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 = 2Na2SO4 1.3.2 再生反应 CaO + H2O = Ca(OH)2 Ca(OH)2 +2NaHSO3 = Na2SO3 + CaSO3·1/2 H2O ↓+3/2 H2O Na2SO3 + Ca(OH)2 + 1/2H2O = 2NaOH + CaSO3·1/2 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。 2CaSO3·1/2 H2O + O2 + 3H2O = 2 CaSO4·2H2O 1.5.3 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。国家税务总局公告2017年第45号 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(0.365~1)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)2SO3 2.4.2 置换反应: (NH4)2SO3 + Ca(OH )2 + 1/2H2O = CaSO3·1/2 H2O↓+ 2NH3·H2O 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CaSO3·1/2 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:130~150(℃) 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ηS = 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 NaHSO3 3.3.3.2 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 + H2O 3.3.4 再生反应: CaO + H2O = Ca(OH)2 2NaHSO3 + Ca(OH)2 = NaSO3 + CaSO3•1/2(H2O)↓ + 3/2(H2O) NaSO3 + Ca(OH)2 + 1/2(H2O) = 2NaOH + CaSO3•1/2(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100~200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(食品包装纸种类脱硫效率ηS = 93 %时) 3.4.1 化学反应式 3.4.1.1 吸收反应 4NH3 + 2H2O + 2SO2 + O2 = 2(NH4)2SO4 3.4.1.2 置换反应 (NH4)2SO4 + CaO = CaSO4 创新的国度+ 2NH3 + H2O 3.4.1.3 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17~25%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 需要用亚硫酸钙CaO的费用为:875(元/ h) 3.4.6 需要用NH3的费用为:1.86(元/ h) 3.4.7 脱硫剂运行总费用为:876.86(元/ h) = 701.5(万元/y) 3.5. 工艺流程 置换工艺的烟气处理工艺框图如下。 此工艺中,采用特殊保护方法,使氨水在池中的挥发量不大于0.5%。 3.6 结论 以35(t/h)锅炉为例,燃煤含硫量3%(高硫煤),脱硫效率93%(达标)时. 西部论坛 双碱法脱硫剂的年运行费用约为:936万元,音乐网站论文 半干氨法脱硫剂的年运行费用约为:701.5万元。 仅脱硫剂费用,每年能为用户节省:234.5万元。 |
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