钠碱双碱法与氨碱双碱法的介绍和对比.doc

钠碱双碱法与氨碱双碱法的介绍和对比1钠碱法的介绍1.1 概念 采用可溶性的钠化合物（NaOH、Na2CO3、Na2SO3等）碱性溶液吸收SO 2，生成钠盐。其溶液再与石灰石（CaCO3）或石灰（Ca(OH)2）反应生成亚硫酸钙或硫酸钙沉淀。置换再生后的钠化合物返回洗涤设备调整PH值后重新循环使用。由于吸收和吸收液处理中采用了不同类型的碱，故称为双碱法。因用氢氧化钠进行吸收反应时，称为钠碱法。1.2 优点 由于采用液相吸收，从而不存在结垢和浆料堵塞等问题。另外副产品石膏纯度也较高，可以广泛应用。1.3 方法原理1.3.1 吸收反应 2NaOH + SO2 = Na2SO3 + H2O Na2SO3 + SO2 + H2O = 2NaHSO3 其副反应为氧化反应：2Na2SO3 + O2 = 2Na2SO41.3.2 再生反应 CaO + H2O = Ca（OH）2 Ca（OH）2 +2NaHSO3 = Na2SO3 + CaSO31/2 H2O +3/2 H2O Na2SO3 + Ca（OH）2 + 1/2H2O = 2NaOH + CaSO31/2 H2O 1.4 工艺流程 烟气在洗涤塔内经循环洗涤液洗涤后排空。吸收剂的NaOH与烟气中的SO2反应生成Na2SO3，Na2SO3再吸收SO2后生成NaHSO3，部分Na2SO3和NaHSO3在混合槽内与Ca（OH）2反应，置换出NaOH并生成Na2SO3和不溶性半水亚硫酸钙。半水亚硫酸钙在稠化器内沉淀，上清水返回吸收系统。沉淀的半水亚硫酸钙送真空过滤分离出滤饼，过滤液也返回吸收系统。返回的上清液和过滤液在进入洗涤塔前补充NaOH。1.5 存在的问题1.5.1 结垢 一是硫酸根离子与溶解的钙离子产生石膏而引起结垢，二是吸收了烟气中的二样化碳生成碳酸盐后结垢。前种结垢必须使石膏浓度保持在其临界饱和度值1.3以下才能避免；后一种要控制洗涤液PH值在9以下才不会发生。以上措施稍有闪失,就会发生结垢现象。1.5.2 硫酸钠的问题 吸收反应中的副反应是氧化反应,生成稳定的硫酸钠盐。硫酸钠盐在系统中的积累会影响洗涤效果。而硫酸钠的去除是很困难的。一是采用硫酸盐苛化法，工艺过程复杂；二是采用石膏法，既滤饼重新浆化为含10%的浆料并加入硫酸降低PH值后，在氧化器内用空气氧化得到石膏。 2CaSO31/2 H2O + O2 + 3H2O = 2 CaSO42H2O1.5.3 设备、置换、运行成本高 从工艺流程中可知，该化学反应是气液反应，SO2气体要通过吸收液的水膜层后再进行化学反应。根据实验测量得知，其反应时间约为2秒钟。从而造成吸收设备体积庞大或使用两级反应塔，增加了设备成本。置换工艺中需多级较大的沉淀池，如生产石膏，则另需增加氧化塔、自动检测仪器等设备，占地面积大，增加了置换循环工艺过程的成本。 设备运行中不光加CaO，每脱1公斤SO2还需补充一定量的NaOH。其运行费用也是很高的。1.5.4 产生二次污染及处理费用高 为满足用户投资少的要求，许多生产厂家不生产石膏，而是把大量的半水亚硫酸钙直接外运到掉，从而造成了新的固体物的二次污染。该物质在自然环境里会分解出CO2,对大气造成新的污染；雨天流入地下对地下水污染；该物质流入河水对水流域污染；另外需要垫付大量的运输费用和购买填埋土地的费用等等。1.5.5 不能脱氮 该种方法不能对烟气中的氮氧化物、二氧化碳等废气进行脱除。目前我国已经制定了氮氧化物控制标准，有些地区已开始收费。一旦全面对氮氧化物、二氧化碳收费后，必须从新考虑新的脱氮、脱碳设备。2 氨碱法的介绍(专利)2.1 概念 采用被活化的氨水吸收SO 2，生成铵盐。其溶液再与石灰石（CaCO3）或石灰（Ca(OH)2）反应生成亚硫酸钙或硫酸钙沉淀。置换再生后的氨水返回洗涤设备调整浓度后重新循环使用。由于吸收和吸收液处理中采用了不同类型的碱，故称为双碱法。因用氨水进行吸收反应时，称为氨碱法。2.2 优点2.2.1 新颖性：它是采用活化的氨水作为脱硫剂，利用气体氨与气体SO2进行气气热交换反应生成亚硫酸铵。该法还可以脱除烟气中的多种有害物质，如氮氧化物、氟化氢、氯化氢、二氧化碳等废气。2.2.2. 先进性：此化学反应仅需0.2秒即可完成，从而极大地减少了设备的体积，降低成本，减少了设备投资。另外，所用辅助设备少，工艺流程简单，具有极强的市场竞争力。2.2.3 独特性：采用专有技术配方（活化剂），使稀氨水的离子态转化为分子态，为气气热交换反应提供了前提条件。2.3 特点2.3.1 技术成熟，系统简单，运行可靠。经过十几年的不断发展，该种装置已经在100多台废气治理设备中使用，最高已使用在260吨/时的锅炉上。由于采用特殊工艺，根据环保部门的检测结果表明，氨排放浓度小于2（mg/m3），排放速率小于2（kg/h），远远低于国家环保要求75（kg/h）的排放标准。2.3.2 脱硫脱氮脱碳效率高并可调，脱硫效率最高可达99.8%。单级装置脱氮效率可以达到50%, 双级装置脱氮、脱碳效率可以达到80%以上。2.3.3 与钠碱法比，总运行费用低。由于吸收反应的物质不同、运行中吸收剂增补的数量不同、购买的价格不同造成其运行费用低40%左右。因采用半干式工艺，用水量极少，即可用自来水，也可用锅炉排污循环水、炉渣水等。2.3.4 占地面积少。占地面积为（0.3651）m2/(10000m3/h烟气)，不但适应新建项目，对旧设备的技改项目也具有特别的优势。2.3.5 氨水来源广泛，价格低廉，贮运方便。采用特殊的工艺后，不会有氨泄露现象。2.3.6 设备阻力小。QT型脱硫脱氮装置阻力小于500Pa。因此，用户在增加脱硫脱氮装置时不需要更换引风机。可与现有的各种除尘器串联使用。2.3.7 运行操作管理非常简单方便。全自动设计的控制系统不仅可以减低劳动强度，还可以使人为误操作的可能性降到最低。2.3.8 维修量少。因该装置无运动部件，几乎不需要维修。2.3.9 对用户燃烧设备的热效率无影响，烟气温度降低小，不用对烟气再加热。2.3.10 寿命长。因其化学反应时间短，烟道内酸性物质存在时间极短，范围很小，从而减少了对设备、管道和风机的腐蚀程度，增加了装置的使用寿命。2.3.11 无冒白烟现象。因该装置喷水量极小，并且具有多级脱水脱雾部件，从而可以避免烟囱冒白烟现象。2.3.12 用户不受燃煤含硫量的限制。用户可根据燃煤中的含硫浓度来调整氨的浓度，所以用户可以放心使用高硫煤而不会超过当地环保排放标准。2.3.13 一器多用。该法可以利用废碱水作为脱硫剂。该设备即可当废气脱除器，又可当废水处理器，一器多用。2.3.14 不存在结垢和浆料堵塞等问题。另外副产品石膏纯度也较高，可以广泛应用。2.4 方法原理2.4.1 吸收反应： 4NH3 + 2H2O + 2SO2 = 2(NH4)2SO32.4.2 置换反应： (NH4)2SO3 + Ca（OH ）2 + 1/2H2O = CaSO31/2 H2O+ 2NH3H2O 2.5 工艺流程 烟气经QQ塔内被氨水吸收后排空。氨水与烟气中的SO2反应生成(NH4)2SO3，(NH4)2SO3在混合槽内与Ca（OH）2反应，生成不溶性的半水亚硫酸钙CaSO31/2 H2O。亚硫酸钙在稠化器内沉淀，上清水返回吸收系统，沉淀的硫酸钙送真空过滤分离出滤饼，过滤液也返回吸收系统。返回的上清液和过滤液在进入QQ塔前补充一定量的NH3。 2.6 流程图3. 以某用户提供的35（t/h）锅炉举例说明3.1 参数3.1.1 炉型：循环流化床煤粉炉3.1.2 年运行时间：8000（h）3.1.3 煤的基硫：S = 3 % （高硫煤）3.1.4 锅炉耗煤量(石煤)：Bg1 = 24（t/h）= 24000（/h）3.1.5 排烟温度：130150（）3.1.6 燃煤的SO2生产率：K = 80%3.1.7 现有引风机型号：风量：60000（Nm3/h）= 90000（m3/h）风压：600（mmH2O）= 5880 (Pa)功率：250（Kw）3.2 技术要求：SO2的排放浓度： 900 (mg/Nm3) 3.3 双减法的运行成本分析(脱硫效率S = 93 %时)3.3.1 SO2排放量为: 645120 (kg/y) = 645.12( t/y)3.3.2 SO2排放浓度: 896(mg/m3 ) 900(mg/m3 )3.3.3 化学反应式3.3.3.1 吸收反应：2NaOH + SO2 = Na2SO3 + H2O Na2SO3 + SO2 + H2O = 2 NaHSO33.3.3.2 氧化反应：2Na2SO3 + O2 = 2 Na2SO4此化学反应产生的Na2SO4不仅会影响脱硫效率，而且不能生成沉淀物而去除掉的，这是消耗NaOH的主要途径。3.3.3.3 综合以上结果：2NaOH + SO2 +1/2 O2 = Na2SO4 + H2O3.3.4 再生反应： CaO + H2O = Ca(OH)2 2NaHSO3 + Ca(OH)2 = NaSO3 + CaSO31/2(H2O) + 3/2（H2O）NaSO3 + Ca(OH)2 + 1/2(H2O) = 2NaOH + CaSO31/2(H2O)3.3.5 最终反应 Ca(OH)2 + SO2 = CaSO3 + H2O 或 CaO + SO2 = CaSO3 3.3.6 SO2收集量为：1071.4( kg/h) = 1.07(t/h)3.3.7 损耗的CaO量每脱1公斤SO2所需CaO量为：0.844(/)。因CaO的反应率小于80%，实际化学反应CaO需过量1.224倍, 则每脱1公斤SO2实际所需CaO量为：1.05(/)化学反应用CaO量为：1125(kg /h)3.3.8 损耗的NaOH量从以上氧化反应中可知，氧化为Na2SO4后，每脱1公斤SO2损耗的NaOH量为： 1.25 (/)。双碱法中，浓碱法到稀碱法的氧化率在1%-10%之间，实际运行情况氧化率大至取3.6%值。则每脱1公斤SO2时NaOH的实际损耗量为：0.045(/)化学反应用NaOH量为： 48.21(kg /h)3.3.9 脱硫剂市场价为纯度为96%的NaOH外购价为：2.4(元/)，则纯NaOH外购价为： 2.5(元/)目数为100200目、纯度为75%的CaO外购价为：0.7(元/)；则纯CaO外购价为： 0.933(元/)3.3.10 需要用CaO的费用为： 1050(元/ h)3.3.11 需要用NaOH费用： 120.5(元/ h)3.3.12 脱硫剂运行总费用为：1170.5(元/ h) = 936（万元/y）3.4. 半干氨法的运行成本分析(脱硫效率S = 93 %时)3.4.1 化学反应式3.4.1.1 吸收反应 4NH3 + 2H2O + 2SO2 + O2 = 2(NH4)2SO43.4.1.2 置换反应 (NH4)2SO4 + CaO = CaSO4 + 2NH3 + H2O3.4.1.3 最终反应 2CaO + 2 SO2 + O2 = 2CaSO4 3.4.2 损耗的CaO量每脱掉1公斤SO2需要用CaO量为：0.875(kg/ kg)，化学反应用CaO量为：937.5(kg /h)每脱掉1公斤SO2需要用NH3量为：0.531(kg/ kg)3.4.3 损耗的NaOH量根据实际运行检测数据,氨在烟道中的损耗为0.1%，NH3在池中的挥发的损耗量为1%，则每脱1公斤SO2，氨的总损耗量为：0.0058 (/)，化学反应用NH3量为：0.62(kg /h)3.4.4 脱硫剂市场价脱硫剂用浓度为1725%的氨水(计算取20%)，已知购买氨水价格为600（元/t）= 0.6（元/kg），纯氨水采购费用为：3(元/kg)3.4.5 需要