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1、文章编号:025322468(2001)20520530204 中图分类号:X701 文献标识码:A 旋流板塔价廉脱硫剂湿法烟气脱硫工艺 刘 越,吴忠标 3 ,谭天恩 (浙江大学环境工程系,杭州 310027) 摘要:以旋流板塔为脱硫塔,对几种价廉吸收剂的湿法烟气脱硫工艺进行了实验研究,并分析了传质反应机理.试验了不同 液气比 (L G) 、 吸收液pH值和进气SO2浓度等主要参数对脱硫率的影响,并对实验结果进行了分析;结合其传质反应机理, 得出了回归方程式.这些吸收剂均来自于工业废料,达到了以废治废的效果.价廉脱硫剂的旋流板塔湿法脱硫工艺已用于苏 州热电厂35 th锅炉的烟气脱硫. 关键词:
2、价廉脱硫剂;旋流板塔;湿法烟气脱硫;工艺 Wet FGD process with cheap absorbent in rotating2stream2tray scrubber LIU Yue , WU Zhongbiao , TAN Tianen (Department of Environmental Engineering , Zhejiang University , Hangzhou 310027) Abstract:The wet FG D process in a rotating2stream2tray scrubber using cheap absorbent was
3、studied experimentally , and the mass transport re2 action mechanismwas analyzed. Main parameters (liquidgas ratio , pH value of the absorbent solution ,inlet SO2concentration , etc.) affecting SO2removal efficiency were studied. The experimental data were dicussed andfitted by a regression equation
4、. The industrial application value of these processes was studied. The technology has been used successfully in the FG D process for a boiler (35 th) in Suzhou Thermal Power Plant. K eywords:cheap absorbent ; rotating2stream2tray scrubber; wet flue gas desulfurization; process 收稿日期:2000209229;修订日期:2
5、001203215 攻关课题:国家 “九五” 重点科技攻关子专题 (96 2910201202S204) ;浙江省重点科技项目(0011032302 02) 作者简介:刘 越(1976 ) , 男,硕士.3 通讯联系人 目前世界上烟气脱硫(FG D)吸收剂以石灰石 石灰为主,而石灰石又以其更廉价的优势成 为FG D装置的首选脱硫剂.利用工业废料脱硫,不仅可以降低运行费用,还可达到 “以废治废” 的目的.蒋忠锦等 1进行了利用硼矿废料脱除废气中二氧化硫的研究. 施耀 2对一些碱性工业 废料,如电石渣、 纸厂白泥、 碱厂废液和飞灰等作为脱硫剂进行了较为系统的研究.梁宁等 3利 用苎麻脱胶废水作脱硫
6、剂进行烟气脱硫实验研究.吴忠标等 4进行了钢渣法脱硫实验研究. 旋流板塔是浙江大学发明的高效传质设备,具有负荷高、 压降低、 不易堵、 弹性宽等优点, 其综合性能优于国内外普遍使用的湿法吸收器 5 .本文以旋流板塔为吸收器,选择电石渣和碱 厂废渣两种工业废料作为脱硫剂,对它们的脱硫性能进行实验研究,以期开发出价廉、 实用的 以废治废的脱硫工艺. 1 实验部分 111 脱硫剂 实验使用的脱硫剂为电石渣和碱厂废渣等工业废料(成分见表1和表2) .电石渣是生产 乙炔排出的废渣.由于本文所用电石渣已经数年堆放,故主要活性成分Ca (OH)2含量比新鲜 电石渣低一些,活性也受到一定影响.碱厂废渣是铵碱法
7、生产纯碱的废渣.它们均来自于杭州 电化集团. 第21卷第5期 2001年9月 环 境 科 学 学 报 ACTA SCIENTIAE CIRCUMSTANTIAE Vol.21 ,No.5 Sep. ,2001 表1 电石渣的化学成分 Table 1 Chemical components of carbide lime 成分 (干基) Ca(OH)2Al2O3 Fe2O3MgOSiO2 含量, %77.61.440.800.3216.10 表2 碱厂废渣的化学成分 Table 2 Chemical components of alkaline factory waste 成分 (干基) NaO
8、HNa2CO3Ca(OH)2MgOCaCO3 含量, %2.700.312.087.6087.20 112 试验装置和流程 试验主设备是内径为150 mm的旋流板塔 5 .本实验使用一定量的脱硫剂配制成浆液30 L ,整个过程为间歇操作.工艺流程如下:由风机鼓入的空气与来自钢瓶的SO2经缓冲罐混合后 进入旋流板塔下部,与自上而下的吸收液逆流接触,其中SO2大部分被吸收液吸收,经除雾后 排出.在循环槽中配制一定浓度的吸收液,用潜水泵打入旋流板塔与混合气体接触后,从塔底 排入循环槽再循环使用. 2 结果与讨论 211 电石渣脱硫特性的研究 图1 电石渣 2pH0曲线 Fig.1 Effect of
9、 pH0onfor carbide lime 21111 入塔浆液pH(pH0) 入塔浆液的pH值(记作pH0) 是影响脱硫率的一个重要因素.本实验测定了pH0与脱硫 率之间的关系,结果如图1所示.可见 2pH0曲线大致可 分为3段.pH011时,随pH0的减小迅速下降;pH0= 7 11时,比较稳定;pH07时,又随pH0的减少迅速下降. 图2 电石渣 2LG曲线 Fig.2 Effect of LGonfor carbide lime 这主要是因为pH011时,浆液的pH较高,吸收速率 较快.随着pH0的下降,浆液中固体Ca(OH)2的溶出已不能 及时补充反应消耗的OH - ,pH0值及脱
10、硫率因而下降.当 pH0= 711时,SO2的吸收速率下降到一定程度后,反应中 消耗的OH - 相应减少,固体Ca (OH)2的溶出基本能跟上 OH - 消耗,所以脱硫率较稳定.当pH07时,这时浆液中的Ca(OH)2所剩不多,随着pH0的下 降,溶解于浆液中而不能及时反应的SO2增多,传质推动力减小,所以脱硫率迅速下降.可见, pH0选择在89为宜,此时脱硫率较稳定.而过高的pH0将使塔内结垢加剧,过低的pH0使得 脱硫率较低. 21112 液气比 (L G) 图2显示了电石渣脱硫率与液气比 LG的关系.可见, 随 LG的增加而增加,但增幅渐小.LG 较高时,电石渣的浆液量大,气液接触面积大
11、,传质速率效率 就高;另一方面,由于循环槽脱硫浆液总体积一定,LG的增 加就意味着停留时间的减少,从而使再生反应受到限制,导 致总反应速率增加幅度减小. 对图2中的曲线进行非线性回归,得出了式 (1) , 其最大 误差为:emax= 1.85 %. = 92.0 0.41LG 1 + 0.41LG 100 %(1) 135 5期刘 越等:旋流板塔价廉脱硫剂湿法烟气脱硫工艺 图3 电石渣 2进口SO2浓度曲线 Fig.3 Effect of SO2concentration on for carbide lime LG大小的选择直接影响到投资和运行费用,考虑到过 高LG能耗过高,过低LG又不易达
12、到要求的脱硫率,LG宜 在4Lm 3 左右. 21113 进气SO2浓度(y0) 实验考察了进气SO2浓度对脱 硫率的影响,结果如图3所示.可见随着y0的增大,相应 降低.y0增加即气相中SO2的分压增大,从而使气相推动力 增大,SO2吸收速率有所增加.虽然总脱硫量有所上升,但因 为脱硫量的增加幅度不如y0的增加幅度大,所以还是下 降. 212 碱厂废渣脱硫特性的研究 21211 入塔浆液pH(pH0) 实验测定了碱厂废渣pH0对脱 硫率的影响,结果如图4所示,可见与电石渣的情况(图 1) 有较大差异. 2 pH0曲线大致可以 分为二段.第一阶段,pH0 7时,较稳定.这是因为碱厂废渣中含有一
13、定量的NaOH、Ca(OH)2 图4 碱厂废渣 2pH0曲线 Fig.4 Effect of pH0onfor alkaline factory waste 及MgO ,在高pH0时,SO2能及时被吸收反应成SO 2 - 3,所以脱硫 率较高且稳定.第二阶段,当pH07时, 随 pH0的下降而较快 下降.这主要是因为pH0较低时,浆液中OH - 基本消耗完,传质 反应速率受CaCO3溶出速度的控制,这一速率较慢,故脱硫率 也随之下降.适宜的pH0在68左右. 21212 液气比 (L G) 碱厂废渣的液气比LG与脱硫率的 关系如图5所示, 2 LG曲线与电石渣的 2LG曲线基本相似, 其机理如
14、21112所述.其适宜的LG也在4Lm 3 左右. 对图5的曲线进行回归可得: = 99.4 0.343LG 1 + 0.343LG 100 %(2) 式(2)的最大误差为:emax= 5.03 %. 21213 进气SO2浓度 图6显示了碱厂废渣进气SO2浓度y0与脱硫率之间的关系.从图上可 图5 碱厂废渣 2LG曲线 Fig.5 Effect of LGonfor alkaline factory waste 图6 碱厂废渣 2进气SO2浓度曲线 Fig.6 Effect of SO2concentration on for alkaline factory waste 235 环 境 科
15、 学 学 报21卷 以看出,碱厂废渣的 2y0曲线与电石渣不同.y0 500 ppm时,变化不大,这说明y0较小时, 随着y0的下降,脱硫量的下降幅度变得更大,已经趋近于y0下降的幅度. 213 两种脱硫剂脱硫性能的比较 由上可见,这两种脱硫剂均适用于实际脱硫工艺,且来源都很丰富,因而应用前景广阔.电 石渣适宜工艺条件为:pH0= 89 ,LG4 Lm 3 ;y01000 ppm时,脱硫率为60 %左右.碱厂废 渣适宜的工艺条件为:pH0= 68 ,LG4 Lm 3 ;y01000 ppm时,脱硫率在60 %以上.碱厂废 渣的脱硫性能更具竞争力,其MgO和NaOH不但有利于脱硫,而且也利于减少
16、结垢 6 . 214 工业装置 另一种价廉脱硫剂的旋流板塔湿法脱硫工艺已应用于苏州热电厂35 th抛煤炉的烟气脱 硫除尘,运行情况良好.经北京环科除尘设备检测中心测试,结果表明:脱硫率7012 % ,除尘效 率9814 % ,吸收器阻力928 Pa. 可见,本工艺不仅价廉、 实用,而且可达到以废治废的目的,具有明显的经济、 环境综合效 益. 参考文献: 1 蒋忠锦,王继徽,罗文光,等.硼矿脱除废气中的二氧化硫的研究J .环境科学,1991 ,12(1) :4749 2 施 耀.利用工业废料在旋流板塔内烟气脱硫的技术研究D.浙江大学博士学位论文.1991 3 梁 宁,等.苎麻脱胶废水喷淋锅炉烟气
17、除尘脱硫降碱实验研究J .中国环境科学,1995 ,15(3) :219223 4 吴忠标,潘学良,钟 丽,等.钢渣湿法脱硫试验研究.环境工程,1996 ,14(6) :1722 5 吴忠标,谭天恩.旋流板塔石灰湿法烟气脱硫试验研究J .环境科学学报,1995 ,15(3) :336340 6 Sada E,Kumazawa H, Hashizume I ,et al. Desulfurization by limestone slurrywith added magnesium sulfateJ . Chemical Engineer2 ing Journal , 1981(22) :133141 335 5期刘 越等:旋流板塔价廉脱硫剂湿法烟气脱硫工艺