XP型亞硫酸鈣脫硫除塵技術及工業應用經驗
內容提供：北京利徳衡環保工程有限公司
摘要：本文介紹了XP型亞硫酸鈣脫硫技術的主要機理、特點、工藝流程和工業應用，并結合我公司從事脫硫行業的經驗，給出了我們對脫硫行業發展的一些體會和實際運行中一些應注意的問題。
XP型亞硫酸鈣脫硫除塵技術于94年由湘潭大學開發成功，2002年我公司引入該項技術，進一步完善了該項技術的工業應用。該技術擁有三項獲國家專利， 99年列入國家科技部“九五”重點攻關項目，2001年1月通過國家鑒定，結論是“該項研究有較大創新，總體上達到國際先進水平”。同年，獲科技部等四部委優秀成果獎。此外，該技術還獲得湖南省科技進步二等獎，教育部科技進步二等獎，北京市科技進步三等獎及第五屆中國環保產業暨第七屆國際環保產品博覽會金獎。目前，已在北京、廣西、廣東、四川、重慶、湖南、湖北、江西、江蘇、內蒙古、黑龍江、山西等地區的電站鍋爐、供暖鍋爐及工業窯爐上應用300多臺套。在眾多工程業績中，最大噸位220t/h(電站鍋爐)，最高除塵效率99.2％(電站煤粉爐)，最高脫硫效率96.2％(工業窯爐，進口SO2平均濃度 8500mg/m3)。尤其在北京地區實行新標準（SO2排放濃度≤150mg/Nm3，煙塵排放濃度≤50mg/Nm3）并要求安裝煙氣在線監測儀以來，在城區我們占有較大的市場份額。為此，2004年12月中國環保產業協會鍋爐窯爐脫硫除塵委員會會同北京機械工業協會動力分會對該技術進行了專家評議，認為該技術先進成熟，高效可靠，具有自主知識產權，可以替代進口技術，建議向全國廣泛推廣應用。
1、XP亞硫酸鈣脫硫技術簡介
濕式石灰（石灰石）－石膏法是當今世界上技術最成熟、實際應用最多、運行最穩定的脫硫工藝。濕式鈣法的優點是效率和脫硫劑利用率高，缺點是由于脫硫過程生成的CaSO3·1/2H2O和 CaSO4·2H2O溶解度很低，設備易結垢、堵塞，使系統無法運行。為解決結垢問題，70年代國外開發了鈉-鈣雙堿法和低pH值漿液脫硫等技術，但它們都存在一些問題。
目前我國大型煙氣脫硫裝置大都采用國外低pH值漿液空塔噴淋脫硫技術，依靠高液氣比和低pH值運行，投資及運行費用過高。為解決低液氣比下系統結垢問題，我們在國家“九五”攻關脫硫子專題的研究中，提出了亞硫酸鈣脫硫新工藝。該技術利用XP型脫硫除塵部件作為反應的核心部件，脫硫液(亞硫酸鈣懸浮液)在塔內XP型傳質部件上與煙氣中SO2反應生成溶解度很大的亞硫酸氫鈣（因而不結垢），反應后的脫硫液(主要是亞硫酸氫鈣)在脫硫循環池內用石灰漿再生出亞硫酸鈣供循環脫硫使用，并排出部分亞硫酸鈣懸浮液，經氧化、脫水后生成脫硫石膏，進行回收利用。這是一種類似雙堿法、新型的全鈣基間接石灰—石膏脫硫法（也稱鈣-鈣雙堿法）。
1.1 亞硫酸鈣脫硫技術及防垢機理
為解決石灰濕法脫硫中存在的結垢問題，我們在國內外首創了亞硫酸鈣脫硫技術，其脫硫及防垢機理如下：
當脫硫循環池內的亞硫酸鈣懸浮液用循環泵輸送到脫硫塔內的XP型塔板上與煙氣接觸時，煙氣中的SO2與亞硫酸鈣發生脫硫反應（4）：
SO2+CaSO3·1/2H2O+1/2H2O→Ca(HSO3)2
反應（4）生成的Ca（HSO3）2是亞硫酸的酸式鹽，在水中的溶解度較大，因而不在塔內結垢。
當脫硫劑從脫硫塔返回脫硫循環池后，反應（4）生成的Ca（HSO3）2與新加入的石灰乳Ca（OH）2發生反應，再生出CaSO3·1/2H2O供循環脫硫使用，池內反應為：
Ca(HSO3)2+Ca(OH)2→2CaSO3·1/2H2O+3/2H2O
綜上所述，我們發明的亞硫酸鈣懸浮液脫硫的實質是，用亞硫酸鈣懸浮液在脫硫塔內脫除SO2并生成溶解度很大的亞硫酸氫鈣，脫硫塔不結垢；塔外循環池內用石灰與亞硫酸氫鈣反應，再生出塔內脫硫所需的亞硫酸鈣。在這里，循環池實際上是一個再生反應器。
1.2 亞硫酸鈣脫硫技術工藝的主要特點
1.2.1 采用亞硫酸鈣懸浮液脫硫工藝，簡化了工藝流程，從理論上解釋、實踐上解決了石灰濕法脫硫的結垢問題，保證了運行的可靠性。據測定，亞硫酸鈣、硫酸鈣溶解度分別為0.0043g/100gH2O、0.223 g/100g H2O，而亞硫酸氫鈣溶解度為12.4 g/100gH2O，為亞硫酸鈣、硫酸鈣溶解度的2883.7倍和55.6倍。因此，用亞硫酸鈣懸浮液脫硫后生成的亞硫酸氫鈣不易結垢，系統能穩定運行。
1.2.2采用亞硫酸鈣懸浮液脫硫工藝，能提高脫硫液進塔pH值，降低了液氣比。目前我國已用的幾種引進國外濕法脫硫技術中大部分液氣比在15L/m3以上，如重慶珞磺電廠（日本三菱技術）為25～26 L/m3，北京第一熱電廠（德國BISCHOFF技術）為12.5～19 L/m3，運行pH值皆均都在4.5～6.0之間。而亞硫酸鈣脫硫技術液氣比小于4L/m3，運行pH值在5.5～7.0之間。脫硫反應中，脫硫液的pH 值是影響脫硫效率的關鍵因素，同等的液氣比下，pH值越高，脫硫效率越高。因此，傳統鈣法脫硫由于pH值較低，為達到較高的脫硫效率，必須提高液氣比，相應運行費用也大大增加。
1.2.3 脫硫劑采用石灰，價格低廉，來源廣泛，運行簡單方便。在所有的脫硫劑中，石灰具有相當大的價格優勢。常用的脫硫劑價格（到廠價）：石灰約150元/噸，氧化鎂約500元/噸，，純堿約900元/噸，液氨約2300元/噸。此外，用石灰做脫硫劑能生產出穩定的石膏，無二次污染，石膏外銷能增加一定的經濟效益。
1.3 XP型脫硫除塵部件的特點
1.3.1脫硫、除塵效率高，脫硫效率達90%以上，能耗低。XP型脫硫除塵部件具有特殊的板型和孔型布置，它既是一種很好的氣液傳質設備，又是一種極好的除塵設備，國內外未見使用這種部件進行除塵與脫硫的報道。當煙氣通過該部件時，煙氣被高度分散，并與亞硫酸鈣漿液強烈攪動，氣液之間有很大的接觸面積，因而能將前級除塵器中未脫除的細塵潤濕和捕集，并將SO2脫除。對比實測結果表明，在相同條件下，XP型脫硫除塵部件的單板除塵率和脫硫率分別比旋流板高出5～10%和20%左右。
1.3.2 XP型脫硫除塵部件可實現脫硫效率可控，具備跟隨脫硫標準不斷提高而能滿足排放達標的能力。讓用戶既可用最小能耗完成脫硫排放，又用不著為脫硫標準不斷提高以及脫硫煤質波動而憂心。
1.3.3 XP型脫硫除塵部件為溢流降液式，系統運行時，部件上總是能保持一定的液面高度，保證了穩定的持液量。因此，脫硫效率受鍋爐負荷變化的影響小，當負荷在30％～110％范圍內的變化時仍能達標。
1.3.4 XP型部件其布水裝置無需使用噴頭，因而避免了噴頭布水所帶來的進液壓力要求（通常為0.2MPa以上），大大降低了循環泵的揚程和電機功率，節約了運行費用，同時也避免了噴嘴堵塞。
1.4 濕法脫硫工藝流程
1.4.1 總工藝：
除塵器后煙氣由引風機送入濕式脫硫塔脫硫(脫硫效率 90％以上)，并進一步去除煙氣中的細塵，脫水除霧后，對煙氣進行加熱使脫硫后煙氣溫度升高到80℃以上，進入煙囪排放。脫硫過程生成的亞硫酸鈣漿液經氧化池氧化成硫酸鈣，再由水力旋流器濃縮后進入真空過濾機，過濾出二水硫酸鈣即脫硫石膏，濾液大部分返回石灰乳制漿系統制漿，少部分處理后排放。脫硫石膏可直接外售給水泥廠作為輔料，也可作為石膏板廠的生產原料，或制成石膏砌塊，實現脫硫產物的綜合利用。為保證引風機長期安全運行，可將引風機布置在濕式脫硫塔之前，除塵器之后。
如果采用脫硫除塵一體化設備，如傳統的麻石水膜除塵器加XP型脫硫技術，則工藝流程上有所區別，一是需要建沉淀池對除塵灰和脫硫產物進行處理；二是引風機置于脫硫塔之后，脫硫塔為負壓運行。一般這種工藝適合有濕式除塵設備和沉淀池的鍋爐脫硫改造。
（2）各系統流程
根據總工藝流程，整個脫硫可分為五大系統：煙氣脫硫系統、石灰乳制備系統、脫硫產物后處理系統、自控和電控系統及公用工程系統。主要流程如下：
a. 煙氣氣路：鍋爐空氣預熱器――除塵器――引風機――煙道――均氣室——脫硫部件－—除霧器—―煙氣加熱—―煙道――煙囪。
b. 脫硫水路：布水器——脫硫部件——脫硫循環池——脫硫循環泵——布水器；
c. 石灰乳水路：石灰粉料倉――螺旋加灰機――石灰乳池――石灰乳泵(根據測定的pH值反饋控制送漿量)——脫硫循環池。石灰乳池用水由回用過濾水提供。
d. 脫硫產物后處理：脫硫循環池――亞硫酸鈣輸送泵――氧化池――石膏輸送泵――水力旋流分離器――真空過濾機――石膏成品(含水≤10%)――裝車外運。過濾和濃縮后濾液回用，小部分廢水經絮凝沉淀后排出。氧化用空氣由羅茨風機提供。脫硫產物的后處理可根據用戶不同情況和要求，采取不同的方法：(a)脫硫產物亞硫酸鈣漿液直接排入沉淀池（系統有沉淀池的情況），在沉淀池內沉淀，抓出。(b)亞硫酸鈣漿液經濃縮后，直接排入鍋爐出渣系統，同爐渣一同處理。 (c)實現產物后處理的全流程，生成石膏。
e. 脫硫除塵系統可DCS控制系統，對煙氣的壓力、溫度、流量、pH值及各主要設備運行狀態、供水系統流程進行監控，把各個數據采集至操作站和控制室，確保整個工藝流程安全穩定運行。當然，也可采用簡單的自控系統，對系統的關鍵運行參數pH值等進行監控，可大大降低自控系統的費用，同樣能達到系統穩定運行的目的。
1.5 煙氣再加熱措施
脫硫后，煙氣溫度一般在50℃左右，為防止低溫煙氣在后部煙道及煙囪里冷凝析出水，腐蝕煙道和煙囪，一般需對排放煙氣進行再加熱或者對煙道和煙囪進行防腐處理。可根據實際情況，采取不同的方案：
1.5.1 電廠目前普便采用的GGH加熱，可把尾部煙氣提高到80℃以上，但存在投資較大，并且系統增加約800-1000Pa的阻力，運行維護費用也較高。
1.5.2 根據我們在北京等地完成的脫硫除塵項目的經驗，將經鍋爐空氣預熱器（省煤器）預熱后的富余部分熱空氣混入脫硫后冷煙氣中，可將脫硫后煙氣由50℃左右提高到65℃以上，使排煙溫度超過煙氣露點15℃左右，這樣可基本保證煙道和煙囪無冷凝水析出。此種方案投資低，總投資低，操作簡單，無運行費用。
1.5.3 如不采用加熱措施，需對尾部煙道及煙囪進行防腐處理或塔頂加濕煙囪，該種措施根據當地實際情況而定。
2、脫硫除塵技術實踐的幾點體會
2.1脫硫除塵技術是一項涉及多學科的系統工程
脫硫除塵是一項多學科的技術，它涉及到機械學、熱力學、流體力學、反應化學、建筑學、材料學等學科。脫硫除塵是一項系統工程，它包括脫硫除塵設備、脫硫除塵工藝、脫硫除塵運行管理三個子系統。因此，對一項脫硫除塵技術要采用科學的態度，樹立系統的觀念，運用價值工程原理，綜合評判其性能價格比。
2.2脫硫除塵系統是在使用中不斷完善的
脫硫除塵是一個復雜的系統工程，不同的用戶盡管鍋爐噸位相同，技術、工藝路線相同，但因鍋爐形式、燃燒狀況、煙氣工況、燃煤質量、風煤比、脫硫劑質量、水質、水量、氣候及使用管理等條件的不同，運行效果各不相同。此外，任何一個系統設備的安裝都需要一個安裝、調試、改進等過程。
2.3脫硫除塵系統的運行管理需要領導重視
任何一項工作離開了領導的重視都很難做好，脫硫除塵系統的運行需要一個科學的管理程序，更離不開領導的重視。從運行管理好的用戶經驗看，都是領導親自抓這項工作。在此，我們真誠地希望，每個用戶的主要領導都要重視脫硫除塵工作，變被動為主動，要象重視鍋爐本體運行一樣來重視脫硫除塵系統的運行，要象關注經營業績和生產成本一樣關注脫硫除塵工作。
3、亞硫酸鈣脫硫除塵系統運行應注意的幾個問題
在脫硫除塵系統中，技術和工藝是前提，科學的運行管理是保證。在運行過程中，大部分用戶希望操作越簡單越好，花費時間越少越好，但任何脫硫技術都有其自身的要求和操作的彈性范圍。這就需要用戶與廠家合作，共同努力，盡快摸索出一套適合本單位具體情況的最優的運行管理辦法。主要應從以下幾方面入手：
3.1提高認識。脫硫除塵是一項新生事務，也是一項較復雜的系統工程，需要科學的運行和管理。脫硫改造后，投資增加了，材料消耗也增加了，運行管理人員也要增加。因此，需要提高對脫硫工作重要性的認識，尤其是領導者的認識。
3.2加強培訓。負責脫硫除塵系統運行的主要技術人員和操作人員都應該對本系統工藝流程、調節運行和管理維護知識有相當的了解。良好的員工素質是系統穩定運行的重要保證。職業技術培訓是提高職工素質的重要手段，通過培訓使員工掌握脫硫除塵系統的崗位規范和崗位技能，使本系統經濟、穩定、達標運行。
3.3 結合本單位具體情況，制定操作規程，調整鍋爐運行參數（如煤質、煤層厚度、風煤比、鼓引風配比等），減少鍋爐的漏風系數，降低過剩空氣系數（氧含量少于12％），這樣既可減少鍋爐熱損失，又可減少除塵器的處理負荷，提高脫硫除塵效率，尤其是利于提高折算效率。
3.4注意全面觀察和記錄在線監測數據，不僅僅只關注二氧化硫和塵的排放濃度，可分析煙氣量、出口煙溫、含氧量和系統總壓降等數據。系統運行情況一般在在線監測數據中都有所反應，如含氧量過高說明鼓引風不匹配或系統漏風嚴重，系統總壓降的異常升高有可能是局部堵塞等。要勤校準在線監測儀數據，因為儀器運行工況較為惡劣，數據容易失真。條件許可的單位可自己購買部分儀器（如煙氣測量儀、超聲波流量計、pH計、壓差計等），以便隨時檢測。
3.5 嚴格按運行規程進行操作。特別控制系統的pH值，避免系統在pH值大于7.5以上長時間運行，這樣可避免塔板結垢和堵塞；加強巡檢，發現問題及時處理，防患于未然。
3.6 鍋爐停運時特別是供暖鍋爐，應做好所有設備的維護和保養工作，放干所有管路和水池中的水，清理干凈塔壁和管路等，關鍵設備需妥善保存。
3.7 有條件的單位盡量使用中水，降低運行費用，節約寶貴的水資源。
4、結論
4.1 XP型脫硫除塵技術是我國自行開發、研究的脫硫技術，擁有自主的知識產權。其投資運行費用低，運行穩定，能適應中國國情，是一種較好的煙氣脫硫技術。
4.2 在脫硫除塵系統中，技術和工藝是前提，科學的運行管理是保證。每家單位、每臺鍋爐都有不同的情況，這就需要用戶與廠家合作，共同努力，盡快摸索出一套適合本單位具體情況的最優的運行管理辦法。
使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環保網”
