白泥脫硫劑的開發應用

吳金泉

(福建鑫澤環保設備工程有限公司，福建福州，350002)

白泥脫硫劑的開發應用

吳金泉

(福建鑫澤環保設備工程有限公司，福建福州，350002)

介紹了白泥-石膏法脫硫原理及白泥脫硫裝置的工業應用實例，并對白泥漿液pH值控制和雜質成分進行分析。該白泥脫硫裝置的投資和運行費用低，脫硫效率高，經濟效益好。白泥脫硫是以廢治廢，化害為利和循環發展經濟之善舉。

白泥;脫硫劑;白泥脫硫裝置;脫硫效率

燃煤鍋爐是煙塵、SO2和NOx等大氣污染物的主要排放源。為削減鍋爐煙氣SO2污染物的排放量，各類脫硫方法應運而生。常用的濕法脫硫有石灰石-石膏法、雙堿法、氨法等。為達到最佳的環境和經濟綜合效益，福建鑫澤環保設備工程有限公司積極探索“以廢治廢”的脫硫新途徑，并于2004年開始對造紙廠廢棄填埋的苛化白泥用作鍋爐煙氣濕法脫硫劑進行研究和工業應用開發，提出了有特色的“白泥-石膏法”煙氣脫硫工藝，并開發了相應的配套裝置。多年來的工業推廣應用實踐證明，白泥不失為一種良好的煙氣脫硫劑。

1 白泥脫硫可行性

堿回收車間的黑液經濃縮焚燒，從燃燒爐底部流出的無機熔融物 (主要成分是Na2CO3和Na2S)溶于稀白液，稱為綠液。在苛化工段，往綠液中加消石灰，使綠液中的Na2CO3轉化為NaOH，白液在澄清過程中產生的沉淀物稱為白泥，白泥主要成分是粒度極細的CaCO3和少量CaO［1］。苛化過程的反應式如下:

白泥主要化學成分與粒徑檢測數據見表1～表3。

表1 白泥與石灰石主要化學成分對比 %

表2 山東晨鳴集團齊河板紙有限公司白泥粒徑檢測表

表3 福建省青山紙業股份有限公司白泥粒徑分析

國家環保規范要求用于脫硫的石灰石中CaCO3含量宜高于90%(相當于總CaO高于50.4%)。表1對比數據顯示，木漿白泥的主要化學成分與石灰石相近，且指標符合用作鍋爐煙氣脫硫劑的要求。為保證脫硫石膏的綜合利用率及減少廢水排放量，國家環保規范要求當燃燒高含硫量的燃煤時，石灰石的粒徑細度325目 (45 μm)宜保證90%的過篩率。從表2和表3的檢測數據來看，白泥的粒徑細度已滿足或基本滿足要求。

在pH值為4.5的條件下，對木漿白泥、石灰石進行脫硫活性對比試驗后發現，脫硫反應2 h和4 h時，木漿白泥轉化率分別為97.2%和98.7%，石灰石的轉化率則分別為93.8%和98.0%。試驗結果表明，木漿白泥物理性能和化學活性要優于石灰石。綜上所述，木漿白泥可以代替石灰石用作煙氣脫硫劑。

2 白泥脫硫工藝原理

由于白泥的主要化學成分 (CaO含量)與石灰石相近，因此具有石灰石-石膏法脫硫的共性特點，可將白泥配成漿液用于鍋爐煙氣以脫除 SO2［2］。

反應過程:

(1)白泥分解

白泥漿液中的CaCO3會分解出Ca2+并放出CO2氣體:

(2)SO2的吸收

煙氣中的SO2被白泥漿液中的水吸收，形成亞硫酸;亞硫酸電離出的H+不斷被白泥分解出的OH－中和成H2O，使得反應平衡向右進行:

白泥漿液中的Ca2+與SO2－3反應生成半水亞硫酸鈣沉淀:

表2展示了MPDPC.I,MPDPC.II和MPDPC.III在穩態下的平均開關頻率和電流總諧波畸變率(THD)。由于直接功率控制的開關頻率不固定,平均開關頻率是通過計數6個開關管在1 s內動作的總次數再除以6得到的。從表中可以得出,相比于MPDPC.I,MPDPC.II大幅度地降低了開關頻率,但同時也對電流波形產生了極大的影響,電流THD明顯增加,這不利于系統的穩態運行。而MPDPC.III凸顯出很大的優勢,不但開關頻率有更大幅度的降低,更重要的是,其仍然保持著較高水平的電流輸出波形。

(3)反應產物的氧化

CaSO3

另外，煙氣中還含有的HCl和HF也將被白泥漿液一同除去，反應式如下:

3 白泥脫硫工藝流程

白泥-石膏法脫硫工藝流程設計包括煙氣系統、吸收氧化系統、白泥漿液制備系統、石膏脫水系統、排放系統。白泥濕法脫硫工藝流程見圖1。

圖1 白泥濕法脫硫工藝流程簡圖

鍋爐煙氣經電除塵器除塵后，通過增壓風機，經噴水降溫增濕 (或GGH換熱器)后從中下部進入吸收塔。吸收塔內向上流動的煙氣與設置在三層噴漿層中的噴嘴噴下的白泥循環漿液霧滴逆向接觸，煙氣中的SO2及少量SO3、微量HCl和HF被洗滌吸收進入白泥漿液中。吸收塔最下段是氧化兼貯液段，由羅茨風機鼓入空氣將白泥漿液中的反應產物CaSO3強制氧化為石膏結晶 (CaSO4·2H2O)沉淀物。

由白漿液泵將吸收塔下部貯液段中的溶液抽出，并通過白泥漿液輸送泵補入來自白泥漿液池的適量新鮮白泥漿液，新鮮白泥漿液向上輸送到進入吸收塔中上部噴淋層中，經噴嘴進行霧化，可使氣體和白泥漿液得以充分接觸。采用單元制設計，每臺白泥漿液泵只與其各自管系相連的噴淋層相連接，便于運行操作調控。含有石膏的濃白泥漿液由吸收塔底部通過排渣泵排出，然后進入石膏脫水系統，將石膏副產品含水量降至15%以下。脫水系統主要包括石膏水力旋流器 (作為一級脫水設備)、白泥漿液分配器和真空皮帶脫水機。

脫硫凈化處理后的煙氣流經吸收塔上部的除霧器，將其所攜帶的白泥漿液霧滴除去。除霧器按設定程序采用工藝水進行沖洗，即可防止除霧器堵塞，同時又作為系統補充水，以穩定吸收塔液位。

出吸收塔的潔凈煙氣溫度約50～52℃，水蒸氣飽和，潔凈煙氣通過煙道進入煙囪排向大氣。必要時，可通過設置GGH換熱器將煙氣加熱到75℃以上，以提高煙氣的抬升高度和擴散能力。

4 工程應用實踐

2004年5月，福建鑫澤環保設備工程有限公司在國內率先將白泥試用作廣西國發林紙2臺20 t/h鍋爐煙氣的脫硫劑，并初見成效。在對脫硫吸收塔及配套裝置進行了多次研究和改進后，開發了與白泥或石灰石 (石灰)配置的XZKP型高效空塔噴淋煙氣脫硫裝置。迄今，該脫硫裝置已在國內280 t/h及以下的鍋爐煙氣脫硫裝置中推廣應用 (見表4)，均使用木漿白泥，產值逾1.2億元，為當地SO2污染物的減排工作做出了貢獻。2009年2月，福建鑫澤環保設備工程有限公司的“造紙白泥煙氣脫硫技術”被評為國家重點環境保護實用技術 (B類)，在山東晨鳴紙業集團齊河板紙有限責任公司實施的“鍋爐煙氣白泥-石膏法脫硫凈化系統工程”，被評選列入“2009年國家重點環境保護實用技術示范工程”。

4.1 運行數據

以福建省青山紙業股份有限公司 (以下簡稱福建青紙)150 t/h鍋爐煙氣脫硫工程為例。該工程竣工后于2010年8月19日10:00—27日9:00進行了168 h試運行，典型數據見表5，工程驗收環保監測數據見表6。

表5和表6數據表明，在鍋爐64%以上負荷運行狀態下，白泥脫硫劑均能使煙氣脫硫達標。

4.2 運行效益

造紙白泥脫硫裝置，設計上少了石灰石-石膏法中的石灰石原料破碎與篩分系統，也相應節省了用于購買石灰石原料的運行費用，因此投資與運行費用均相應降低。現以福建青紙項目150 t/h鍋爐煙氣脫硫工程為例，分析其設計條件下的運行效益。

該項目工藝設計條件:燃煤含硫量1.7%，耗煤量32 t/h，煙溫150℃，煙氣量330000 m3/h(折標況211858 m3/h)，全年運行7200 h，要求凈化氣SO2含量≤400 mg/m3。

表4 白泥脫硫劑工程業績一覽表

表5 福建青紙150 t/h鍋爐煙氣脫硫工程運行168 h典型數據

表6 福建青紙150 t/h鍋爐煙氣脫硫工程驗收環保監測數據

原煙氣 SO2計算值4047 mg/m3，脫硫效率按95%計，全年可脫硫量:

211858×4047×10－9×95% ×7200=5864.54(t)每年可減少支出SO2排污費為:

5864.54×103÷0.95×0.6=3703920(元)≈370(萬元)

全年運行費用的設計預算值約198萬元，包括各項物耗 (白泥脫硫劑費用為0)、人工費、維護管理費等，單位SO2脫除費用為:

198 ×104÷ (5864.54×103)=0.338(元/kg)全年運行效益為:

370 －198=172(萬元)。

5 問題討論

5.1 白泥漿液pH值的控制

白泥漿液pH值的恰當與穩定控制是保障脫硫效率的重要調節手段。在石灰石-石膏法脫硫中，較高的pH值有利于SO2的吸收。但pH值過高時還吸收煙氣中大量的CO2，增加脫硫劑消耗量，并使帶進雜質產生的負面影響增強，如影響石膏品質，增加脫硫產物CaSO3和 CaCO3的過飽和度，增加結垢的可能性。pH值控制較低一些，則有利于CaCO3的溶解及石膏的生成。經國內眾多石灰石-石膏法脫硫裝置運行實踐，總結出適宜的吸收液pH值經驗數值為5.5～6.2，但從表5的白泥-石膏法脫硫系統試運行數據中，發現情況有些變化。

對比表5各組數據，在不同鍋爐負荷條件下，凈煙氣SO2含量均隨著白泥漿液pH值的升高而呈降低趨勢;在白泥漿液pH值為5.4～5.7的較低范圍內，脫硫效率均相對較低，且凈煙氣SO2含量隨著鍋爐負荷的升高而呈上升趨勢;在白泥漿液pH值6.1～6.9范圍內均能獲得更高的脫硫效率。因此，認為白泥-石膏法脫硫漿液的適宜白泥漿液pH值范圍明顯高于石灰石-石膏法，但尚不能就此做出適宜范圍是6.1～6.9的結論，有待在生產運行實踐中進一步考察，尤其是對氧化生成石膏及其過濾性能的影響與系統長周期運行的情況。

5.2 白泥成分的影響

表7和表8的白泥成分檢測數據顯示，總鈣含量基本達標，但白泥除主要具有CaO成分外，還含有脫硫的促進成分Na2O、MgO，［Na+］產生的脫硫助催化作用能彌補白泥漿液總鈣含量的不足，也是同等條件下白泥化學活性能夠優于石灰石的內在原因。

表7 山東晨鳴集團齊河板紙有限公司白泥成分檢測表%

表8 福建青紙白泥成分分析

但是，在白泥成分中均檢出超過4%(干基)的酸不溶物，遠高于石灰石中酸不溶物的含量 (一般低于2%)。這些來源于造紙過程原料的累積雜質，比石灰石-石膏法對脫硫過程造成更多的負面影響。

白泥中的膠體成分 (特別是硅含量高)是工業應用過程重要的關注事項，也是目前區分木漿白泥能回收利用和草漿白泥［3］尚不宜回收利用的關鍵因素之一。白泥漿液中的含硅成分來源于白泥原料及脫硫過程產物，最終形成硬度比CaSO4·2H2O大得多的CaSiO3沉淀。白泥漿液在脫硫循環過程中形成半凝固狀態的硅酸凝膠物質使白泥漿液黏度迅速增大［4］，影響了白泥漿液的流速 (泵的電耗增加)，易形成質地堅硬的垢層，堵塞噴頭、管路，而且加大了對系統裝置的磨損。對這些雜質帶來的負面影響，有待各企業在應用裝置的具體操作運行管理中總結應對措施。

［1］ 宋寶祥，張 成．造紙碳酸鈣品質特性與應用現狀及前景［J］．中國造紙，2006，25(4):54．

［2］ 李仲明，王振新，王巖民．利用堿回收白泥制備輕質碳酸鈣［J］．中國造紙，2007，26(1):60．

［3］ 王桂林．堿法草漿堿回收白泥精制碳酸鈣的應用［J］．中國造紙，2007，26(12):49．

［4］ 蔣文舉．煙氣脫硫脫硝技術手冊［M］．北京:化學工業出版社，2007． CPP

The Development and Application of White Mud Desulfurizer

WU Jin-quan
(Fujian Xinze Environmental Protection Equipment and Engineering Co．，Ltd．，Fuzhou，Fujian Province，350002)

The white mud of pulp mill is used for industrial boiler flue gas wet desulfurization agent．The desulfurizing installation using white mud as desulfurization agent has the advantages of low investment and running costs，high desulfurization efficiency，and good economy benefit，this method is a benevolence of waste treatment with waste，converting the injurants into the profitable material and cycling development of economic．The article describes the paper white mud－gypsum desulfurization principle and industrial application．

white mud of pulp mill;flue gas desulfurization;industrial application;pH value

X793

B

0254-508X(2011)07-0052-05

吳金泉先生，工程師;主要從事脫硫、脫硝、除塵裝置等新技術研發和工程應用的全面管理工作。

(E-mail:fjxzhb@163．com)

2011-05-11(修改稿)

(責任編輯:陳麗卿)