双碱法与电石渣—石膏法脱硫工艺的分析.pdf

第1 6 卷( 2 0 1 4 年 第8 期 ) 电 力 安 全技 术 J 双碱法与电石渣一石膏法脱硫工艺的分析 张永 波 ( 山东新龙集团有限公司，山东 潍坊2 6 2 7 0 9 ) 摘要 阐述 了双碱 法脱硫工艺与电石渣一石膏法脱硫工艺的原理、影响 因素，分析 了2种 脱硫工 艺的优缺点，提 出了对 电石渣一石膏法脱硫工艺及设施 的优化措施，还指 出了双碱法脱硫工 艺的改进方案及实施情况，确保脱硫设施节能、环保、经济地运行。 关键词双碱 法；电石渣一石膏法；脱硫工艺；优化改进 1 概述 某 公 司 热 电 3期 “ 三 同 时 ” 工 程 投 资 2 0 0 0万元 的脱 硫 项 目，采用 钠钙 双碱 法脱 硫工 艺 ，由福建鑫 泽环保有 限公司承建 。其工艺采用 P VC( 聚氯 乙烯 ) 公司副产 的电石渣替代石灰浆液 来还原钠碱 ，达到 了以废治废、节能环保 的效果。 采用钠钙双碱法脱硫工艺的优点是塔 内钠基清液易 吸收 ， 可大大减少结垢机会；在较低的液气 比下可 得到较高的脱硫率 ；电石渣 的利用率较高 ；具有负 荷高、压降低、不易堵、操作弹性大等优点。 该公司4期脱硫项 目采用了山东环冠科技有 限公司的电石渣一石膏法脱硫工艺，脱硫剂仍采用 P VC公司副产的电石渣。该工艺的特点是： ( I )通过改变液气 比，舍弃 了钠碱的使用 ，降 低了脱硫剂的消耗 ； ( 2 )采用 了山东环冠科技有限公司的液力搅拌 技术 ，使搅拌更均匀 ，节约 了电耗并减少了泄漏； ( 3 )氧化技术采用 比肖夫的氧化技术 ，配备氧 化分布器 ，使氧化空气分布更均匀 ，效果更理想。 2 双碱法脱硫工艺 2 1 双碱法原理 常用 的钠 钙双 碱 法 ，在 启 动 时 以纯碱 吸 收 S O 2 ，吸收液用 电石渣液再生 ；在启动后，Na 2 C O， 溶液中的 c O ； 一 基本被去除；吸收液再生后，循环 使用。循环过程中的主要反应如下。 ( 1 )脱硫过程 ： Na 2 C O 3 + S O2 一Na 2 S O 3 +C O2 ( i ) 2 Na OH+ S O 2 一 Na 2 S O 3 +H2 O ( 2 ) Na i S O 3 + S O2 + H2 O一2 N a HS O3 ( 3 ) 式 ( 1 ) 为启动阶段 N a C O ， 溶液吸收 S O 的反 应 ；式 ( 2 ) 为再 生 液 p H值 较高 ( 高 于 9 ) 时溶 液 吸收 S O ： 的主要反应 ；式 ( 3 ) 为再生液 p H值较低 ( 59 ) 时的主要反应。 ( 2 )再生过程 ( 用电石渣液) ： 2 Na HS O 3 + C a ( OH) 2 一 Na 2 S O 3 +C a S O3 i + 2 H2 O ( 4 ) N a 2 S O 3 +C a ( OH) 2 2 Na OH+C a S O 3 ( 5 ) 式 ( 4 ) 为 脱 硫 过 程 再 生 反 应；式 ( 5 ) 为 再 生 液 p H值 高于 9后 继续发生 的主反应。所生成 的 C a S O 及副产物 C a S O 以半水化合物形式共沉淀。 2 2 影响双碱法工艺的因素 ( 1 ) 再生液 p H值。再生液p H值 ( 即脱硫液初 始的 p H值 ，记作 P H0 ) 是影响脱硫率 ( ， 7 ) 的一个 主要 因素。当 p H 高于 l 2时，脱硫率接近 8 0， 随着 p H。 的下降 ， 脱硫率缓缓降低；当 p H。 降至 8左右时 ，脱硫率仍大于 7 0； p H。 降到 7以下后 ， 脱硫率迅速下降。这是 由于在高 p H。 时，OH一 浓 度 ( mo l L ， 以下同) 大， S O 进入溶液后按反应 ( 2 ) 迅速转化为 s O； 一 ，液相传质的增强因数大而阻力 小 ，整个传质过程 由气相 阻力所控制，因而吸收速 率较大，7 较高； 当 p H 降到 7 左右时，反应 ( 2 ) 可以忽略，反应 ( 3 ) 也基本完成，式( 3 ) 中s O ；和 增强因数随p H 的降低而较快减小，传质阻力相 应增大，使 ， 7 迅速下 降；当 p H。 低于 5时，因反 应 ( 3 ) 也近于完成 ，此时 卵低于 3 0 ；S O ： 的进一 一 9一 J 电 力 安 全 技 术 第1 6 卷( 2 0 1 4 年 第8 期) 步溶人反应溶液属于物理吸收，液体出塔后常会有 S O 脱吸释放而发出刺鼻性气味。因此，单从脱硫 率角度考虑，p H 。 越高越好，但 p H 。 高容易导致 结垢和电石渣利用率下降。综合考虑，P H 0 保持在 78较为合适。图 l 所示 为再生液 p H值对 脱硫 率 的影响 ，其 中 为气体中 S O： 的初始浓度 ，L G为液气 比。 图 1 再生液 p H 值对脱硫率的影响 ( 2 )溶液中 Na 浓度。图 2为一定条件下溶液 中Na 对 ， 7 的影响。可见 ， 7 随 Na 的增加而增高 ， 其中N a 为0时相当于石灰湿法，且在高p H 时， Na 对 ， 7的影响比低 p H 时的影响小。当 Na 不 大于 0 3 mo l L时， 7随 Na 增 加而升高的幅度 较大 ；当 Na 大于 0 3 mo l L时，幅度变小。这 是因为对高 p H 。 ，再生需用足量 C a ( O H ) 按式 ( 5 ) 进行反应，由于 C a ( O H) ， 的溶解度有限，尽管溶 液 中 Na 差别较大，但再生后得到的 Na OH浓度 均 较低 ( 对于 Na 为 0 1 5 mo l L的溶液 ，充分再 生后得到 的 Na OH浓度不超过 0 1 2 mo l L) ，p H 相差不大 ，使得 Na 对 ， 7的影响不是太大。但 当 p H 。 保持在 78 时，则再生反应 ( 4 ) 较反应 ( 5 ) 易于进行， 使得N a 对s o l 一 的影响较大。另一方 面，随灰渣带走的液量 一定，故 Na 越高 ，运行 中损失的钠碱量 也越 大。考虑 以上 因素，Na 取 0 1 3 mo l L左右为宜。 ( 3 )溶液中s o l 一 浓度。在溶液循环过程中还 伴有氧化反应， 产生s o l 一 ，由于溶液中s o l 一 所形 成的钙盐要比s o l 一 所形成的钙盐溶解度大， 再生 时会有一部分s o l 一 累积。图3 为s o l 一 对 ，7 的影 一 9一 响，当p H 。 较高时， S O I - 对 ，7 的影响较小； 而当 p H 较低 时，则影响较大。这 是 由于 当溶液 中有 S o l 一 存在时， s o l 一 将占 用一部分N a 与之达到电 荷平衡，使溶液中起脱硫作用的活性 N a ( 能形成 Na OH、Na ， S O 3 及 Na HS O 3 的 Na ) 降 低 ， 从 而 影响脱硫率。 由上述 可知 ，当 p H 较高时， ， 7 受 N a 影响较小，因而 ，7 受s o l一 影响也不大； 但随 着p H 的降低，7 受s o l 一 的影响逐渐明显。 图2 溶液中 N a 对脱硫率的影响 图3 溶液中s o I 一 对脱硫率的影响 ( 4 )液气比 a ) 。L G的大小直接影响脱硫 装置 ( 塔体、泵、管道等) 的投资和运行费用 ( 如 电耗 ) ， 是一个重要 的操作参数。图 4表 明了 2种 不同的 p H 下，L G对 ， 7的影响。可见，当L G 较小时 ， 7 受 L G的影响较显著。无论 p H。 高低 ， 当L G大于 3时， 7随 L G的增加幅度都 很小 。 其主要原 因如下。 在 S O ， 浓度不变时，增大L G则液体沿塔 板下流时 p H值 的降低较少 ，且塔板上气液接触面 积增加 ，有利于增 加吸收速率 ；但当 L G增大到 一 定程度时，对液体 p H值下降的影响已很小 ，气 液接触面积的增加也有 限。 较低 p H 时，p H值 的变化对脱硫率 的影 响比高 p H。 显著 ( 见图 1 ) ，因此 ， 7 随 L G的变化 更加明显。L G控制在 23 L m。 较合理 ，这样 第 l 6 卷 ( 2 0 1 4 年第 8 期 ) 电力 安 全 技 术 既可保证较高的脱硫率 ，又不致于使投资和运行费 用过高。 图 4 液气比对脱硫的影响 ( 5 )气 体 中 S O 初始 浓度 ( y o ) 。如 图 5 所示 ， ， 7随 的增高而有所下降。当 p H。 较高时， ， 7随 的上升而下降缓慢 ； 当 p H。 较低时， ， 7下降较 陕。 图 5 S 0 初始浓度对脱硫的影响 2 3 双碱法脱硫运行分析 实践证 明：再生液 p H值 、溶液中 Na 浓度和 L G愈高，则脱硫率也愈大；溶液中s O ； 一 的存在 会使脱硫率下 降；气体 中 S O ： 的 较低 ，有利于 脱硫率的提高 ，因此燃用低硫煤是非常有必要的。 综合考虑脱硫率和费用 ，较适宜双碱法脱硫工艺的 条 件 为： p H 0 为 78 ， L G为 23 L m ，N a 约为 0 3 mo l L。 3 电石渣石 膏法脱硫工艺的优化 3 1 吸收原理 电石液一石膏法反应式如下 ： C a ( O H ) 2 + S O 2 一 C a S O 3 i + H 2 O ( 6 ) 2 C a S O 3 + O 2 - , 2 C a S O 4 ( 7 ) 该工艺设置简单，其原理为 ：烟气进入吸收塔 J 与喷淋的电石渣浆液接触 ，去除烟气中的 S O 。吸 收塔浆液循环泵为吸收塔提供大流量的吸收剂 ，保 证 气液充分接触 ，提高对 S O， 的吸收效果。在 生 产石膏的过程 中，应设置氧化风机，将空气喷入塔 浆池内，将浆液中的H S O 和s O ； 一 氧化成s O ； 一 。 在吸收塔浆池 内设有搅拌器 ，以保证混合均匀，防 止浆液沉淀。氧化后产生的石膏通过吸收塔浆液排 出泵排出后，进入石膏脱水系统 。 此工艺的特点在于采用特殊设计的电石渣浆液 管道 ，加大循环喷淋浆液的 p H值 ，有利于提高脱 硫效率 ；同时，脱硫塔浆液池保持低 p H值运行 ， 有利于 Na S O 。 的氧化。 3 2 脱硫工艺的改进 3 2 1 吸收剂的喷入方式改进 在常规的石灰石一石膏湿法工艺中，一般是直 接将吸收剂喷人吸收塔浆池 ，以促进吸收剂的充分 溶解 ，但这种喷人方式会导致吸收塔排出浆液 中含 有大量的未溶解石灰石颗粒 ，降低了脱硫石膏的纯 度。电石渣中的 C a ( O H) 在弱酸性环境中的溶解 速度远远大于石灰石 ，为降低吸收剂对脱硫石膏纯 度的影响，在工艺设计时对吸收剂的喷入方式进行 了优化。将新鲜电石渣浆液补充至循环泵进 口管道 内，通过浆液循环泵进入吸收塔吸收区，直接参与 烟气洗涤。 3 2 2 吸收区高度的优化 在 电石渣_石膏湿法工艺中，电石渣喷淋浆液 的 p H值较高 ，为确保吸收塔浆池氧化区的最佳氧 化环境 ( p H约为 4 5 ) ，应降低喷淋洗涤副产物中 C a S O 的含量。与石灰石一石膏湿法工艺相 比，提 高吸收塔吸收区高度 ，将有利于脱硫副产物的强制 氧化效果 。按照本工艺的基本设计条件 ，电石渣工 艺的吸收塔吸收区高度为 l 1 6 m，比石灰石工艺 的吸收塔吸收区高度至少高 2 5 m。 3 2 3 搅拌技术优化 该工艺采用山东环冠科技有限公司的液力搅拌 技术。该液力搅拌系统的特点在于搅拌更均匀，节 约电耗，减少泄漏，降低磨损减小维修量；同时配 备氧化分布器 ，使氧化空气分布更均匀 ，消除了传 统的侧向搅拌加氧化喷枪工艺磨损严重、电耗大、 氧化空气分布不均匀等缺点。 ， 3 2 4 浆液喷淋系统的优化 该工艺采用较高的液气 比，设计的喷淋母管和 一 一 J 电 力 安 全 技 术 第1 6 卷( 2 0 1 4 年 第8 期) 喷淋支管的材料为 F R P ( 纤维增强复合塑料) ，喷 嘴材料为 S i C ，并采用大蜗壳形式， 避免了喷淋头 及母管 的堵塞。浆液标准为：C l 一 浓度为 4 0 g L， 含固量为 1 8 0 2 2 0 g L ，并在短时间满足浆液含 固量为 2 5 0g L的要求。 3 2 5 塔体防腐工艺优化 结合 实 际，对脱 硫 塔塔 体 防腐 工 艺进 行 改 进。 吸 收 塔 底 部 采 用 2 0mmL P - 0 1型 普 通 玻 璃 鳞 片 +耐 酸 瓷 砖，底 部 向 上 2 m 至 液 面 处 采 用 2 0 mm L P -0 1 型 普 通 玻 璃 鳞 片 ， 底 部 向上 2 m 的 侧 部 内表 面 再 加 1 5 mm S i C耐 磨 层 ，液 面 至 喷 淋 段 采 用 L P -0 2型 耐 温 玻 璃 鳞 片 ，喷淋 区 内表面 ( 含 喷淋管 支撑 梁 ) 塔壁 采用 2 0mm L P -0 1 型普通玻璃鳞片 +1 5 mm S i C耐 磨层 ，支撑 采用 2 0 mm L P - 0 1型普通玻璃 鳞片 + F R P +1 5 mmS i C耐磨层，进 口烟道前端表面底 部采用 L P - 0 2型 耐温玻璃鳞 片 +耐酸碳砖 防腐。 根据塔体不同部位、不同的工作状况 ，采取相应的 防腐措施 。 4 双碱法工艺的改进 面对 日益严格的环保要求，该公司在运行好 电 石渣一石膏法脱硫工艺的同时，借鉴其先进技术 ， 对双碱法工艺进行优化、改进。 4 1 加碱系统的改造及运行工艺的改进 系 统 共 有 2台 UHB Z型 液碱 泵 ，将 其 中 的一 台更 换 为 B F 一3 8泵 ，自行 敷设 5 7管 子、 2 5管 子约 5 0m，将新 增 加的碱 管道分 别 引入 4台循环泵 的入 口处。 日常运行 时，利用 另一 台 UHB Z型液碱 泵，采取少加碱、多加 电石渣甚 至不加碱的方式，将 电石渣液经悬液分离后 ，加入 系统中参加反应，塔内p H值维持在 6 左右。需要 调整指标 时，及时启动 B F 一3 8 泵 ，保证脱硫指标 合格 ，以达到节约用碱的目的。 改造 后，控 制塔 内p H值在 6左 右，氧化池 p H值在 5 左右，保证了氧化效果，解决了因氧化 池 p H过高而无法氧化的问题，使 C a S O 2 H ， O 能够及时通过脱水机脱除，避免浆液过稠造成无法 正常循环，延长了运行周期。系统基本由双碱法改 为 了电石渣法，用碱量 比原来减少 了 8 0，节省 了大量原材料开支。 一 9 4 2 电石渣液预处理装置改造 由于电石渣内含有大量的杂质，在制浆池 内经 过搅拌的浆液经提浆泵进入系统反应时，会直接将 杂质带入系统 ，易造成泵、阀门及管道的堵塞。 经论证后 ，利用蒸发车间替换下来 的悬液分离 器 ， 对 电石渣液进行预处理后再使其参与系统反应 ， 取得了 良好的效果。由于电石渣的水溶性差，使用 该装置后能够使未溶解的电石渣分离 出来 ，再进入 制浆池继续搅拌溶解；同时能够分离出合格的电石 渣浆液参与反应 ，生成 C a S O 2 H O，并能保持 系统内的反应液清澈 ，不产生较多的沉淀。 4 3 脱硫塔底部扰动装置改造 双碱法脱硫塔塔底为平面设计 ，无搅拌装置 ， 在运行 时易发生脱硫剂沉淀积渣现象。 自2 0 0 8 年 脱硫装置运行以来 ，每半年就要对 2台塔进行 1 次 清理 ，每次都要耗费大量的人力、物力 ，清渣量 约 为 1 2 0m 左右。 经多次论证后 ，利用约 2 0 0 m废 旧管道 ，从空 压机储气罐出口引出 1 根 7 6管，引至 5 ，6号脱 硫塔进 口烟道处，并接至塔底排污球阀，这样可有 效避免塔内液体倒流入储气罐。压缩空气接至塔底 后， 在塔 内利用 5 7 管与 3 8 管 自制主管与支管， 在塔底使压缩空气形成环形扰动 ，促使塔底积渣排 出塔外 ，避免造成沉积 。 该装置工艺简单、投资小 ，但见效大 ，节省 了 大量的人力、物力 ，并有效地延长了脱硫塔的清渣 时间，大大降低了劳动强度 。 4 4 脱硫塔喷淋装置改造 在原脱硫喷淋设施 中，采用的喷头是 DN1 6螺 旋喷头 ，材质 为 3 1 6 L或 S i C 。为保证 喷淋 效果， 已将该喷头改为锥形 ，即喷头口径逐渐缩小 ，至锥 部仅约 D N 5 ，非常容易被杂质堵塞。在使用电石 渣作为还原剂时，由于吸收液易在系统 内壁形成垢 片 ，当脱硫塔受温度影响热胀变化较大时，垢片容 易脱落。虽然采用了沉降、过滤等措施 ，但仍不能 彻底消除吸收液内的杂质，多次出现因喷头堵塞造 成脱硫效果差、指标不合格的 问题 。喷头堵塞后 ， 易引起塔 内支管、主管堵塞 ，维修工作量非常大 ， 给运行带来不便。 经咨询一些厂家 ，在保证脱硫 循环泵 流量不 变 的情况下 ，采用 F RP -Rt 型空心锥 喷头代替原 S i C材质 的螺旋锥喷头可彻底解决因杂物造成的喷 第1 6 卷( 2 0 1 4 年 第8 期 ) 电 力 安全 技术 J 一 种吸收塔浆液密度计安装方式的优化 肖盛 贤，余彪 ，王炜炜 ( 国投 宣城发 电有限责任公司，安徽 宣城2 4 2 0 5 2 ) 摘要介绍了火电厂湿法脱硫工艺中科 氏力质量流量计的工作原理和相关特性 ，分析 了密 度计的工艺流程和安装方式，提 出了一种将密度 计优化为吸收塔 自流式的安装方式，提 高了密度测 量系统的可靠性 ，节约了用电量、设备成本和维护 费用。 关键词 密度计 ；科 氏力质量流量计；自流式；吸 收塔 密度计作为火 电厂湿法脱硫工艺控制流程 中的 重要测量工具 ，对确保脱硫系统物料平衡具有不可 替代的作用。通过在线测量石灰石浆液的密度来控 制s O 的转化率，可以提高脱硫系统的经济性和运 行效率。因此，精确、稳定的在线密度测量仪表对 于湿法脱硫转化率的控制至关重要。 1 科氏力质量流量计 1 1 工作原理 在 目前的火 电厂脱硫系统中，科 氏力质量流量 计是应用最广泛的浆液密度计，其工作原理是：在 流体的作用下 ，测量管路 以一定的共振频率进行振 动 ，振动