双碱法烟气脱硫系统液气比选择
第21卷第3期 2005年5月
文章编号:1005-006X(2005)03-0017-02
电 站 系 统 工 程 Vol.21 No.3 Power System Engineering May,
2005
双碱法烟气脱硫系统液气比选择
山东大学 陈莲芳 徐夕仁 马春元 周慎杰
摘 要:双碱法烟气脱硫是目前被广泛采用的烟气脱硫工艺之一。通过对其原理、工艺过程的分析,说明了液气比这一操作参数的重
要性,并通过物质平衡分析提出了理论计算液气比的公式,并针对工程实际中正确运用该公式提出了意见和建议。
关键词:双碱法;烟气脱硫;液气比
中图分类号:X703 文献标识码:A
How to Choose Appropriate Liquid/Gas Ratio for Double-alkalic FGD Process
CHEN Lian-fang, XU Xi-ren, MA Chun-yuan, ZHOU Shen-jie
Abstract: The principle and work process of double-alkalic FGD process were analyzed and the importance of liquid/gas ratio was explained. A formulation for liquid/gas ratio calculation was presented on the basis of substance equilibrium analysis. Some suggestions about how to use this formulation for actual engineering were given also. Key words: double-alkalic process; flue gas desulphurization (FGD); liquid/gas ratio
双碱法烟气脱硫系统的特点是先用碱性吸收液进行脱硫,然后再用石灰乳和石灰石粉末再生吸收液。由于采用液相吸收,而亚硫酸氢盐通常比硫酸盐更易溶解,从而可避免石灰/石灰石湿法脱硫所经常遇到的结垢问题,且可以得到纯度较高的石膏副产品,因而得到广泛应用[1]。在双碱法烟气脱硫系统中,液气比是一个非常重要的操作参数,液气比大,意味着烟气与脱硫剂接触面积大,有利于SO2的吸收,但液气比太大,容易导致雾化效果不佳,不利于脱硫。且太大的液气比会使整个烟气行程的阻力增加,从而引起引风机出力不足导致锅炉正压,也易导致风机带水[2]。因此,适当的液气比对于双碱法烟气脱硫系统的正常运行有重要意义。
用石灰石粉末进行再生时:
2NaHSO3+CaCO3⇔Na2SO3+CaSO3
11 H2O↓+CO2↑+H2O
22
1.2 工艺过程介绍[3]
湿式双碱法烟气脱硫系统工艺流程见图1,待处理烟气进入洗涤塔后向上流动,穿过多孔流化筛板,与喷淋下来的洗涤液相遇,在布风板上形成气液流化床,烟气中的SO2气体被洗涤液吸收。净化后的烟气经脱水后离开洗涤塔,污液从筒体下部排出洗涤塔,污液进入沉淀池前与来自石灰消化池的Ca(OH)2溶液混合,一起进入再生固硫沉淀池,在再生固硫沉淀池中发生钠盐的再生反应和生成硫酸盐的固硫反应,脱硫产物和烟尘一起沉降去石膏生产过程,而澄清后的洗涤液补充NaOH液后,经循环泵返回洗涤塔,洗涤液又重新吸收烟气中的SO2,完成循环。
1 脱硫原理与工艺过程
1.1 脱硫原理
在双碱法(double-alkalic process)中,以钠碱双碱法为最多。采用钠化合物(氢氧化钠、纯碱或亚硫酸钠,本文以氢氧化钠为例)吸收烟气中的SO2。SO2的吸收降低了洗涤液的pH值,并生成亚硫酸氢根离子,随后,洗涤液进入添加石灰的再生系统。在这里,生成亚硫酸钙沉淀,再经氧化处理来制取石膏。再生过程中产生可重新利用的脱硫剂溶液返回脱硫塔。
脱硫塔内的吸收反应为:
2NaOH+SO2⇔Na2SO3+H2O
图1 双碱法烟气脱硫工艺流程图
Na2SO3+SO2+H2O⇔2NaHSO3
用石灰料浆进行再生时,沉淀池内的再生反应为:
13
2NaHSO3+Ca(OH)2⇔Na2SO3+CaSO3⋅H2O+H2O
22
11
Na2SO3+Ca(OH)2+H2O⇔2NaOH+CaSO3⋅H2O
22
2 液气比的选择
液气比l也就是喷入的洗涤液流量L与处理烟气流量G的比(l=L/G)。适宜的液气比l一方面要保证较高的脱硫效率,另一方面要满足设备安全经济运行的需要,且能够使脱
生成亚硫酸钙的一般形式为半水亚硫酸钙。
收稿日期: 2004-12-18
陈莲芳(1966-),女,讲师,博士。能源与动力工程学院,250061
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0式中,CSO——允许最高排放浓度,mg/m3。
2out
硫剂得到有效利用。液气比l也是脱硫循环泵选型的依据之一。
2.1 根据排放要求确定液气比
要计算满足排放要求的最小液气比,必须知道脱硫反应进行的程度,系统是否处于平衡状态等。
作为计算的前提,作以下假设:
(1) 沉淀池面积很大,有足够的反应时间和沉淀时间,因而沉淀池出口处洗涤液的各种离子处于平衡状态。
(2) 忽略循环过程中水的损失、钠盐的损失、水的蒸发和泄漏及除渣带出的水等项损失。即认为Na+离子总量不变,循环水总量不变。
(3) 假定洗涤液温度为25 ℃,各平衡常数为定值。 (4) 忽略烟尘进入洗涤液后对系统反应的影响。 (5) 洗涤塔中没有沉淀生成。
脱硫过程也是一个传质过程(过程见图2)。图中各项的意义为:
根据硫物质平衡得到下式:
10−6CSOηG/64=(Csout−Csin)L
2in
则得最小液气比的计算公式
l=L/G=10−6CSO2inη/64(Csout−Csin)
式中,CSO2in决定于处理烟气成分,Csin、Csout可由脱硫塔和再生固硫沉淀池的化学热力学计算确定,实际生产中也可通过对进出口洗涤液进行成分分析确定,从而可根据该式从理论上计算满足排放要求的最小液气比。 2.2 根据安全经济运行确定液气比
2.1中得到的液气比是从满足脱硫效率要求出发确定
的,没有考虑系统及有关设备的适应性,工程实际中还应考虑以下几个方面:
(1) 液气比l的选择不能超出引风机的出力范围。如果
液气比l太大,则使烟气行程阻力太大,超出引风机的出力范围,易造成炉膛正压。这时可考虑通过适当提高洗涤液pH值来降低液气比。这是因为pH值提高改善了脱硫效果,
图2 传质过程
G——待处理烟气流量,m3/h;L——洗涤液流量,m3/h; Csin—进口洗涤液中的总S浓度,kmol/m3;Csout——出口洗涤液中总S浓度,kmol/m3;CSO2in——进口烟气的SO2浓度,mg/m3;CSO2out——出口烟气的SO2浓度,mg/m3。
在脱硫过程中,烟气中的部分SO2气体被脱硫剂吸收,使烟气的SO2气体浓度由进口处的CSO2in降低为出口处的CSO2out,而脱硫洗涤液侧以各种形态存在的硫物质总量摩尔浓度则由进口的Csin增加到出口的Csout,其增加量来源于吸收的SO2,烟气体积流量和洗涤液体积流量在该过程中变化很小,忽略其微小变化量,认为脱硫过程中烟气体积流量和洗涤液流量保持不变。
经分析不难得出,在洗涤液中可能含有的离子有:+2−−−,但在沉淀池出口,由OH−、H+、Ca2+、Na、SO2SO3、HSO34、于经过了再生反应,又添加了钠碱,pH较高,因此HSO含
−
3
出口洗涤液的总S浓度Csout提高,根据下式:
l=L/G=10−6CSOη/64(Csout−Csin)
2in
液气比l减小。但这是以多消耗脱硫剂为代价的。
(2) 液气比l的选择不能引起风机带水。过大的液气比
使烟气湿度增加,引起风机带水,也是安全运行所不允许的。
(3) 2.1中的计算是基于反应平衡进行的,工程实际中,
烟气流经脱硫塔的时间有限,可能不能达到完全的反应平衡,所以工程实际中选择液气比时,应在计算值的基础上给予适当放大。
3 结 论
(1) 双碱法烟气脱硫系统的液气比是一个重要的操作
参数,在选择液气比时既要满足排放要求,又要考虑系统的安全经济运行。
(2) 理论上液气比可按式l=10−6CSOη/64(Csout−Csin)计
2in算得到。
(3) 工程实际中的液气比,应在计算的基础上综合考虑
量非常少,将其忽略,故脱硫塔进口洗涤液中含有
2−−,而脱硫塔出口洗涤液中含有OH−、H+、Ca2+、Na+、SO2SO3、4
OH、H、Ca、Na、SO、SO、HSO等,故得出:
2−− Csin=[SO3]in+[SO24]in
+
风机出力、烟气湿度等因素而确定。
(4) 液气比l、系统运行pH值、脱硫效率η相互影响,
−+2+
2−
32−4−3
工程实际中在确定液气比时应兼顾其相互作用,协调处理,共同保证理想的脱硫效果和系统的安全经济运行。
2−4in
2−−− Csout=[SO3]out+[SO24]out+[HSO3]out
式中,[SO]——入口SO浓度,kmol/m;[SO]——
2−
3in
2−3
−浓度,kmol/m3;2−2−浓度,入口SO2[SO3]out——出口SO34
3
参 考 文 献
[1] 南京化学工业公司研究院《硫酸工业》编辑部. 低浓度二氧化硫烟
气脱硫[M]. 上海科学技术出版社, 1981.
[2] P N 切雷夫西诺夫, R A 扬格. 大气污染控制设计手册[M]. 化学
工业出版社, 1991.
[3] 陈莲芳. 钙基脱硫剂湿式脱硫化学动力过程研究[D]. 山东大学,
2001.
[4] 刘精今, 陈竹新. 碱性工业废水在锅炉烟气脱硫除尘中的应用[J].
环境工程, 1996, 14(2).
−−浓度,kmol/m;−kmol/m;[SO2——出口SO2[HSO3]out—44]out−浓度,kmol/m3。 —出口HSO3
33
根据当地排放标准可计算出满足排放要求的最低脱硫效率η:
η=
CSO2in−C0so2out
CSO2in
×100%
编辑:闻 彰