双碱法旋流板塔烟气脱硫工艺

ENVIRONMENTALSCIENCESep.,1998

双碱法旋流板塔烟气脱硫工艺

晏乃强　施　耀　吴忠标　李玉平　李　松　谭天恩

(浙江大学环境科学与工程系,杭州310027)

摘要　以旋流板塔为脱硫塔,对Na2CO3-Ca(OH)2双碱法烟气脱硫工艺进行了实验研究,对影响脱硫率的主要因素进行考察,如再生液pH值(pH0)、溶液中Na+浓度、液气比(L/G)及气体中SO2初始浓度等.结果表明,选择以下工艺条件较SO2-4浓度、为适宜:pH0=7-8,L/G=2-3L/m3,[Na+]≈0.3mol/L.关键词　湿法烟气脱硫,双碱法,旋流板塔.

*

ProcessofDual-AlkaliFGDinaRotating-Stream-TrayScrubber

YanNaiqiang　ShiYao　WuZhongbiao　LiYuping　LiSong　TanTian'en

(Dept.ofEnviron.Sci.&Eng.,ZhejiangUniversity,Hangzhou310027)

Abstract　TheNa2CO3-Ca(OH)2dual-alkaliFGDprocessinaRotating-Stream-Tray(RST)Scrubberisstudiedexperimental-ly.MainparametersaffectingSO2removalefficiencyarestudiedforthisprocess.TheseparametersincludepHvalueofthere-generatedsolution(pH0),Na+andSO2-4concentrationinsolution,liquid/gasratioandinletSO2concentration.Onthebasisoftheaboveresults,suitableoperatingconditionsarerecommendedasfollows,pH0=7—8,L/G=2—3L/m3and[Na+]≈0.3mol/L.

Keywords　wetfluegasdesulfurization,dual-alkali,rotating-stream-trayscrubber.

　　迄今湿法仍是控制SO2的主要方法[1—3].其中双碱法的优点是塔内钠基清液吸收[4],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;石灰的利用率较高.旋流板塔是浙江大学发明的一种通用设备,具有负荷高、压降低、不易堵、操作弹性宽等优点[5],其综合性能优于国内外常用的脱硫设备[2].1　双碱法原理

常用的钠钙双碱法,在启动时以纯碱吸收SO2,吸收液用石灰乳再生.Na2CO3溶液在启动后其中的基本被驱除;吸收液再生后,循环使用.循环过程CO2-3中的主要反应如下:

(1)脱硫过程

Na2CO3+SO2→Na2SO3+CO2↑2NaOH+SO2→Na2SO3+H2ONa2SO3+SO2+H2O→2NaHSO3

(1)(2)(3)

式(4)为第1步再生反应,式(5)为再生至pH>9以后继续发生的主反应.所生成的CaSO3及副产物CaSO4以半水化合物形式共沉淀.2　实验

2.1　实验装置及流程

如图1所示,包括脱硫塔、再生槽(反应槽)、沉降槽等.脱硫塔为<150mm旋流板塔,内装3块旋流塔板

和一块旋流除雾板.从钢瓶出来的SO2与风机送来的空气一起进入缓冲罐,经混合配成一定浓度的模拟烟气,沿切线方向进入旋流板塔底部,与自上而下的脱硫液逆流接触,使气体中SO2逐步脱除,最后经塔顶部的除雾板除雾后从塔顶排出.脱硫塔底部排出的脱硫液(吸收液)流入再生槽,与石灰乳进行再生反应,再经沉降槽澄清;再生清液由泵从脱硫塔顶部送入塔内.这样溶液就处在脱硫-再生-脱硫的循环使用过程中.2.2　实验结果与讨论

(1)再生液pH　再生液的pH值(即脱硫液初始的pH值,记作pH0)是影响脱硫率的一个主要因素,实验结果如图2所示.可见当pH0>12时,3块塔板脱硫率

*　李玉平现在北京理工大学化工与材料学院工作.孟宪文,

蔡井刚同学参加了部分工作晏乃强:男,30岁,博士生收稿日期:1998-01-11

其中式(1)为启动阶段Na2CO3溶液吸收SO2的反应;式(2)为再生液pH值较高时(高于9),溶液吸收SO2的主要反应;式(3)为再生液pH值较低(5—9)时的主要反应.

(2)再生过程(用石灰乳)

2NaHSO3+Ca(OH)2→Na2SO3+CaSO3Na2SO3+Ca(OH)2→2NaOH+CaSO3

(4)(5)

5期　　　　　　　　　　　　　　　　　环　　境　　科　　学　　　　　　　　　　　　　　　　　　73　

度有限,尽管溶液中[Na+]差别较大,但再生后得到的NaOH浓度均较低(对于Na+为0.5mol/L的溶液,充

分再生后得到的NaOH浓度不超过0.2mol/L),pH0相差不大,使得[Na+]对G的影响不是太大.但对推荐的pH0=7—8,则再生反应(4)较反应(5)易于进行,使得[Na+]对[SO2-3]的影响较大.

图1　双碱法旋流板塔烟气脱硫实验装置流程1.SO2钢瓶　2.流量计　3.风机　4.缓冲罐　5.斜管差压计　6.毕托管　7.差压计　8.除雾板　9.旋流塔板　10.塔体　11.反应槽　12.沉降槽　13.流量计　14.搅拌器　15.循环泵

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,结合本实验结果,[Na+]取0.3mol/L左右为宜.

接近80%,随着pH0下降,脱硫率缓缓降低;当pH0降至8左右时,脱硫率仍大于70%;pH0降到7以下后,脱硫率迅速下降.这是由于在高pH0时OH-浓度大(mol/L,以下同),SO2进入溶液后按反应(2)迅速转化为SO2-3,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而吸收速率较大,G较高;当pH0降到7左右时,反应(2)可以忽略,反应(3)也大部完成,式(3)中[SO2-3]和增强因数随pH0的降低而较快减小,传质阻力相应增大,使G迅速下降.当pH0小于5时,因反应(3)也近于完成,此时G低于30%;SO2的进一步溶入属物理吸收,液体出塔后常会有SO2脱吸而发出刺鼻性气味.因此,单从脱硫率角度考虑,pH0越高越好,但pH0高容易导致结垢现象和石灰利用率下降.综合考虑,pH0保持在7—8较为合适.

图3　溶液中[Na+]对脱硫率的影响

　　(3)溶液中SO2-浓度　在溶液循环过程中还伴有4

2-氧化反应,产生SO2-所形成的钙盐4,由于溶液中SO4

要比SO2-的钙盐溶解度大,再生时会有一部分SO2-34累积.图4所示的是[SO2-4]对G的影响,可见:当pH0较高时,[SO2-4]对G的影响较小,而pH0较低时则影响

2-较大.这是由于溶液中有SO2-4存在时,SO4将占用一

部分Na+与之达到电荷平衡,使溶液中起脱硫作用的活性[Na+](能形成NaOH、Na2SO3及NaHSO3的Na+)降低,从而影响脱硫率.由(2)中阐述可知,当pH0较高时,G受[Na+]影响较小,因而G受[SO2-4]影响不

大,但随着pH0的降低,G受其影响逐渐明显.

图2　再生液pH对脱硫率的影响

　　(2)溶液中Na+浓度　图3所示的是一定条件下溶液中[Na+]对G的影响.可见G随[Na+]的增加而增高,其中[Na+]为0时相当于石灰湿法,且当高pH0下,[Na+]对G的影响较低pH0时为小;当[Na+]≤0.3mol/L时,G随[Na]增加而升高的幅度较大;[Na]

+

+

图4　[SO2-4]对脱硫率的影响

(4)液气比(L/G)　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.本研究在气流量不变的情况下调节液体流量来改变L/G值.

>0.3mol/L时,幅度变小.这是因为对高pH0,再生需用足量Ca(OH)2按式(5)进行,由于Ca(OH)2的溶解

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环　　境　　科　　学

图5表明了2种不同的pH0下,L/G对G的影响.

19卷

可见,当L/G较小时,G受L/G的影响较显著;无论pH0高低,当L/G大于3,G随L/G的增加幅度都很小.其主要原因为:¹在SO2浓度不变时,增大L/G则液体沿塔板下流时pH值的降低较少,且塔板上气液接触面积增加,而有利于增加吸收速率;但L/G增大到一定程度,对液体pH值下降的影响已很小,气液接触面积增加也有限.º较低pH0时,pH的变化对板效率的影响比高pH0显著(参见图2),因此G随L/G的变化更加明显.从本实验看,L/G控制在2—3L/m3较合理,这样既可保证较高的脱硫率,又不致于使投资和运行费过高.

图6　SO2初始浓度对脱硫率的影响

SO2-4的存在会使脱硫率下降.

(2)气体中SO2的y0较低,有利于脱硫率的提高.(3)综合考虑脱硫率和费用,实验表明,以下的工艺条件较为适宜:pH0=7—8,L/G=2—3L/m3,[Na+]≈0.3mol/L.

参

考

文

献

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图5　液气比对脱硫率的影响

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4　ColleyJDetal..OptimizationofLGSPE'sCANERun6

DualAlkaliFGDSystem,EPRI,SO2ControlSymposium,Session2,1995

5　陈建孟,谭天恩等.旋流板塔上的两相流场.化工学报,

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　　(5)气体中SO2初始浓度(y0)　结果如图6所示.可见,G随y0的增高而有所下降.当pH0较高时,G随y0的上升而下降缓慢;当pH0较低时,G下降较快.3　结论

　　(1)实验研究范围内的结果表明,再生液pH值、溶液中Na+浓度和L/G愈高,则脱硫率也愈大;溶液中

(上接第68页)

参

考

文

献

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