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1、第2 1 卷第5 期2 0 0 1 年 9月 环境科学学报AC T A S CI EN TI AE CI RC UMS T AN HAEV u 1.2 1,N.5 S e p，2 月)D I文盆妇号:0 2 5 3-2 4 6 8(2 0 0 1)-0 5-0 5 3 4-0 4中圈分类号:X 7 0 1文傲坛识码:A双碱法烟气脱硫工艺的研究吴忠标，刘越，谭天恩 浙。大 学 毗工。系，杭 州3 1 0 0 2 7摘要:以旋流板塔为脱硫塔，实验研究f N a r C G,-C a(O H)2 双碱法脱硫T艺 试验f 不同液气比U G.N.浓度、吸收液p H值和 进气别 卜浓度等主要参致对脱旋率的
2、影响，井考察了N e 的损失与操作条件的关系_ 分折f 双孩法脱摊过程的传质反应过 程机理以 及不同p H 伎对 脱班率的 形响 此外，还讨论了 本工艺 适宜操作条 件和工业 应用前 景关抽词:湿法烟气脱硫考 _级化硫;双碱法:工艺S t u d y o f d u a l-a l k a li F G D p r o c e s sW U Z h o n g b i a o,1 1 U Y u e,T A N T i m e n (D e p a n m e m o f F n.irn-m e l E n g i n e e r in g,Z h e j ia n g C n i.e R U
3、 y,H a n g h a n 3 1 0 0 2 7A b orr 4:1 L e NM-C-(O H),d u a l-s l k e l i F G Dli q u i d i g m r e t f o,N n c o nc e n t r a ti o n i n s o l u t io n p m c e a a in a n u s n g-a t m y-b b,w a s吕 I u d i 司”pp l l v 吐 u 巴试th ea o r b e n t s o lm i n n,i n l e t S O,e c r r e n tre 0 o n,p 1 1 r,
4、I n,d t h e b sa m d i e d e a ”n m e ni a ll y团阮山q;任 四助 姆 1 吧 飞),r e n e ne le ff ic i e n c y w e r e s t u d i e d.T h e m im i o n b e t w e e n th e l o s e o f N e i n Au t i o n e n d o p-l i o n c o n d i d n n w a s s tu d ie d.T h e m x b a n ie m f o r ，n a drr-a a c rt o n p ro c e s s w
5、 e e p r o p o s a l.T h e ir d l u e n c e o f d i ff.r e n t p H v a l u e s o n S O,-l e f l i c i e n e y w e e.L o a n a ly z e d.F u n k-,Lh ea d m d e o p e r e e e n c o n d iti o n s an d a p p l ic a ti o n p e te n d a l f a r i n d u a tr id p n,c e s s w e r e d i-e dK e y w o r d e:w a
6、 fl u e g a s d e s u l h n i m ri o n;s u l fu r d io ri d e;d u e l-a l k a l i;p-目前，世界上烟气脱硫的方法己达 1 0 0 多种，工业上应用的方法也约有2 0 种.其中湿法脱硫技术应用约占整个工业化脱硫装置的8 5%左右，而湿式石灰石/石灰法又占湿法的约即%，在当 今技术中占主导地位，但脱硫塔容易结垢甚至堵塞t,.a.与石灰石/石灰法相比，双碱法可具有以下优点:(1)钙基脱硫渣在反应池中而非塔内生成，大大减少结垢机会;(2)钠基清液吸收S 0,速率快.故可用较小的液气比 达到较高的脱硫率;(3)对脱硫除尘一
7、体化技术而言，可避免未反应完的石灰颗粒混在沉灰池的灰渣中，而提高石灰利用率 国内对双碱法烟气脱硫的研 究报道较少.近来晏乃强等l 3 1 利用旋流板塔作为脱流 塔，对钠钙 双碱 法脱硫工艺 进行了 实 验研究;李玉平 等14 1 对 其再 生过程 有研究 报道;马 连元 ls l 对其 进行了综述 研究以 旋流板塔 为主 设备的湿法脱硫工 艺具有重要的实际应用价值.反应机理 双 碱法种类较多，有钠钙双碱法、碱性硫酸铝法等，其中最常用的 是钠钙双碱法川.它采用纯碱吸收S O,，吸收液再用石灰进行再生，生成亚硫酸钙和硫酸钙的少量沉淀物，再生后的溶液返回吸收器，如此循环使用.循环吸收过程中发生的反应
8、如下:(1)吸收反应收稿日期:2 0 0 0-0 9-2 9;修订日用:2 0 0 1-0 3-1 5备金项目:国家“九五“重点科技攻关子专颐(9 6-9 1 0-0 1-0 2 5-0 4)作者简介:吴忠标(1 9 6 6-)，男.副教授(博士)5期昊忠标等 双碱法烟气脱硫工艺的研究 N a,C O,+S 0 2 N a 2 S 仇+C 仇(1)N a,S O,+S 0 2+H 2 O 2 N a H S 0,(2)2 N a O H+S O:-N a,S O,+H,0(3)其中式(1)是启动阶段纯碱溶液吸收S 0 2 反应方程;式(2)是运行过程的主要反应式;式(3)是再生液p H 较高时
9、的主要反应式.(2)再生反应 2 N a H S O,+C a(O H),-N a 2 S O,+C a S O,1/2 H,0+3/2 H,0 (4)N a,S O,+C a(O H)2+1/2 氏O-2 N a O H+C a S O,-1/2 H 2 0 (5)式(4)是再生反应的的主要反应式;式(5)是再生液高p H 值时的再生反应 (3)氧化反应 吸收液中 还含有N a,S 0,系吸收液中的N a,S O，被烟气中的O,氧化所生成，反应式如下:2 N a,S O,+0,-2 N a 2 S O,(6)将再生过程生成的 亚硫酸钙(C a S 0,-1/2 H 2 0)氧化，可制成石膏(
10、C&50,2 H 2 0)，反应式如下:C a S 0,1/2 H 2 0+1/2 0 2+3 1 2 氏0-C a S O,2 氏。(7)2 实验装盆 实验装置是主设备内 径为1 5 0-的旋流板塔I I I.本实验使用的初始液体是用 一 定浓度的纯碱溶液2 7 0 L与 足量C a(O H),的混合液，整个过程为间歇操作.工艺流程如下:由风机鼓人的空气与自 钢瓶放出的S 0 2 经缓冲罐混合后进人塔底部，与自 上而下的 脱硫液逆流接触，其中S O:大部分被吸收液吸收，到塔顶经除雾后排出.塔底排出的脱硫液流人沉灰池。在再生池内与 石灰进行再生反应，再生后的循环液流入澄清池使反应生成的C a
11、S O。和C a S 认的共沉淀物充分沉下，准清池的上清液流至泵前池，再用潜水泵打回旋流板塔完成循环使用.3 结果与讨论3.1 传质一 反应过程的分析 为考察再生清液吸收S 0,的传质一 反应过程机理，测定了 脱 硫率，与清液初始p H(记作P H o)随时间r 而变化 的 规 律，结 果 如 图1 Ff f 示.从 图 上 可 以 看 出，P H o 一 二 曲忍线变化大致可以分为两段.第一阶段，P H.在7 以上，脱.脱蕊率.P 氏硫率在7 5 以上，历时6 0 m i n 左右.在高pH.时吸收过程主 要按式(3)进行，5 0:被吸收生成S 0,一的反应速率快，就较高;因碱浓度低，P f
12、 b下降的速度也较快.第二阶段，P 氏从7 缓慢地下降到5 左右，脱硫率从7 5%下降到2 0%以下，历时3 h.这阶段吸收液中S 0;浓度随着p 氏的下降而下降，从式(2)可知脱硫率随之下降.脱硫率的下降使吸收S O，的量相应减少，也是P 氏值的下降减缓0 于一月一一 一 一 一 Ja 0 5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 下.1 月】口圈l 脱硫率和吸收液P W 自时间的变化关系 气量8 8 m l h.S O,浓度1 0 6 5 p p.,掖气比 3 L l 淤,N.浓度0.0 3-1 t L、气温2 6 C)F i g.1 I fi e c h 1 1 唱 e s
13、 o f，e n d p l i e w i s h r环境科学学报2 1 卷的一个原因.3.2 N a浓度及P 氏对脱硫率 9 的影响 吸收液的P 氏值是影响脱硫率的一个重要因素.实验测定了不同N a 浓度时吸收液 P 氏如s0困r】司 l mo l/L N r .a s m o l/L N a 1-0.0 3 m o l/L.杏毋#”3 0 5 奋书一字份犷扁刁 布节 p 旧.圈2 不同N a 浓度时吸收液P H t 与 脱硫率关 系(气量8 8 时/h,S O,浓度约1 0 0 0 p p.,液气比um 气沮2 4 C)F i g.2E ff e c t o f p l b o n 7
14、w i th d iff e r e m N ae 朋 仁 即 t n，1;。n对，的 影响，结果如图2 所示.从图2 可见，P 氏 7 时，随p it缓 慢下降.p H o-7 时，刀 迅 速下降.分 析原因，主 要是:当P 氏较高时，吸收液中O H 的浓度较高，S 0 2 被吸收迅速生成S 0;，吸收反应主要按式(3)进行，吸收速率较大，脱硫率就较高.当P 氏下降到1 0 以下时，吸收掖的O H 一 的量已很少，吸收反应主 要按式(2)进行，S O,一 浓度在P 氏 8 以后也较快 降，因而脱硫率随之下降.从脱硫率的角度来看,p H u 值越高越好.但是由于吸收清液中 总是有一定量c 扩
15、的 存在，在P 氏值较高时，吸收塔内 还是会出现结垢现象;且P f 1 o 在7-1 2 的范围内，脱硫率较稳定，综合考虑,p m在7-8 较为适宜.从图2上还可以看出，脱硫率随 N a 浓度的增加而增加，在 高pH,时，当 N a 3 0.0 5 m o l/I 时，脱 硫率I 随N a 浓度的变化幅度不大.虽然 N a 浓度越高脱硫率越高，但是随着 N a 浓度的增加，随渣带出的钠碱量增加，从而增加了运行成本.从本实验结果综合考虑，对 吸收液 N a 的 选 择以0.0 5 m o l/L 左右为宜.这比 晏乃强 M 等的 结果(0.3 m o l/L)低得多，也比国 外双碱法常用的【N
16、a 范围(0.1。一。.3 5 m o l/L)a i 低，这将有利于降低实际运行中的钠碱损耗.朽90朴的乃沁“阳朽勺朽叨 未诊3.3 液气比(UG)的影响 液气比是影响脱硫的一个重要操作参数，它直接影响投资和运行费用.图3 显示了不同p H值下，液气比U G对脱 硫率，的 影响.从图 上可 以 看出，随T J G 的 增加而 增加，但增加的幅度越来越小.而随着 UG的增加，整个脱硫系统的能耗增加，系统压降也随之增大，因此，过大的液气比是不适宜的.从本实验看，UG控制在2-3 U耐 较为合适，这与国外的情况(1.3-2.7 U m 户 lo l 相近.3.4 进口S 0 2 浓度(Y n)的影
17、响 由于各种燃煤的含硫量不同，其燃烧后烟气的S O:浓度也不一样.为考察其影响，试验了进口S 0 2 浓度Y。对脱硫率，的 影响，结果如图4 所示.可见，随Y。的 增加而降低.当)。增大时，气相的S 0 2 分压增大，气相传质推动力增2 3 4 5 U G.L/.圈3 脱硫率与液气比关系曲线(气la 8 8 砂/h,w,浓度约 1 0 0 0 p p.N o 卜 0.0 5-l/L气温2 6 4)F i g.3 F H e c r o f UG n n q，吸收速率有所提高，脱硫量增加，从塔顶到塔底吸收液p H值下降幅度增大，脱硫率因而下大降3.5 N a 的损失5期昊忠标等:双孩法烟气脱硫工
18、艺的研究51 71 0 0.P 1 4=1 1 考虑到工业上实际需要，本研究还测定了各种条件下N a 的损失 具体操作为:先测定实验结束后排出的灰渣量中的液量，并测定了其所含液体中的N a 浓度，由此来算出N a的损失量.其结果表明，随灰渣带走的液量与排出的灰值量 成正比，与操作条件(L/G,y。等)无关 而试验中排出的灰渣量可以由实际的脱硫量计算得出，所以需补充的的钠碱量也可计算得出.仍卯那即乃 冰p口，H r召7 5 0 1 0 0 0 1 2 5 0 1 5 0 0 1 7 5 0孔.p 侧口4结论圈4 进口别卜浓度与脱硫案关系曲线 气f 8 8 m 0/h,液气比3 Um 3,N s卜
19、 0.0 5-11 L,气泥2 4 C E i g.4 E ff e c t o f S O,c。cee m r e d o n o n p(1)吸收液p l l a,L!G和N a*浓度愈高，脱硫率愈大;进气5 0:的浓度愈高，脱硫率愈低(2)适宜工艺参数为:p 氏=7-8,I J G二 2-3 u 耐 N.=0.0 5 m o l/L.进口S 0,浓度约1 0 0 0 p p m时，以上工艺条件下的脱硫率约为9 0%.(3)钠碱的损失量与实际的脱硫量密切相关，与操作条件(L I G,y o 等)无关-以上结果将有助于本工艺的设计和操作，同时说明以旋流板塔为主设备的双碱法烟气脱硫工艺具有明显
20、的技术先进性和广阔的工业应用前景参考文献:4飞)1 0周i.昆 湿法烟气脱硫的技术现状和发展趋势 J 大气环垅 1 9 9 1,6(3):1 0-1 4J p h L Y.1 a l.E P A R e p o n R I.E P A-6 0 0/2-8 8-0 1 8.1 9 8 8妾乃强，施 扭，吴忠标，等 双孩法旋流板塔烟气脱硫工艺L J 1 环fA科学 1 9 9 8,1 9(5):7 2-7 4李3平，谭天恩 双碱法烟气脱硫的荃础研究仁 习 重庆环境科学,1 9 9 9,2 1(5):4 9-5 2马连元.双碱法脱硫技术研究L J 1-城市环境与城市生态,2 0 0 0,1 3(1)
21、:6 0-6 2吴忠标，谭天恩 旋流板塔石灰湿法烟气脱班试验研究川.开境科学学报，1 9 9 5,1 5(幻:3 3 6-3 4 0马 广大，等.大 气污染 控制工 程 M 北京:中 国 环境 科学出 版杜 1 9 8 5 硫酸工业 编辑部 低浓度_级化硫烟气脱硫Ml上海 上海科学技术出版社 1 9 8 1.1 4 2P h ilip s I L,B ly Lh e G M,W h it,1 R.R as u lt o f high S O,re m o v a l te s tin g m n e w y o rk s ta te e le c v ic a n d g m c o r p
22、o ra t io n s k in ti ih s ta tio n z .E P R I 1 9 9 5 S O,C n n t m l S y m p o s i u m S e a e iu n zH e r g m v e J r O W,S k-p a R C.Wil h e l m J H,e t d.R e s u h o f l i m e s t o n e c l e a r l i q u o r s c mh h i n g te s t a t E P R I S E n v i m n m e o t C o n t m lT h m l o g y C e n te r(E C T C)z l.E P 川1 9 9 5 S O,C o m m l S y m p o s i u m S e s s io n 5 B