濕法脫硫系統(tǒng)工作原理及化學(xué)反應(yīng)

1、濕法脫硫系統(tǒng)工作原理及化學(xué)反應(yīng)我國(guó)是世界上最大的煤炭消費(fèi)國(guó)，煤炭占一次性能源消費(fèi)總量的70%左右。而火電行業(yè)是S02排放的主要來(lái) 源，火電廠的S02排放量占全部 S02排放量的40%以上。自20世紀(jì)90 年代以來(lái)，我國(guó)火電行業(yè)使用煙氣脫硫技術(shù)對(duì)SO2的排放進(jìn)行控制，收到了良好的效果。石灰石-石膏濕法煙氣脫硫工藝因其技術(shù)成熟、脫硫效率高、吸收劑來(lái)源豐富、價(jià)格低 廉、副產(chǎn)品可利用等特點(diǎn)而這被廣泛采用，成為目前燃煤電廠煙氣脫硫應(yīng)用最廣泛的方法。 在我國(guó)近幾年新建的火電廠煙氣脫硫工藝技術(shù)中，石灰石/石灰-石膏濕法脫硫工藝占了近90%火電廠煙氣脫硫的困境近幾年來(lái)，受燃煤市場(chǎng)供需關(guān)系的影響，火電廠的燃煤偏

2、離設(shè)計(jì)煤種幅度較大，雖采用摻配上煤的方式，仍然較難控制鍋爐燃煤在設(shè)計(jì)硫分下運(yùn)行，吸收塔入口SO2濃度超過(guò)脫硫系統(tǒng)設(shè)計(jì)值的情況時(shí)有發(fā)生。 電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)對(duì)另一方面，我們對(duì)環(huán)境保護(hù)的要求越來(lái)越嚴(yán)格，新修訂的火SO2排放濃度提出了更咼的要求?；谝陨蟽蓚€(gè)方面的壓力，很多脫硫裝置被迫進(jìn)行增容改造工作。脫硫裝置的增容改造動(dòng)輒耗資千萬(wàn)，改 造施工周期3至4個(gè)月，給電廠帶來(lái)一定的壓力。在不對(duì)原有脫硫設(shè)備 進(jìn)行增容改造的前提下，應(yīng)用脫硫添加劑來(lái)滿足脫硫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)脫硫效率是目前脫硫行業(yè)的 研究方向之一。濕法煙氣脫硫添加劑脫硫添加劑主要分為兩個(gè)類(lèi)：有機(jī)添加劑和無(wú)機(jī)添加劑。無(wú)機(jī)添加劑不僅包括堿類(lèi)，還包括鹽類(lèi)

3、，如鈣、鈉、鎂及氨鹽等。其中，有機(jī)添加劑對(duì)脫硫系統(tǒng)的作用是多方面的，除了可以促進(jìn)SO2的吸收和CaCO的溶解外， 還能夠緩沖吸收漿液的 pH值，從而提高脫硫效 率，降低脫硫成本。因此，選擇有機(jī)酸作為濕法脫硫工藝的劑具有一定的優(yōu)勢(shì)。PBA就是一種由有機(jī)酸組成的復(fù)合添加劑，它由幾個(gè)相似族類(lèi)的分子大小不同且結(jié)構(gòu)組成各異的高分子羥基芳香酸組成。PBA不參與化學(xué)反應(yīng)，添加 PBA不會(huì)降低氧化空氣、石灰石消耗量，也不 會(huì)減少石膏的產(chǎn)量。工作原理1、濕法脫硫化學(xué)反應(yīng)石灰石-石膏濕法煙氣脫硫的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程由以下五個(gè)過(guò)程組成：SO2由氣相穿過(guò)氣液界面的擴(kuò)散、溶解；溶解的SO2的水合；在堿性介質(zhì)中的解離;CaCO

4、3固體顆粒的溶解及解離 鹽的形成。脫硫反應(yīng)的整個(gè)過(guò)程涉及氣液固三相反應(yīng)，機(jī)理相當(dāng)復(fù)雜。在薄膜理論的基礎(chǔ)上， 提出 了多個(gè)石灰石懸浮 液吸收SO2的數(shù)學(xué)模型，這些模型都以增強(qiáng)因子的形式來(lái)表達(dá)。影響增 強(qiáng)因子的因素有多個(gè)，其中PBA是一個(gè)顯 著的因子。PBA能有效增強(qiáng)石灰石漿液反應(yīng)活性， 提高脫硫效率，防止結(jié)垢。2、PBA工作機(jī)理及其對(duì)脫硫反應(yīng)的影響PBA的分子式可表示為 R(OH)m(COOH)n在溶解過(guò)程中PBA首先發(fā)生水解電離，生成憎 水官能團(tuán)R(OH)m (COO)n和親水官能團(tuán)nH。憎水官能團(tuán)與 H離子結(jié)合打破了 SO2溶解反應(yīng)的可逆平衡，因而使H2SO3解離，SO2水合、溶解反應(yīng)向右移

5、動(dòng)，從而促進(jìn)了 SO2的溶解，減少了氣相阻力，加快了總反應(yīng)速率。親水官能團(tuán)nH與OH離子結(jié)合打破了 CaCO3溶解反應(yīng)的可逆平衡，因而使 CaCO3解離、 Ca(OH)2溶解反應(yīng)向右移動(dòng)，從而促進(jìn)了CaCO3勺溶解，減少了液相阻力，加快了總反應(yīng)速率。其反應(yīng)方程式為：R(OH)m(COOH)R(OH)m(COO)n +nHSO2+H2OH2SO3HSO+HCaCO3+2H2O Ca(OH)2+H2CO3 Ca+2OH+H2O+CO2R(OH)m(COO)n +H R(OH)m(COOH)nnH +nOH nH2OPBA是一種以有機(jī)酸為組成成分的添加劑，與其他有機(jī)酸添加劑一樣，具有一定的pH緩沖作

6、用。研究結(jié)果表明，適宜濃度的添加劑，可以降低 pH 的變化趨于平緩，從而加快煙 氣中SO2與石灰石漿液間的總傳質(zhì)反應(yīng)速度，有利于石灰石漿液對(duì)SO2的高效吸收。另外，由于理化作用，PBA添加劑吸附在脫硫生成物 CaSO4和CaSO3等晶體顆粒的表面 上，阻礙了有成垢可能的微晶粒子間的相互連接碰撞，起到了分散作用。 加之PBA可以降低石灰石漿液的表面張力，使臨界晶核半徑減小，加速了脫硫反應(yīng)漿液中CaSO4.2H2O的結(jié)晶析出，從而使?jié){液中未結(jié)晶的 CaSO4處于非飽和狀態(tài)，阻礙了硬垢的生成， 有利于設(shè)備的長(zhǎng) 期有效運(yùn)行。3、PBA對(duì)漿液中顆粒沉降的影響PBA能降低漿液表面張力，并減少漿液粘度，增加

7、漿液中顆粒的分散性，降低漿液中顆 粒的沉降速度。 配置一定濃度的石灰石漿液， 經(jīng)充分?jǐn)嚢韬螅?讓其自然沉降， 觀測(cè)其沉降速 度。試驗(yàn)結(jié)果表明，加入PBA后使石灰石漿液的沉降速度大為減慢。不加入PBA時(shí)，石灰石漿液沉降3h后已清晰地分為清液層和漿液層，并與沉降30h后的情況一樣；加入PBA后,沉降 5h 后分為三層， 清液層占總體積的 5.0%，稀漿層 87.0%，濃漿層 8.0%，并且此時(shí)稀漿層、 濃漿層中分別含 有約 1/3 、 2/3 的石灰石 ； 沉降 30h 后稀漿層、 濃漿層分別占總體積的 85%、 10%，含石灰石分別為 1/6 、 5/6 左右。使用方法1、適用條件PBA脫硫催化

8、劑適用于石灰石-石膏濕法脫硫工藝，主要應(yīng)用于脫硫運(yùn)營(yíng)節(jié)能降耗和因 燃煤硫分增大需要改 造的工程。增效改造技術(shù)主要適用于新煤質(zhì)的煙氣量與原煤質(zhì)相比變 化不大，但硫分與原煤質(zhì)相比增幅較大的 工程案例，這樣可以避免改造吸收塔或盡量減少 吸收塔的改造。添加PBA脫硫催化劑，需要針對(duì)不同的煤質(zhì)和運(yùn)行工況，經(jīng)過(guò)嚴(yán)密的工藝物料平衡計(jì)算，確定合理的PBA加藥濃度，以達(dá)到理想的效果。PBA不參與化學(xué)反應(yīng)，添加 PBA不會(huì)降低氧化空氣、石灰石消耗量，也不會(huì)減少石 膏的產(chǎn)量。因此，在燃煤硫分 增大的工況下，需 要適當(dāng)調(diào)整氧化風(fēng)系統(tǒng)、 制漿系統(tǒng)以及脫水系統(tǒng)等輔助系統(tǒng)的出力， 以實(shí)現(xiàn)對(duì)改造后燃煤煙 氣中高濃度S02的有

9、效脫除。2、加藥裝置及常規(guī)加藥裝置及常規(guī)加藥法為了提高運(yùn)行的自動(dòng)化水平，一般在脫硫系統(tǒng)中增設(shè) 1套PBA自動(dòng)加藥系統(tǒng)，包括加藥制備及加熱儲(chǔ)存箱、 計(jì)量泵等。加藥制備及加熱儲(chǔ)存箱應(yīng)留有溢流口、排污口、加藥口、 維修或清掃用的入孔或手孔、工藝接口、 蒸汽加熱盤(pán)管等。PBA添加劑呈弱酸性，有輕微腐蝕性，加藥箱及加藥管道均應(yīng)采用不銹鋼材質(zhì)，在加藥 箱頂部分別設(shè)置 1 個(gè)便于開(kāi)啟且密封嚴(yán)密的加藥孔、 1 個(gè)進(jìn)水管接口， 底部設(shè) 2個(gè)溶液排出 口; 加藥箱頂部需加設(shè)攪拌器，箱體需設(shè)置溫度、液位等自動(dòng)監(jiān)控裝置，測(cè)溫裝置的溫度信 號(hào)可以用于調(diào)節(jié)箱體加熱蒸汽入口管道閥門(mén)的開(kāi)度，以便合理的控制箱內(nèi)溶液的溫度。 加藥箱內(nèi)溶液應(yīng)保證 >50 度，計(jì)算泵應(yīng)采用具有防腐功能的耐酸泵。脫硫系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中添加劑用量不大，一般300MW機(jī)組的PBA消耗量在2-8mg/h，可根據(jù)物料平衡計(jì)算值， 一次性加藥至需要的添加濃度， 后續(xù)運(yùn)行中， 根據(jù)實(shí)際情況調(diào)節(jié)加藥量。 PBA呈不規(guī)則片狀、粉狀體，使用時(shí)在加藥箱中注入工藝水，開(kāi)啟蒸汽加