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双碱法对锅炉烟气脱硫的模拟方案设计
作者：李春花 王伟东 来源：《硅谷》2011年第01期
中图分类号：X7文献标识码：A文章编号：1671—7597（2011）0110082－01
本次模拟项目是对3×130t/h循环流化床锅炉烟气脱硫，循环流化床锅炉所用燃料煤中含有2%的硫份，其在高温燃烧过程中将会产生大量的SO2，这将会对周围的大气环境造成很大的污染，根据国家环保排放标准和当地环保部门的要求，需要对正在运行的锅炉增加脱硫设施，确保锅炉尾部排放SO2按照国家和当地环保排放要求达标排放，并按照环保总量控制要求在确保达标的同时进一步削减SO2的排放量。 1 模拟参数
锅炉的设计参数为：锅炉蒸发量3×130t/h，烟气量3×155000Nm3/h， 燃煤含硫量2%，锅炉出口烟气温度135℃，锅炉耗煤量15t/h，SO2排放浓度
3305mg/Nm3脱硫除尘装置设计技术指标：锅炉脱硫效率≥88%SO2排放浓度＜400mg/Nm3林格曼黑度：1级。
2 双碱法脱硫的工艺流程
利用钠钙双碱法（Na2CO3-Ca（OH）2）对锅炉进行烟气脱硫处理，钠钙双碱法采用纯碱吸收SO2，石灰还原再生，再生后吸收剂循环使用，无废水排放。
锅炉烟气经静电除尘器、原引风机后，首先进入脱硫塔的预脱硫段（文丘里段）与经喷嘴雾化后的再生脱硫液进行一级脱硫反应，本级80%以上的SO2被吸收生成亚硫酸钠溶液；亚硫酸钠溶液及未与SO2反应的钠碱一起随烟气进入到脱硫塔的底部集液池内；经预脱硫段后进入脱硫塔下部的烟气在塔内通过二层吸收旋流板进行二级脱硫反应；通过旋流板的烟气继续上升再经过喷嘴雾化喷淋层进行三级脱硫反应，二、三级脱硫反应SO2吸收率达到85%以上，三级SO2总脱除率可达到90%以上。经脱硫后的烟气通过塔顶的旋流除雾板，利用烟气本身的旋转作用与旋流除雾板的强导向作用，产生强大的离心力，将烟气中的液滴甩向塔壁，从而有效地除去烟气中的水滴，另外脱硫塔出口处设置环形挡液板，以防止塔壁液膜被烟气提升带出塔体。出脱硫塔并除去水雾后的烟气由塔顶出来进入烟囱排放。 脱硫塔采用一塔一炉配置，脱硫液再生、除渣系统为三台锅炉共用一套。
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脱硫液采用内循环吸收、部分送出再生的方式，吸收了SO2的脱硫液部分由循环泵送入再生池，在再生池内，脱硫液与输送过来的脱硫剂混合再生，再生好的浆液由再生泵送至旋液分离器内分离，旋液分离器分离出的清液自流入脱硫液池内，由脱硫液泵打回脱硫塔外文丘里段循环利用。
旋液分离器分离出的脱硫渣以及少量的灰渣等沉淀物，经离心机甩水后定时由运渣车外运处理，离心分离出来的清液自流入脱硫液池同样由脱硫液泵打回脱硫塔外文丘里段循环利用。另外，由于渣带水会使脱硫液损失一部分钠离子，故需在脱硫液池内补充少量纯碱或废碱液。 3 双碱法脱硫化学反应原理
基本化学原理可分为脱硫过程和再生过程两部分。 在塔内吸收SO2：Na2CO3＋SO2＝Na2SO3＋CO2（1） 2NaOH＋SO2＝Na2SO3+H2O（2） Na2SO3＋SO2＋H2O＝2NaHSO3
以上三式视吸收液酸碱度不同而异，碱性较高时（PH＞9）以（2）式为主要反应；碱性稍为降低时以（1）式为主要反应；碱性到中性甚至酸性时（5＜PH＜9），则按（3）式反应。
用消石灰再生：Ca（OH）2＋Na2SO3+H2O＝2NaOH＋CaSO3·H2O Ca（OH）2＋2NaHSO3＝Na2SO3＋CaSO3·H2O＋1H2O
在石灰浆液（石灰达到达饱和状况）中，NaHSO3很快与Ca（OH）2反应从而释放出［Na＋］，［SO32-］与［Ca2＋］反应，反应生成的CaSO3以半水化合物形式沉淀下来从而使［Na＋］得到再生。Na2CO3只是一种启动碱，起动后实际上消耗的是石灰，理论上不消耗纯碱（只是清渣时会带也一些，因而有少量损耗），再生的NaOH和Na2SO3等脱硫剂循环使用。
4 具体的设计方案
1）脱硫系统。本脱硫塔由脱硫塔主体、接管、喷嘴及所有内件、除雾装置、操作平台、爬梯及保温防腐等组成。
2）通引风系统。通引风系统主要包括风机和旁路烟道、挡板门。本工程设计中，系统阻力增加了约1500Pa，这需要厂方核实原引风机全压是否可以满足系统压头，以确定是否增加引风机。
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设备故障检修时，需关闭吸收塔进口挡板门，将旁路挡板门打开，烟气直接从旁路烟道按照现在的方式直接排出烟囱，这样就不会影响锅炉本身的正常运行。塔出口烟道需做防腐处理，新增加烟道均进行保温。
3）渣处理系统。脱硫系统产生的脱硫渣的成分主要为亚硫酸钙和硫酸钙的混合物，同时还含有脱硫剂石灰带入的杂质和烟气中带入的少量烟尘。再生反应后的浆液由再生泵打入旋液分离器中，分离出的脱硫渣以及少量的灰渣等沉淀物，经离心机甩水后定时由运渣车外运处理。
4）仪表和控制。3×130t/h循环流化床锅炉烟气净化处理系统及其辅助系统和单体设备的启/停控制、正常运行的监视和调整及异常与事故工况的处理完全通过上位机和PLC来完成，实现远距离自动化控制。
5 钠钙双碱法（Na2CO3-Ca（OH）2）工艺优点
1）脱硫效率高：钠钙双碱法（Na2CO3-Ca（OH）2）采用钠碱吸收烟气中的SO2，钠碱作为强碱，活性高、反应快且充分，吸收剂利用率高，脱硫效率可以达到95%以上；2）技术成熟，运行可靠性高，不会因脱硫设备故障影响锅炉的安全运行；3）对操作弹性大，对煤种变化的适应性强。用碱液作为脱硫剂，工艺吸收效果好，可根据锅炉煤种变化，选择适当液气比等因素，以保证设计脱硫率的实现；4）再生反应和沉淀分离在塔外，脱硫塔内主要是可溶性的钠碱溶液循环，从根本上克服了用石灰作为脱硫剂造成的脱硫塔和管道内的结垢问题；5）钠碱循环利用，损耗少，运行成本低；6）正常操作下吸收过程无废水排放；7）灰水易沉淀分离，可大大降低水池的投资；8）脱硫渣无毒，溶解度极小，无二次污染，可综合利用；9）钠碱吸收剂反应活性高、吸收速度快，可降低液气比，从而既可降低运行费用，又可减少水池、水泵和管道的投资；10）石灰作再生剂（实际消耗物），运行成本低。
参考文献：
[1]韩永军、陈桂昌，《双碱法脱硫技术在化工生产中的应用》，化工时刊，2009（08）. [2]司芳、贺玉晓、梦红旗，《双碱法烟气脱硫效率影响因素研究》，河南化工，2006. [3]吴开源，《双碱法烟气脱硫工艺在火电厂的应用》，上海电力，2006.
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