第九组双碱法脱硫大气ppt

双碱法脱硫第九组引言

近年来，尽管干法和半干法烟气脱硫技术及其应用得到了较大的发展，但湿法烟气脱硫技术仍是目前世界上应用最多，也是美国环保局尤为推崇的一项烟气脱硫技术。目前，湿法工艺中以湿式钙法占统治地位，然而该技术在运行过程中存在着严重的设备结垢和堵塞问题。针对上述问题，发展出了钠-钙双碱法（简称“双碱法”）。

双碱法烟气脱硫技术是将氢氧化钠或碳酸钠溶液（第一碱）直接打入脱硫塔洗涤脱除烟气中的SO2，脱硫产物为亚硫酸氢钠和亚硫酸钠。然后脱硫产物进入再生池与石灰或石灰石（第二碱）反应再生出氢氧化钠，再生出的氢氧化钠回脱硫塔内循环使用。

2.化学原理

各阶段反应方程式如下:2.1吸收反应

首先SO2溶解在水中并与水反应生成亚硫酸，部分亚硫酸解离成H+、HSO3-及少量的SO32-离子。吸收液中的碱提供OH-离子，与H+离子反应生成水而使H+离子减少。H+离子的减少促进亚硫酸的解离和烟气中SO2的物理溶解。

SO2

（g）→SO2（aq）

SO2（aq）+H2O→H++HSO3-

HSO3-→H++SO32-

H++OH-→H2O

起初碱过剩时，SO2与碱反应生成亚硫酸钠。

2NaOH+SO2→Na2SO3+H2O

Na2CO3+SO2→Na2SO3+CO2↑

待至碱耗尽而继续从烟气中吸收SO2时，则生成亚硫酸氢钠。

Na2SO3+SO2+H2O→2NaHSO3

2.2再生反应

2NaHSO3+CaCO3→Na2SO3+CaSO3·1/2H2O↓+CO2↑+1/2H2O

2NaHSO3+Ca（OH）2→Na2SO3+CaSO3·1/2H2O↓+3/2H2O

Na2SO3+Ca（OH）2+1/2H2O→2NaOH+CaSO3·1/2H2O↓

再生后，NaOH溶液送回吸收系统使用，NaOH与吸收液中的NaHSO3反应生成Na2SO3。

NaHSO3+NaOH→Na2SO3+H2O

由于Na2SO3比碱更易与SO2反应，因而实际上是用Na2SO3和NaHSO3混合溶液洗涤吸收。

2.3氧化得到石膏

2CaSO3+O2+4H2O→2CaSO4·2H2O↓

2.4副反应

吸收液在循环过程中，不可避免地会发生副反应，即少量亚硫酸钠被烟气中的O2氧化为硫酸钠。

2Na2SO3+O2→2Na2SO4

硫酸盐的累积会影响脱硫效率，必须将其从系统中不断地脱除，这也会导致钠碱的损失。

来自锅炉的烟气先经过除尘器除尘，然后烟气经烟道从塔底进入脱硫塔。在脱硫塔内布置若干层（根据具体情况定）旋流板的方式，旋流板塔具有良好的气液接触条件，从塔顶喷下的碱液在旋流板上进行雾化使得烟气中的SO2与喷淋的碱液充分吸收、反应。经脱硫洗涤后的净烟气经过除雾器脱水后进入换热器，升温后的烟气经引风机通过烟囱排入大气。

工艺流程简介最初的双碱法一般只有一个循环水池，NaOH、石灰和脱硫过程中捕集的飞灰同在一个循环池内混合。在清除循环池内的灰渣时，烟灰、反应生成物亚硫酸钙、硫酸钙及石灰渣和未反应的石灰同时被清除，清出的混合物不易综合利用而成为废渣。为克服传统双碱法的缺点，对其进行了改进。主要工艺过程是，清水池一次性加入氢氧化钠制成脱硫液，用泵打入吸收塔进行脱硫。三种生成物均溶于水，在脱硫过程中，烟气夹杂的飞灰同时被循环液湿润而捕集，从吸收塔排出的循环浆液流入沉淀池。灰渣经沉淀定期清除，可回收利用，如制砖等。上清液溢流进入反应池与投加的石灰进行反应，置换出的氢氧化钠溶解在循环水中，同时生成难溶解的亚硫酸钙、硫酸钙和碳酸钙等，可通过沉淀清除。

最初的工艺双碱法烟气脱硫工艺主要包括吸收剂制备和补充系统，烟气系统，SO2吸收系统，脱硫石膏脱水处理系统和电气与控制系统五部分组成。

A、吸收剂制备及补充系统

脱硫装置启动时用氢氧化钠作为吸收剂，氢氧化钠干粉料加入碱液罐中，加水配制成氢氧化钠碱液，碱液被打入返料水池中，由泵打入脱硫塔内进行脱硫，为了将用钠基脱硫剂脱硫后的脱硫产物进行再生还原，需用一个制浆罐。制浆罐中加入的是石灰粉，加水后配成石灰浆液，将石灰浆液打到再生池内，与亚硫酸钠、硫酸钠发生反应。在整个运行过程中，脱硫产生的很多固体残渣等颗粒物经渣浆泵打入石膏脱水处理系统。由于排走的残渣中会损失部分氢氧化钠，所以，在碱液罐中可以定期进行氢氧化钠的补充，以保证整个脱硫系统的正常运行及烟气的达标排放。为避免再生生成的亚硫酸钙、硫酸钙也被打入脱硫塔内容易造成管道及塔内发生结垢、堵塞现象，可以加装瀑气装置进行强制氧化或特将水池做大，再生后的脱硫剂溶液经三级沉淀池充分沉淀保证大的颗粒物不被打回塔体。另外，还可在循环泵前加装过滤器，过滤掉大颗粒物质和液体杂质。

流程明说B、烟气系统

锅炉烟气经烟道进入除尘器进行除尘后进入脱硫塔，洗涤脱硫后的低温烟气经两级除雾器除去雾滴后进入主烟道，经过烟气再热后由烟囱排入大气。当脱硫系统出现故障或检修停运时，系统关闭进出口挡板门，烟气经锅炉原烟道旁路进入烟囱排放。

流程说明C、SO2吸收系统

烟气进入吸收塔内向上流动，与向下喷淋的石灰石浆液以逆流方式洗涤，气液充分接触。脱硫塔采用内置若干层旋流板的方式，塔内最上层脱硫旋流板上布置一根喷管。喷淋的氢氧化钠溶液通过喷浆层喷射到旋流板中轴的布水器上，然后碱液均匀布开，在旋流板的导流作用下，烟气旋转上升，与均匀布在旋流板上的碱液相切，进一步将碱液雾化，充分吸收SO2、SO3、HCl和HF等酸性气体，生成NaSO3、NaHSO3，同时消耗了作为吸收剂的氢氧化钠。用作补给而添加的氢氧化钠碱液进入返料水池与被石灰再生过的氢氧化钠溶液一起经循环泵打入吸收塔循环吸收SO2。

在吸收塔出口处装有两级旋流板（或折流板）除雾器，用来除去烟气在洗涤过程中带出的水雾。在此过程中，烟气携带的烟尘和其它固体颗粒也被除雾器捕获，两级除雾器都设有水冲洗喷嘴，定时对其进行冲洗，避免除雾器堵塞。

流程说明

D、

脱硫产物处理系统

脱硫系统的最终脱硫产物仍然是石膏浆(固体含量约20％)，具体成分为CaSO3、CaSO4，还有部分被氧化后的钠盐NaSO4。从沉淀池底部排浆管排出，由排浆泵送入水力旋流器。由于固体产物中掺杂有各种灰分及NaSO4，严重影响了石膏品质，所以一般以抛弃为主。在水力旋流器内，石膏浆被浓缩(固体含量约40％)之后用泵打到渣处理场，溢流液回流入再生池内。流程说明

E、电气与控制系统

脱硫装置动力电源自电厂配电盘引出，经高压动力电缆接入脱硫电气控制室配电盘。在脱硫电气控制室，电源分为两路，一回经由配电盘、控制开关柜直接与高压电机(浆液循环泵)相连接。另一回接脱硫变压器，其输出端经配电盘、控制开关柜与低压电器相连接，低压配电采用动力中心电动机控制中心供电方式。

系统配备有低压直流电源为电动控制部分提供电源。

脱硫系统的脱硫剂加料设备和旋流分离器实行现场控制，其它实行控制室内脱硫控制盘集中控制，亦可实现就地手动操作。

流程说明

正常运行时，由立式控制盘自动控制各个调节阀，控制脱硫系统石灰供应量和氢氧化钠补给量，要在锅炉负荷变动时能自动予以调节。烟气量的控制是根据锅炉排烟量，由引风机入口挡板通过锅炉负荷信号转换为烟气量与实际引入脱硫装置的烟气量反馈信号控制。吸收剂浆液流量的控制是通过进入脱硫装置的SO2量以及循环浆池中浆液的PH值来控制的。副产品浆液供给量通过吸收剂浆液的流量来控制。除雾装置清洗水的流量、吸收室入口冲洗水的压力以及脱水机排出液流量单独控制。脱硫塔底部的液位亦属于单独控制，即通过补给水量来控制。吸收剂浆池浓度的控制由补给水量调节给料器的转速以控制石灰加入量，继而达到控制浓度的目的。吸收室出口除雾器的清洗是按一定的时间间隔开关喷水阀用补充给水进行冲洗。

流程说明

双碱法原则上有如下优点:Ⅰ.用氢氧化钠脱硫，循环水基本上是氢氧化钠的水溶液，在循环过程中对水泵+管道+设备均无腐蚀与堵塞现象,便于设备的运行与保养。Ⅱ.吸收剂的再生和脱硫渣的沉淀发生在吸收塔外，减少了塔内结垢的可能性，提高了运行的可靠性，同时可以用高效的板式塔或填料塔代替目前广泛使用的喷淋塔，从而大大减小了吸收塔的尺寸，降低了脱硫成本。Ⅲ.钠基吸收液吸收SO2速度快，故可用较小的液气比，达到较高的脱硫效率，一般在90%以上。Ⅳ.对脱硫除尘一体化技术而言，可提高石灰的利用率。基于上述优点，双碱法具有很好的应用前景，但该技术的脱硫效果和运行的稳定性有待进一步提高。同时也存在占地面积大+硫酸根累积导致钠碱损失和系统结垢等问题。

实例：山西某化工企业新建2x55t/h三废锅炉，年利用小时数7000h。应环评要求，烟气处理选择了钠钙双碱法脱硫工艺，脱硫系统采用一炉一塔，共用工艺水系统、氧化系统及废液废渣处理系统，工艺参数如表1所示。存在问题问题1问题3问题2沉淀池易结垢现象NaOH置换率低石膏脱水差沉淀池中脱硫浆液是一种含有固体颗粒的悬浮液，主要由CaSO4·2H2O、氧化不完全形成的CaSO3·1/2H2O以及粉尘颗粒组成。当CaSO4·2H2O，CaSO3·1/2H2O达到饱和时，在沉淀池及污泥泵进口管道内表面上生成并逐步成长结成CaSO4·2H2O硬垢和CaSO3·1/2H2O软垢，此外，烟气中的粉尘在脱硫喷淋洗涤作用下也会进入脱硫浆液，在沉淀池中沉淀形成粉尘硬块，沉淀池底部所形成的硬垢、软垢及粉尘硬块很可能造成板框压滤机前端的污泥泵进口管路堵塞，出现污泥无法抽出甚至烧坏电机的现象，并导致后续板框压滤机脱水系统无法投运，随运行时间的延长，沉淀池只有废渣进入而无法排出，最终沉淀池淤积大量脱硫废渣，导致脱硫系统被迫停运，不得不采取外排沉淀池浆液，人工清理沉淀池废渣，污泥泵进口管路需采取分段切割疏通或拆除更换的方式处理，浪费了大量人力物力，给企业生产管理带来沉重负担。该种清理方案也只是暂时解决沉淀池结垢及污泥泵进口管路堵塞问题，随系统继续投运，上述现象仍会出现，问题并没有根本性解决。1.沉淀池易结垢双碱法脱硫工艺置换反应为:Na2SO3+Ca（OH）2+1/2H2O→2NaOH+CaSO3·1/2H2O↓

传统工艺NaOH置换效率低，仅为60%左右，此种情况下，系统要持续不断的保证脱硫效率，运行人员一般采用如下两种方案:一是在反应池中加入较为过量石灰浆液，但易造成脱硫塔壁、与浆液接触的相关管道、喷嘴及除雾器等部件短期内(一般1-3个月)结垢(如图2)甚至堵塞，还可能造成脱硫副产物中夹杂着较多石灰粉，影响副产物脱水，浪费了石灰粉，随着系统长时间运行，双碱法脱硫最终转变为石灰单碱法脱硫;第二种方案是在清液池中补加40%的NaOH片碱，但NaOH片碱单价为石灰粉价格的10倍左右，大大增加了脱硫剂成本。2.NaOH置换率低浆液中飞灰含量较多、搅拌不充分、氧化空气量不足及氧化空气分布不均匀等会导致石膏氧化过程反应不完全，使浆液中存在过多CaSO3·1/2H2O,CaSO3·1/2H2O为胶体状物质，透气性很差，即使增加污泥泵进水压力也无法很好脱去其中的水分，而且还会降低板框压滤机滤布的使用寿命。此外，脱硫废渣采用板框压滤机单级脱水，还存在进料口易堵塞，滤饼不易取出，处理量小，易破板，滤布消耗大，经常要人工卸料、清洗等缺陷，整套脱水系统自动化程度低，石膏脱水效果差，脱出的石膏含水较多，难以外运处理(如图3)，不利于企业生产管理。3.石膏脱水差工艺改进方案该系统自2012年4月初投运以来，多次出现沉淀池结垢，污泥泵进口管路堵塞甚至板框压滤机不能工作、除雾器堵塞、塔体内壁出现较厚的垢层、脱出石膏含水量大等一系列问题，针对系统存在的缺陷，经过多位专家研究探讨之后，提出以下改进方案(如图4)，取得较好运用效果。将原工艺中的沉淀池改为二级反应池。单级脱水改为二级脱水。运行效果分析该系统自2012年10月开始改造，一个月内完成了改造工程，11月初投入运行。改进工艺克服了传统工艺的一些弊端，具有明显优势。实践结果表明，改进工艺具有以下优点：1.NaOH置换率高传统工艺NaOH置换率低的原因主要可能为:(1)单级置换反应池浆液停留时间较短，即反应物之间的接触反应时间较短，仅为0.5h左右;(2)Ca(OH)2溶解度很低，0℃时仅为0.185mg/L，且随温度的升高溶解度下降，导致反应进行缓慢;(3)反应池浆液成分较为复杂，同时含有SO42-，SO32-，Ca2+，Cl-，Na+，飞灰，未溶解的石灰粉颗粒，CaSO3·1/2H2O及CaSO4·2H2O晶体等，影响了Ca（OH）2和Na2SO4\Na2SO3的传质接触机会。(4)搅拌不充分，单级反应池搅拌在空间上受到限制，容易形成搅拌死角，进而影响置换反应的进行。改进工艺将单级反应改为三级，浆液水力停留时间延长至原来的3倍(约1.5h)，各级反应池中设置搅拌及氧化空气装置，浆液搅拌较为充分，有利于置换反应的进行。鉴于反应物溶解度较低，各个反应池均设置浆液投加装置，可通过阀门开度合理调整石灰浆液投加量，采取一次投加少量、多次投加、多次搅拌溶解的方式，促进置换反应的进行。经计算，改进工艺置换率可达85%左右，比传统工艺提高了近25个百分点。清液池pH值控制在8.0-9.0之间。

，当pH值过低时补充约15%的钠碱即可满足运行要求。2石膏脱水状况改善三级反应池均设氧化空气装置，置换反应生成的CaSO3氧化较为充分，脱硫废渣采用二级脱水工艺，浆液先经过旋流器进行一级脱水，可由20%-30%浓缩至50%-60%，由旋流器底部落入真空皮带脱水机进行二级脱水，从而得到含水率较低的石膏，易外运处理(如图5)。脱硫废渣二级脱水与单级板框压滤机脱水相比，具有过滤效率高、洗涤效果好、自动化程度高、使用维修方便等优点，给企业生产管理带