XP型亞硫酸鈣脫硫除塵技術(shù)及工業(yè)應(yīng)用經(jīng)驗
內(nèi)容提供：北京利徳衡環(huán)保工程有限公司
摘要：本文介紹了XP型亞硫酸鈣脫硫技術(shù)的主要機理、特點、工藝流程和工業(yè)應(yīng)用，并結(jié)合我公司從事脫硫行業(yè)的經(jīng)驗，給出了我們對脫硫行業(yè)發(fā)展的一些體會和實際運行中一些應(yīng)注意的問題。
XP型亞硫酸鈣脫硫除塵技術(shù)于94年由湘潭大學開發(fā)成功，2002年我公司引入該項技術(shù)，進一步完善了該項技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用。該技術(shù)擁有三項獲國家專利， 99年列入國家科技部“九五”重點攻關(guān)項目，2001年1月通過國家鑒定，結(jié)論是“該項研究有較大創(chuàng)新，總體上達到國際先進水平”。同年，獲科技部等四部委優(yōu)秀成果獎。此外，該技術(shù)還獲得湖南省科技進步二等獎，教育部科技進步二等獎，北京市科技進步三等獎及第五屆中國環(huán)保產(chǎn)業(yè)暨第七屆國際環(huán)保產(chǎn)品博覽會金獎。目前，已在北京、廣西、廣東、四川、重慶、湖南、湖北、江西、江蘇、內(nèi)蒙古、黑龍江、山西等地區(qū)的電站鍋爐、供暖鍋爐及工業(yè)窯爐上應(yīng)用300多臺套。在眾多工程業(yè)績中，最大噸位220t/h(電站鍋爐)，最高除塵效率99.2％(電站煤粉爐)，最高脫硫效率96.2％(工業(yè)窯爐，進口SO2平均濃度 8500mg/m3)。尤其在北京地區(qū)實行新標準（SO2排放濃度≤150mg/Nm3，煙塵排放濃度≤50mg/Nm3）并要求安裝煙氣在線監(jiān)測儀以來，在城區(qū)我們占有較大的市場份額。為此，2004年12月中國環(huán)保產(chǎn)業(yè)協(xié)會鍋爐窯爐脫硫除塵委員會會同北京機械工業(yè)協(xié)會動力分會對該技術(shù)進行了專家評議，認為該技術(shù)先進成熟，高效可靠，具有自主知識產(chǎn)權(quán)，可以替代進口技術(shù)，建議向全國廣泛推廣應(yīng)用。
1、XP亞硫酸鈣脫硫技術(shù)簡介
濕式石灰（石灰石）－石膏法是當今世界上技術(shù)最成熟、實際應(yīng)用最多、運行最穩(wěn)定的脫硫工藝。濕式鈣法的優(yōu)點是效率和脫硫劑利用率高，缺點是由于脫硫過程生成的CaSO3·1/2H2O和 CaSO4·2H2O溶解度很低，設(shè)備易結(jié)垢、堵塞，使系統(tǒng)無法運行。為解決結(jié)垢問題，70年代國外開發(fā)了鈉-鈣雙堿法和低pH值漿液脫硫等技術(shù)，但它們都存在一些問題。
目前我國大型煙氣脫硫裝置大都采用國外低pH值漿液空塔噴淋脫硫技術(shù)，依靠高液氣比和低pH值運行，投資及運行費用過高。為解決低液氣比下系統(tǒng)結(jié)垢問題，我們在國家“九五”攻關(guān)脫硫子專題的研究中，提出了亞硫酸鈣脫硫新工藝。該技術(shù)利用XP型脫硫除塵部件作為反應(yīng)的核心部件，脫硫液(亞硫酸鈣懸浮液)在塔內(nèi)XP型傳質(zhì)部件上與煙氣中SO2反應(yīng)生成溶解度很大的亞硫酸氫鈣（因而不結(jié)垢），反應(yīng)后的脫硫液(主要是亞硫酸氫鈣)在脫硫循環(huán)池內(nèi)用石灰漿再生出亞硫酸鈣供循環(huán)脫硫使用，并排出部分亞硫酸鈣懸浮液，經(jīng)氧化、脫水后生成脫硫石膏，進行回收利用。這是一種類似雙堿法、新型的全鈣基間接石灰—石膏脫硫法（也稱鈣-鈣雙堿法）。
1.1 亞硫酸鈣脫硫技術(shù)及防垢機理
為解決石灰濕法脫硫中存在的結(jié)垢問題，我們在國內(nèi)外首創(chuàng)了亞硫酸鈣脫硫技術(shù)，其脫硫及防垢機理如下：
當脫硫循環(huán)池內(nèi)的亞硫酸鈣懸浮液用循環(huán)泵輸送到脫硫塔內(nèi)的XP型塔板上與煙氣接觸時，煙氣中的SO2與亞硫酸鈣發(fā)生脫硫反應(yīng)（4）：
SO2+CaSO3·1/2H2O+1/2H2O→Ca(HSO3)2
反應(yīng)（4）生成的Ca（HSO3）2是亞硫酸的酸式鹽，在水中的溶解度較大，因而不在塔內(nèi)結(jié)垢。
當脫硫劑從脫硫塔返回脫硫循環(huán)池后，反應(yīng)（4）生成的Ca（HSO3）2與新加入的石灰乳Ca（OH）2發(fā)生反應(yīng)，再生出CaSO3·1/2H2O供循環(huán)脫硫使用，池內(nèi)反應(yīng)為：
Ca(HSO3)2+Ca(OH)2→2CaSO3·1/2H2O+3/2H2O
綜上所述，我們發(fā)明的亞硫酸鈣懸浮液脫硫的實質(zhì)是，用亞硫酸鈣懸浮液在脫硫塔內(nèi)脫除SO2并生成溶解度很大的亞硫酸氫鈣，脫硫塔不結(jié)垢；塔外循環(huán)池內(nèi)用石灰與亞硫酸氫鈣反應(yīng)，再生出塔內(nèi)脫硫所需的亞硫酸鈣。在這里，循環(huán)池實際上是一個再生反應(yīng)器。
1.2 亞硫酸鈣脫硫技術(shù)工藝的主要特點
1.2.1 采用亞硫酸鈣懸浮液脫硫工藝，簡化了工藝流程，從理論上解釋、實踐上解決了石灰濕法脫硫的結(jié)垢問題，保證了運行的可靠性。據(jù)測定，亞硫酸鈣、硫酸鈣溶解度分別為0.0043g/100gH2O、0.223 g/100g H2O，而亞硫酸氫鈣溶解度為12.4 g/100gH2O，為亞硫酸鈣、硫酸鈣溶解度的2883.7倍和55.6倍。因此，用亞硫酸鈣懸浮液脫硫后生成的亞硫酸氫鈣不易結(jié)垢，系統(tǒng)能穩(wěn)定運行。
1.2.2采用亞硫酸鈣懸浮液脫硫工藝，能提高脫硫液進塔pH值，降低了液氣比。目前我國已用的幾種引進國外濕法脫硫技術(shù)中大部分液氣比在15L/m3以上，如重慶珞磺電廠（日本三菱技術(shù)）為25～26 L/m3，北京第一熱電廠（德國BISCHOFF技術(shù)）為12.5～19 L/m3，運行pH值皆均都在4.5～6.0之間。而亞硫酸鈣脫硫技術(shù)液氣比小于4L/m3，運行pH值在5.5～7.0之間。脫硫反應(yīng)中，脫硫液的pH 值是影響脫硫效率的關(guān)鍵因素，同等的液氣比下，pH值越高，脫硫效率越高。因此，傳統(tǒng)鈣法脫硫由于pH值較低，為達到較高的脫硫效率，必須提高液氣比，相應(yīng)運行費用也大大增加。
1.2.3 脫硫劑采用石灰，價格低廉，來源廣泛，運行簡單方便。在所有的脫硫劑中，石灰具有相當大的價格優(yōu)勢。常用的脫硫劑價格（到廠價）：石灰約150元/噸，氧化鎂約500元/噸，，純堿約900元/噸，液氨約2300元/噸。此外，用石灰做脫硫劑能生產(chǎn)出穩(wěn)定的石膏，無二次污染，石膏外銷能增加一定的經(jīng)濟效益。
1.3 XP型脫硫除塵部件的特點
1.3.1脫硫、除塵效率高，脫硫效率達90%以上，能耗低。XP型脫硫除塵部件具有特殊的板型和孔型布置，它既是一種很好的氣液傳質(zhì)設(shè)備，又是一種極好的除塵設(shè)備，國內(nèi)外未見使用這種部件進行除塵與脫硫的報道。當煙氣通過該部件時，煙氣被高度分散，并與亞硫酸鈣漿液強烈攪動，氣液之間有很大的接觸面積，因而能將前級除塵器中未脫除的細塵潤濕和捕集，并將SO2脫除。對比實測結(jié)果表明，在相同條件下，XP型脫硫除塵部件的單板除塵率和脫硫率分別比旋流板高出5～10%和20%左右。
1.3.2 XP型脫硫除塵部件可實現(xiàn)脫硫效率可控，具備跟隨脫硫標準不斷提高而能滿足排放達標的能力。讓用戶既可用最小能耗完成脫硫排放，又用不著為脫硫標準不斷提高以及脫硫煤質(zhì)波動而憂心。
1.3.3 XP型脫硫除塵部件為溢流降液式，系統(tǒng)運行時，部件上總是能保持一定的液面高度，保證了穩(wěn)定的持液量。因此，脫硫效率受鍋爐負荷變化的影響小，當負荷在30％～110％范圍內(nèi)的變化時仍能達標。
1.3.4 XP型部件其布水裝置無需使用噴頭，因而避免了噴頭布水所帶來的進液壓力要求（通常為0.2MPa以上），大大降低了循環(huán)泵的揚程和電機功率，節(jié)約了運行費用，同時也避免了噴嘴堵塞。
1.4 濕法脫硫工藝流程
1.4.1 總工藝：
除塵器后煙氣由引風機送入濕式脫硫塔脫硫(脫硫效率 90％以上)，并進一步去除煙氣中的細塵，脫水除霧后，對煙氣進行加熱使脫硫后煙氣溫度升高到80℃以上，進入煙囪排放。脫硫過程生成的亞硫酸鈣漿液經(jīng)氧化池氧化成硫酸鈣，再由水力旋流器濃縮后進入真空過濾機，過濾出二水硫酸鈣即脫硫石膏，濾液大部分返回石灰乳制漿系統(tǒng)制漿，少部分處理后排放。脫硫石膏可直接外售給水泥廠作為輔料，也可作為石膏板廠的生產(chǎn)原料，或制成石膏砌塊，實現(xiàn)脫硫產(chǎn)物的綜合利用。為保證引風機長期安全運行，可將引風機布置在濕式脫硫塔之前，除塵器之后。
如果采用脫硫除塵一體化設(shè)備，如傳統(tǒng)的麻石水膜除塵器加XP型脫硫技術(shù)，則工藝流程上有所區(qū)別，一是需要建沉淀池對除塵灰和脫硫產(chǎn)物進行處理；二是引風機置于脫硫塔之后，脫硫塔為負壓運行。一般這種工藝適合有濕式除塵設(shè)備和沉淀池的鍋爐脫硫改造。
（2）各系統(tǒng)流程
根據(jù)總工藝流程，整個脫硫可分為五大系統(tǒng)：煙氣脫硫系統(tǒng)、石灰乳制備系統(tǒng)、脫硫產(chǎn)物后處理系統(tǒng)、自控和電控系統(tǒng)及公用工程系統(tǒng)。主要流程如下：
a. 煙氣氣路：鍋爐空氣預(yù)熱器――除塵器――引風機――煙道――均氣室——脫硫部件－—除霧器—―煙氣加熱—―煙道――煙囪。
b. 脫硫水路：布水器——脫硫部件——脫硫循環(huán)池——脫硫循環(huán)泵——布水器；
c. 石灰乳水路：石灰粉料倉――螺旋加灰機――石灰乳池――石灰乳泵(根據(jù)測定的pH值反饋控制送漿量)——脫硫循環(huán)池。石灰乳池用水由回用過濾水提供。
d. 脫硫產(chǎn)物后處理：脫硫循環(huán)池――亞硫酸鈣輸送泵――氧化池――石膏輸送泵――水力旋流分離器――真空過濾機――石膏成品(含水≤10%)――裝車外運。過濾和濃縮后濾液回用，小部分廢水經(jīng)絮凝沉淀后排出。氧化用空氣由羅茨風機提供。脫硫產(chǎn)物的后處理可根據(jù)用戶不同情況和要求，采取不同的方法：(a)脫硫產(chǎn)物亞硫酸鈣漿液直接排入沉淀池（系統(tǒng)有沉淀池的情況），在沉淀池內(nèi)沉淀，抓出。(b)亞硫酸鈣漿液經(jīng)濃縮后，直接排入鍋爐出渣系統(tǒng)，同爐渣一同處理。 (c)實現(xiàn)產(chǎn)物后處理的全流程，生成石膏。
e. 脫硫除塵系統(tǒng)可DCS控制系統(tǒng)，對煙氣的壓力、溫度、流量、pH值及各主要設(shè)備運行狀態(tài)、供水系統(tǒng)流程進行監(jiān)控，把各個數(shù)據(jù)采集至操作站和控制室，確保整個工藝流程安全穩(wěn)定運行。當然，也可采用簡單的自控系統(tǒng)，對系統(tǒng)的關(guān)鍵運行參數(shù)pH值等進行監(jiān)控，可大大降低自控系統(tǒng)的費用，同樣能達到系統(tǒng)穩(wěn)定運行的目的。
1.5 煙氣再加熱措施
脫硫后，煙氣溫度一般在50℃左右，為防止低溫煙氣在后部煙道及煙囪里冷凝析出水，腐蝕煙道和煙囪，一般需對排放煙氣進行再加熱或者對煙道和煙囪進行防腐處理？筛鶕(jù)實際情況，采取不同的方案：
1.5.1 電廠目前普便采用的GGH加熱，可把尾部煙氣提高到80℃以上，但存在投資較大，并且系統(tǒng)增加約800-1000Pa的阻力，運行維護費用也較高。
1.5.2 根據(jù)我們在北京等地完成的脫硫除塵項目的經(jīng)驗，將經(jīng)鍋爐空氣預(yù)熱器（省煤器）預(yù)熱后的富余部分熱空氣混入脫硫后冷煙氣中，可將脫硫后煙氣由50℃左右提高到65℃以上，使排煙溫度超過煙氣露點15℃左右，這樣可基本保證煙道和煙囪無冷凝水析出。此種方案投資低，總投資低，操作簡單，無運行費用。
1.5.3 如不采用加熱措施，需對尾部煙道及煙囪進行防腐處理或塔頂加濕煙囪，該種措施根據(jù)當?shù)貙嶋H情況而定。
2、脫硫除塵技術(shù)實踐的幾點體會
2.1脫硫除塵技術(shù)是一項涉及多學科的系統(tǒng)工程
脫硫除塵是一項多學科的技術(shù)，它涉及到機械學、熱力學、流體力學、反應(yīng)化學、建筑學、材料學等學科。脫硫除塵是一項系統(tǒng)工程，它包括脫硫除塵設(shè)備、脫硫除塵工藝、脫硫除塵運行管理三個子系統(tǒng)。因此，對一項脫硫除塵技術(shù)要采用科學的態(tài)度，樹立系統(tǒng)的觀念，運用價值工程原理，綜合評判其性能價格比。
2.2脫硫除塵系統(tǒng)是在使用中不斷完善的
脫硫除塵是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程，不同的用戶盡管鍋爐噸位相同，技術(shù)、工藝路線相同，但因鍋爐形式、燃燒狀況、煙氣工況、燃煤質(zhì)量、風煤比、脫硫劑質(zhì)量、水質(zhì)、水量、氣候及使用管理等條件的不同，運行效果各不相同。此外，任何一個系統(tǒng)設(shè)備的安裝都需要一個安裝、調(diào)試、改進等過程。
2.3脫硫除塵系統(tǒng)的運行管理需要領(lǐng)導重視
任何一項工作離開了領(lǐng)導的重視都很難做好，脫硫除塵系統(tǒng)的運行需要一個科學的管理程序，更離不開領(lǐng)導的重視。從運行管理好的用戶經(jīng)驗看，都是領(lǐng)導親自抓這項工作。在此，我們真誠地希望，每個用戶的主要領(lǐng)導都要重視脫硫除塵工作，變被動為主動，要象重視鍋爐本體運行一樣來重視脫硫除塵系統(tǒng)的運行，要象關(guān)注經(jīng)營業(yè)績和生產(chǎn)成本一樣關(guān)注脫硫除塵工作。
3、亞硫酸鈣脫硫除塵系統(tǒng)運行應(yīng)注意的幾個問題
在脫硫除塵系統(tǒng)中，技術(shù)和工藝是前提，科學的運行管理是保證。在運行過程中，大部分用戶希望操作越簡單越好，花費時間越少越好，但任何脫硫技術(shù)都有其自身的要求和操作的彈性范圍。這就需要用戶與廠家合作，共同努力，盡快摸索出一套適合本單位具體情況的最優(yōu)的運行管理辦法。主要應(yīng)從以下幾方面入手：
3.1提高認識。脫硫除塵是一項新生事務(wù)，也是一項較復(fù)雜的系統(tǒng)工程，需要科學的運行和管理。脫硫改造后，投資增加了，材料消耗也增加了，運行管理人員也要增加。因此，需要提高對脫硫工作重要性的認識，尤其是領(lǐng)導者的認識。
3.2加強培訓。負責脫硫除塵系統(tǒng)運行的主要技術(shù)人員和操作人員都應(yīng)該對本系統(tǒng)工藝流程、調(diào)節(jié)運行和管理維護知識有相當?shù)牧私。良好的員工素質(zhì)是系統(tǒng)穩(wěn)定運行的重要保證。職業(yè)技術(shù)培訓是提高職工素質(zhì)的重要手段，通過培訓使員工掌握脫硫除塵系統(tǒng)的崗位規(guī)范和崗位技能，使本系統(tǒng)經(jīng)濟、穩(wěn)定、達標運行。
3.3 結(jié)合本單位具體情況，制定操作規(guī)程，調(diào)整鍋爐運行參數(shù)（如煤質(zhì)、煤層厚度、風煤比、鼓引風配比等），減少鍋爐的漏風系數(shù)，降低過剩空氣系數(shù)（氧含量少于12％），這樣既可減少鍋爐熱損失，又可減少除塵器的處理負荷，提高脫硫除塵效率，尤其是利于提高折算效率。
3.4注意全面觀察和記錄在線監(jiān)測數(shù)據(jù)，不僅僅只關(guān)注二氧化硫和塵的排放濃度，可分析煙氣量、出口煙溫、含氧量和系統(tǒng)總壓降等數(shù)據(jù)。系統(tǒng)運行情況一般在在線監(jiān)測數(shù)據(jù)中都有所反應(yīng)，如含氧量過高說明鼓引風不匹配或系統(tǒng)漏風嚴重，系統(tǒng)總壓降的異常升高有可能是局部堵塞等。要勤校準在線監(jiān)測儀數(shù)據(jù)，因為儀器運行工況較為惡劣，數(shù)據(jù)容易失真。條件許可的單位可自己購買部分儀器（如煙氣測量儀、超聲波流量計、pH計、壓差計等），以便隨時檢測。
3.5 嚴格按運行規(guī)程進行操作。特別控制系統(tǒng)的pH值，避免系統(tǒng)在pH值大于7.5以上長時間運行，這樣可避免塔板結(jié)垢和堵塞；加強巡檢，發(fā)現(xiàn)問題及時處理，防患于未然。
3.6 鍋爐停運時特別是供暖鍋爐，應(yīng)做好所有設(shè)備的維護和保養(yǎng)工作，放干所有管路和水池中的水，清理干凈塔壁和管路等，關(guān)鍵設(shè)備需妥善保存。
3.7 有條件的單位盡量使用中水，降低運行費用，節(jié)約寶貴的水資源。
4、結(jié)論
4.1 XP型脫硫除塵技術(shù)是我國自行開發(fā)、研究的脫硫技術(shù)，擁有自主的知識產(chǎn)權(quán)。其投資運行費用低，運行穩(wěn)定，能適應(yīng)中國國情，是一種較好的煙氣脫硫技術(shù)。
4.2 在脫硫除塵系統(tǒng)中，技術(shù)和工藝是前提，科學的運行管理是保證。每家單位、每臺鍋爐都有不同的情況，這就需要用戶與廠家合作，共同努力，盡快摸索出一套適合本單位具體情況的最優(yōu)的運行管理辦法。
使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環(huán)保網(wǎng)”
