淀粉廠配套鍋爐煙氣脫硫與綜合利用技術探討

王海波

（山東省壽光市環境保護局，山東 壽光 262700）

1 引言

目前，國內外正在研究或已經在使用的煙氣脫硫的方法很多，根據生成物是否應用，脫硫方法可分為拋棄法和回收法，前者的生成物作為固體廢棄物拋棄，后者則加以回收。單純從脫硫費用來講，回收法較拋棄法費用要高。從大力發展循環經濟，走可持續發展的道路的要求來看，回收法可以綜合利用硫資源，避免產生固體污染物的二次污染。同時，回收的產品可以抵消部分脫硫費用，無疑是應該大力提倡和最優選用的脫硫方法，但問題是怎樣才能很好地發揮煙氣脫硫產品應用價值。因為從國內外煙氣脫硫的發展來看，產品銷路往往是限制脫硫經濟可行性的主要原因，所以脫硫副產品能夠在本企業內作為原料得到很好的應用無疑是最佳的選擇。

玉米淀粉在生產過程中需用硫磺燃燒得到的二氧化硫制取亞硫酸浸泡玉米，如果用煙氣中的SO2制取亞硫酸，一方面可以解決煙氣脫硫副產品的銷路問題，另一方面通過廢物綜合利用，可以降低生產成本。在基于以上思路的基礎上，對一個淀粉生產企業的配套鍋爐進行了工藝選擇和小型試驗分析。

2 淀粉生產中亞硫酸的制取

玉米淀粉生產中使用亞硫酸作為浸泡玉米的浸液，浸泡溫度為68±2℃，浸泡時亞硫酸濃度為0.15%～0.30%，浸泡時間36～48h。對亞硫酸的質量要求不高，純度大于90%，含有少量的H2SO4等雜質不影響浸泡效果和淀粉質量。玉米淀粉廠自制亞硫酸生產工藝為:用燃硫爐燃燒硫磺生成SO2氣體，通過水噴淋洗滌SO2，洗滌液作為亞硫酸溶液，調節亞硫酸濃度到合適濃度，送入玉米浸泡車間使用。在硫磺燃燒與水吸收的過程中有SO2尾氣的產生和排放，從實際監測看，一個硫磺投加周期，尾氣中SO2的濃度在250～1900mg／m3之間，用一級噴淋塔洗滌，最高濃度有時很難達到國家有關排放標準的要求。

從報道看，國內外現已運用或正在研究的煙氣濕法脫硫中，沒有以亞硫酸為直接副產品的，但是以SO2為主要副產物的方法卻比較多，因此可選用從SO2制取亞硫酸。目前比較流行且有一定實驗基礎的，以SO2為副產物的主要方法包括氨－酸法，真工藝成熟，設備簡單，操作方便，但是要消耗大量的氨和硫酸，大量副產氮肥，對于淀粉生產企業原料供應和副產品銷售都有一定困難，因而不宜采用；鈉鹽－酸分解法，以Na2CO3做吸收劑，消耗大量的Na2CO3，副產大量鈉鹽價值很低，銷售是最大的問題，不易做到綜合利用；氧化鎂法，目前較為普遍采用，副產高濃度SO2，需要氧化鎂礦石作吸收劑，原材料受地域限制；活性碳吸附法，SO2氧化反應較多，還原時，會消耗過多的炭，費用較高；亞硫酸鈉循環法，也稱威爾曼洛得鈉法，被廣為采用，工藝成熟，操作管理方便，亞硫酸鈉循環使用，原材料消耗很少，運行費用較低，只有一種副產品即高濃度SO2，便于制備亞硫酸，無二次污染，該方法比較適合于淀粉廠鍋爐煙氣脫硫和綜合利用。

3 煙氣脫硫及綜合利用實驗

3.1 設計工藝流程

以亞硫酸鈉循環法（Wellman lord－Na法）的工藝原理為基礎，根據淀粉廠鍋爐及淀粉生產工藝的要求，設計一套適用于淀粉煙氣脫硫和綜合利用的工藝，利用Na2CO3或NaOH溶液作為開始吸收劑，在低溫下吸收煙氣中SO2，同時生成Na2SO3，Na2SO3還可以繼續吸收煙氣中的SO2而生成NaHSO3。將含Na2SO3－NaHSO3的吸收液進行加熱再生，放出SO2，以水吸收SO2生成亞硫酸；在加熱再生過程中得到亞硫酸鈉結晶和溶液，加水溶解后返回吸收系統。

吸收過程采用串聯二塔二級吸收，第一級吸收塔主要作用是脫除煙氣中大量的SO2，使吸收液飽和度增加，第二級吸收塔利用再生后的吸收液吸收煙氣中的SO2，由于再生后的吸收液面上有很低的SO2分壓力，吸收能力很強，可使煙氣中SO2脫除到較低濃度，從而達到國家允許排放標準。

3.2 煙氣脫硫工藝中改善措施

（1）在這套工藝中，根據前人的實驗和理論推導，影響吸收液吸收效率的因素主要有吸收液濃度、溫度和S／C比，經驗認為采用較低濃度和S／C較小的吸收液、降低吸收液溫度可以增強吸收SO2的能力。在實際運用中可以根據情況認真調整，以達到需要。

（2）該法的主要缺點是堿耗問題。由于燃燒過程中氧化副反應的存在，會使吸收液中Na2SO4含量因為富集而不斷增加。實際證明Na2SO4濃度越高，吸收效率越低，當吸收液中Na2SO4含量達到5%時，就需要將母液排出一部分，補充新鮮堿液，因而存在堿耗，解決這個問題的辦法主要有包括，降低母液溫度至0℃附近。在0℃附近Na2SO4的溶解度很小，可將大部分Na2SO4結晶出來。此方法可以大大降低堿耗，但是需增加一套制冷設備的投資和運行費用；加入適量消石灰使Na2SO4轉變成CaSO4而被除去。在吸收液中加入一定量的阻氧劑，如對苯乙胺及對苯二酚，可以減少氧化副反應的進行。

（3）煙氣溫度問題。濕法脫硫之后，煙氣溫度會大副下降，一般降至70～80℃，對煙氣的擴散較為不利，在國外一般采取增加后燃燒器等方法提高煙氣溫度來加以解決，但是考慮到節省費用和污染物濃度已較低，國內一般不進行二次煙氣增溫處理，煙氣的擴散一般在可以接受的范圍內。

（4）關鍵設備應做的選擇。吸收系統的吸收塔按工藝要求選擇。脫吸系統的結晶蒸發器以外加熱的強制循環蒸發器為好。為防止脫吸系統結垢、提高熱交換器的效率，宜采用軸流泵做大流量循環。

3.3 工藝測試

與壽光本地一家年產20萬t玉米淀粉企業合作，使用該企業閑置小型篩板吸收塔，引該企業配套鍋爐部分煙氣進行小型試驗，篩板孔徑為20mm，空塔速度采用約15m／s，液氣比約為1.2L／m3。試驗期間煙氣SO2初始濃度2625～3301mg／m3，煙氣溫度138～142℃，煙氣經預冷至100℃以下，經吸收后，煙氣溫度73～81℃，SO2濃度降至486～570mg／m3，脫硫效率平均約為83%。產生亞硫酸溶液能夠滿足淀粉生產的要求。

以上實驗是對這種方式的可能性做了研究，因亞硫酸鈉循環法為成熟工藝，因此完全可以借用已有的技術資料進行設計，直接進行中試。

3.4 亞硫酸生產與淀粉生產的平衡

以下以壽光市本地某淀粉廠為例對煙氣脫硫中產生的亞硫酸與淀粉生產中的亞硫酸供需情況做簡單估算。淀粉廠為年產20萬t玉米淀粉企業，該廠以硫磺制亞硫酸，噸淀粉耗硫磺2kg，年耗硫磺（S）400t。該廠配套鍋爐總噸位70t／h，正常生產鍋爐負荷為50t／h，燃燒煤種全硫分2.5%，年用煤量4.9萬t。以全硫分80%轉化為SO2，而SO280%被吸收利用計算，每年可相當于回收S為784t。除去部分轉化為硫酸鹽的硫分完全能夠保證淀粉生產中亞硫酸的需求，但是會有相當于384t的S剩余，需要轉換其它產品出售。

4 結語

據已有的文獻，該套工藝脫硫效率較高，一般可達到90%～95%，連續運轉能力強，副產品純度較高，吸收液循環利用，藥劑損失少，裝置緊湊，站地面積小，基本無二次污染，基建投資，操作費用均比較低，處理能力范圍大，特別是副產品能夠綜合利用，從小型試驗的結果來看，脫硫效率能夠達到國家標準的要求，生產的副產品也能夠滿足淀粉生產的需要，可為較大型淀粉生產企業治理煙氣SO2污染時借鑒，但仍存在一些問題需要解決。

（1）實驗數據不足。該研究主要根據國內外現已成熟的技術進行工藝組合和改進，由于經費等原因，僅對該方法進行可行性探討和實驗，對改進后的工藝未作充分的實驗對比，實驗數據較少，實際應用前應進行各種條件下的實驗，獲得第一手實驗數據，對掌握最優的操作流程將會有很大的幫助。

（2）粉塵對工藝及產品的影響。對些未做分析和考慮，可以參考已有資料，在小試中未對淀粉生產產生影響。

（3）廠內S的平衡問題。S的平衡受到煤的硫分含量、脫硫效率、用煤量等多種因素的影響，從物料衡算看，煙氣脫硫后S產生量要大于淀粉生產過程的需要，因此還存在過量S的處理問題，需要在實際生產中加以解決。

（4）經濟技術分析。以硫磺粉1120元／t換算，對于年產20萬t玉米淀粉企業每年可節省49萬元，在不考慮運行費用的前提下，有比較好的經濟效益，但是因資料不足未做詳細的效益分析。

［1］沈 鐸，黃世鴻.空氣污染與控制［M］.北京:中國環境科學出版社，2000.

［2］郝吉明，馬廣大.大氣污染控制工程［M］.北京:高等教育出版社，2000.