目前烟气脱硫技术种类达几十种,按脱硫过程是否加水和脱硫产物的干湿形态,烟气脱硫分为:湿法、半干法、干法三大类脱硫工艺;湿法脱硫技术较为成熟,效率高,操作简单。
通过对国内外脱硫技术以及国内电力行业引进脱硫工艺试点厂情况的分析研究,目前脱硫方法还可划分为燃烧前脱硫、燃烧中脱硫和燃烧后脱硫等3类。其中燃烧后脱硫法,效果好,技术最成熟,成本又较低。
燃烧后脱硫又称烟气脱硫(Flue gas desulfurization,简称FGD),在FGD技术中,按脱硫剂的种类划分,可分为以下五种方法:以CaCO3(石灰石)为基础的钙法,以MgO为基础的镁法,以Na2SO3为基础的钠法,以NH3为基础的氨法,以有机碱为基础的有机碱法。世界上普遍使用的商业化技术是钙法,所占比例在90%以上。
湿法烟气脱硫工艺流程、形式和机理大同小异,主要是使用石灰石(CaCO3)、石灰(CaO)或氢氧化钠(NaOH)等浆液作洗涤剂,在反应塔中对烟气进行洗涤,从而除去烟气中的SO2。这种工艺已世界上有50年的历史,经过不断地改进和完善后,技术比较成熟,而且具有脱硫效率高(90%~98%),机组容量大,煤种适应性强,运行费用较低和副产品易回收等优点。
氢氧化钠,化学式为NaOH,俗称烧碱、火碱、苛性钠,为一种具有强腐蚀性的强碱,一般为片状或块状形态,易溶于水(溶于水时放热)并形成碱性溶液,另有潮解性,易吸取空气中的水蒸气(潮解)和二氧化碳(变质),可加入盐酸检验是否变质。钠碱法脱硫是先用活性极强的钠碱作为吸收剂吸收SO2,然后再用钙碱对吸收液进行再生,由于在吸收和吸收液处理中使用了不同类型的碱,故称为钠钙双碱法。
传统的石灰石/石灰—石膏法烟气脱硫工艺采用钙基脱硫剂吸收二氧化硫后生成的亚硫酸钙、硫酸钙,由于其溶解度较小,极易在脱硫塔内及管道内形成结垢、堵塞现象。双碱法烟气脱硫技术是为了克服石灰石—石灰法容易结垢的缺点而发展起来的。
双碱法是采用钠基脱硫剂进行塔内脱硫的一种烟气净化技术,由于钠基脱硫剂碱性强,吸收二氧化硫后反应产物溶解度大,其工艺过程就是在吸收塔内采用循环碱液对烟气进行逆向喷淋,对烟气中的二氧化硫进行洗涤,洗涤后的脱硫产物被排入再生池内,用氢氧化钙进行还原再生,再生出的钠基脱硫剂再被打回脱硫塔循环使用。双碱法脱硫工艺投资及运行费用较小,不容易造成过饱和结晶、结垢堵塞等问题。
双碱法烟气脱硫技术是利用氢氧化钠溶液作为启动脱硫剂,配制好的氢氧化钠溶液直接打入脱硫塔,洗涤烟气中SO2来达到烟气脱硫的目的。
脱硫工艺系统主要包括4个部分:(1)吸收剂制备与补充;(2)吸收剂浆液喷淋;(3)再生池浆液还原钠基碱;(4)石膏脱水处理。
双碱法烟气脱硫工艺同石灰石/石灰等其它湿法脱硫反应机理类似,主要反应为烟气中的SO2先溶解于吸收液中,然后离解成H+和HSO3-;使用Na2CO3或NaOH液吸收烟气中的SO2,生成HSO31-、SO32-与SO42-,反应方程式如下:
脱硫反应
Na2CO3 + SO2 → Na2SO3 + CO2↑ (1)
2NaOH + SO2 → Na2SO3 + H2O (2)·
Na2SO3+ SO2 + H2O → 2NaHSO3 (3)
其中:
式(1)为启动阶段Na2CO3溶液吸收SO2的反应;
式(2)为再生液pH值较高时(高于9时),溶液吸收SO2的主反应;
式(3)为溶液pH值较低(5~9)时的主反应。
再生过程
Ca(OH)2+Na2SO3→2NaOH+CaSO3(4)
Ca(OH)2+2NaHSO3→Na2SO3+CaSO3.1/2H2O+3/2H2O(5)
氧化过程(副反应)
CaSO3+1/2O2→CaSO4(6)
CaSO3.1/2H2O+1/2O2→CaSO4+1/2H2O(7)
双碱法脱硫技术工艺特点
1、脱硫效率98%以上。
2、脱硫剂采用钠碱和石灰,塔内清液吸收,有效减少塔内结垢。
3、液气比小。可脱硫除尘一体化。
4、一次投资省,运行成本低,国产程度高。
5、适应范围广。
对脱硫塔的烟气脱硫的大型脱硫装置称为脱硫塔,而用于燃煤工业锅炉和窑炉烟气脱硫的小型脱硫除尘装置多称为脱硫除尘器。在脱硫塔和脱硫除尘器中,应含SO2的烟气,对烟气中的SO2进行化学吸收。为了强化吸收过程,提高脱硫效率,降低设备的投资和运行费用,脱硫塔和脱硫除尘器应满足以下的基本要求:
(1)气液间有较大的接触面积和一定的接触时间;
(2)气液间扰动强烈,吸收阻力小,对SO2的吸收效率高;
(3)操作稳定,要有合适的操作弹性;
(4)气流通过时的压降要小;
(5)结构简单,制造及维修方便,造价低廉,使用寿命长;
(6)不结垢,不堵塞,耐磨损,耐腐蚀;
(7)能耗低,不产生二次污染。