢液流量使液體在漿液曝氣設(shè)備上的厚度減小，即增加廢液與空氣接觸時間和面積，提高曝氣效率。

3 錐體結(jié)構(gòu)

在脫硫塔底部設(shè)錐體結(jié)構(gòu)，減少了漿液流動的死角，增加了反應(yīng)物接觸面積，提高了反應(yīng)效率，避免固體物堆積，防止阻塞塔底部的元件。而且還在脫硫塔錐體結(jié)構(gòu)底部設(shè)鼓泡器、攪拌器和旋流板，四者相輔相成，不但提高了反應(yīng)效率，還減少了

后期維修及機(jī)器使用壽命，達(dá)到了節(jié)能減排的效果。

4 總結(jié)

氧化鎂脫硫脫硝工藝在FGD脫硫脫硝工藝的基礎(chǔ)上進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，將吸收塔煙氣入口設(shè)置為傾斜型式，可以防止固體物的堆積和煙氣預(yù)冷水的倒流；將脫硫脫硝塔設(shè)計(jì)為一體結(jié)構(gòu)并將各部分功能具體化；在設(shè)脫硫塔底為錐形結(jié)構(gòu)并增設(shè)旋流板和攪拌器，減少漿液流動死角，增加反應(yīng)物的接觸面積，提高了脫硫效率，盡量避免結(jié)垢堵塞；采用SCR尿素?zé)峤夥ㄟM(jìn)行脫硫，不但降低了運(yùn)行成本還大大提高了脫硝效率；在回收產(chǎn)物上設(shè)計(jì)了雙層結(jié)構(gòu)和優(yōu)化漿液曝氣池，節(jié)約了能源也提高了反應(yīng)的效率。