超高濃度SO2廢氣治理工藝設(shè)計(jì)及應(yīng)用

梁 磊

(江蘇一環(huán)集團(tuán)有限公司，江蘇 宜興 214206)

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開(kāi)發(fā)與應(yīng)用

超高濃度SO2廢氣治理工藝設(shè)計(jì)及應(yīng)用

梁 磊

(江蘇一環(huán)集團(tuán)有限公司，江蘇 宜興 214206)

山東某化工企業(yè)一生產(chǎn)線產(chǎn)生超高濃度SO2廢氣，要求利用廠區(qū)廢棄干基電石渣為脫硫劑，實(shí)現(xiàn)廢氣脫硫凈化處理。選用兩級(jí)旋流板塔結(jié)合一級(jí)噴淋空塔形成三塔串聯(lián)的脫硫工藝路線，闡述了旋流板塔和噴淋空塔內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理，并對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行效果進(jìn)行分析。結(jié)果表明，原廢氣SO2含量為68 459～71 246 mg/Nm3時(shí)，經(jīng)兩級(jí)旋流板塔和一級(jí)噴淋空塔脫除后，凈氣SO2含量可降至200 mg/Nm3以下，脫硫效率高達(dá)99.8%以上，為今后同類工程設(shè)計(jì)及應(yīng)用提供參考。

超高濃度SO2；電石渣；廢氣脫硫；旋流板塔；噴淋空塔；三塔串聯(lián)

近年來(lái)，霧霾天氣的發(fā)生較為頻繁，嚴(yán)重影響了人們的生活和健康，國(guó)家對(duì)大氣污染的控制要求越來(lái)越嚴(yán)格。燃煤電廠煙氣SO2排放量較大，大部分采用成熟的濕法脫硫工藝[1-3]，SO2已得到較好的控制。部分化工企業(yè)生產(chǎn)線產(chǎn)生的廢氣亦含有SO2，且濃度很高，治理難度大，可借鑒的工藝技術(shù)路線和工程案例均較少。本文結(jié)合工程實(shí)例，介紹三塔串聯(lián)脫硫工藝，結(jié)合旋流板塔和噴淋空塔技術(shù)，實(shí)現(xiàn)超高濃度SO2煙氣達(dá)標(biāo)排放，為今后同類工程設(shè)計(jì)及應(yīng)用提供參考。

1 工程概況

山東某化工企業(yè)一生產(chǎn)線產(chǎn)生的廢氣含有SO2、HF等，煙氣參數(shù)如表1所示。原煙氣SO2含量高達(dá)70 000 mg/Nm3左右，脫硫后SO2排放濃度要求達(dá)到200 mg/Nm3以下，脫硫效率需達(dá)到99.7%以上，滿足《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 13223—2011)的要求。

表1 煙氣工藝參數(shù)

2 工藝確定

結(jié)合目前研究現(xiàn)狀及工程實(shí)際應(yīng)用案例，采用濕法脫硫技術(shù)可取得較高脫硫效率，但對(duì)于超高濃度SO2的脫除，相關(guān)報(bào)道及工程案例較少。原煙氣中HF含量較低(僅為80 mg/Nm3左右)，常規(guī)的濕法脫硫過(guò)程中可將其協(xié)同脫除，易滿足排放要求，因此，本工程的難點(diǎn)為SO2的脫除。采用鈣基脫硫劑(如氧化鈣、氫氧化鈣、石灰石、電石渣等)[4]，結(jié)合單塔雙循環(huán)、雙塔、托盤塔等技術(shù)，選用較大液氣比，也很難達(dá)到SO2達(dá)標(biāo)排放；采用高濃度強(qiáng)堿(如氫氧化鈉、氫氧化鉀等)結(jié)合填料塔進(jìn)行吸收，技術(shù)上具有可行性，但強(qiáng)堿脫硫劑價(jià)格高昂[5]，運(yùn)行成本高，且生成的副產(chǎn)物為可溶性的硫酸鹽或亞硫酸鹽，回收利用受到限制。多位專家結(jié)合工程實(shí)際，通過(guò)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)對(duì)比篩選，決定采用兩級(jí)旋流板塔結(jié)合一級(jí)噴淋空塔形成三塔串聯(lián)的脫硫工藝路線，如圖1所示。

煙氣統(tǒng)一收集后，由引風(fēng)機(jī)送入一級(jí)旋流板塔，塔內(nèi)設(shè)兩級(jí)旋流裝置，對(duì)應(yīng)配置2臺(tái)循環(huán)泵，流量為300 m3/h，液氣比約為5.7 L/Nm3。噴淋液為電石渣漿液[6]，上層旋流裝置上方設(shè)兩級(jí)平板式除霧器，用于脫除脫硫后廢氣中的霧滴。經(jīng)一級(jí)旋流板塔處理后廢氣進(jìn)入二級(jí)旋流板塔，兩塔結(jié)構(gòu)及配置均相同。二級(jí)旋流板塔出口廢氣進(jìn)入三級(jí)噴淋空塔，噴淋空塔設(shè)4層噴淋，對(duì)應(yīng)設(shè)置4臺(tái)流量500 m3/h的循環(huán)泵，脫硫液氣比約為19.1 L/Nm3。噴淋空塔脫硫后凈氣經(jīng)上部?jī)杉?jí)除霧器去除霧滴后，送至煙囪，排入大氣。

三級(jí)塔共用脫硫循環(huán)池，循環(huán)池內(nèi)脫硫漿液pH值控制在8.0～9.0，若降低，及時(shí)補(bǔ)充電石渣漿液。循環(huán)池漿液密度達(dá)到1 150 kg/m3時(shí)，經(jīng)排出泵送至板框壓濾機(jī)脫水，脫水后濾餅外運(yùn)處理，濾液返回至循環(huán)池再利用。

2.1 旋流板塔

旋流板塔由下至上分別為煙氣進(jìn)口、旋流裝置、供漿裝置、除霧器及煙氣出口等，起到脫硫作用的核心部件為旋流裝置[7]，結(jié)構(gòu)如圖2所示。

脫硫塔直徑設(shè)計(jì)為3.5 m，空塔氣速3.5 m/s。外部圓柱形筒體及內(nèi)部圓柱形芯子規(guī)格分別為D2.3 m×H1.2 m和D0.4 m×H0.2 m。外部圓柱形筒體空腔氣速約8 m/s，旋流板葉片類似于等腰梯形，上邊、下邊及高度分別為80 mm、300 mm和950 mm。葉片平面與水平面夾角為30°，等圓周角固定于外部圓柱形筒體和內(nèi)部圓柱形芯子之間，共48片。圓柱形芯子頂部設(shè)有盲板，脫硫漿液通過(guò)中間盲板均勻分配到每個(gè)葉片，在葉片的結(jié)構(gòu)部位形成表面積很大的水膜薄液層，增大了氣液接觸面積，大大提高了漿液吸收SO2的能力。

2.2 噴淋空塔

噴淋空塔是目前最為常用的一種濕法脫硫塔型[8]，主要由下部進(jìn)氣口、中部噴淋層、除霧器及上部出氣口等組成，脫硫核心部件為噴淋層，結(jié)構(gòu)如圖3所示。噴淋層為主管連接支管，支管分配噴嘴。脫硫漿液自上而下呈霧狀噴淋，與廢氣中的SO2逆流接觸發(fā)生酸堿中和反應(yīng)。脫硫漿液為電石渣漿液，對(duì)設(shè)備具有較強(qiáng)的腐蝕和磨蝕，因此噴淋管采用雙面襯膠碳鋼管，噴嘴選用碳化硅材質(zhì)。噴淋層采用單元制設(shè)計(jì)，共4層，對(duì)應(yīng)設(shè)置4臺(tái)循環(huán)泵，上下層間距為2 m，交錯(cuò)30°布置，噴淋覆蓋率為200%～300%。

圖1 三塔串聯(lián)脫硫工藝流程

圖2 旋流裝置結(jié)構(gòu)1———塔體；2———上部縮口；3———外部圓柱形筒體；4———內(nèi)部圓柱形芯子；5———旋流葉片；6———下部縮口

圖3 噴淋層結(jié)構(gòu)

3 運(yùn)行效果分析

三塔串聯(lián)脫硫系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單，運(yùn)行較為穩(wěn)定，表2為2016年3月15日上午運(yùn)行班組數(shù)據(jù)記錄。

由表2可見(jiàn)，原廢氣SO2含量為68 459～71 246 mg/Nm3時(shí)，經(jīng)兩級(jí)旋流板塔和一級(jí)噴淋空塔脫除后，凈氣SO2含量可降至200 mg/Nm3以下，經(jīng)計(jì)算，脫硫效率高達(dá)99.8%以上，滿足環(huán)保排放和設(shè)計(jì)要求。系統(tǒng)調(diào)試期間，委托相關(guān)檢測(cè)機(jī)構(gòu)對(duì)凈氣HF含量進(jìn)行檢測(cè)，因其含量低于儀器檢測(cè)下限，未能測(cè)出，因此認(rèn)定HF100%去除。

表2 運(yùn)行數(shù)據(jù)

4 結(jié)論

氫氟酸與玻璃纖維或玻璃鱗片中的二氧化硅發(fā)生反應(yīng)，形成SiF4氣體而揮發(fā)掉，破壞其結(jié)構(gòu)，因此旋流板塔、風(fēng)管、噴淋空塔不適宜采用玻璃鋼或碳鋼內(nèi)襯玻璃鱗片[9]的防腐形式。

三塔串聯(lián)脫硫工藝用于超高濃度SO2的脫除，循環(huán)漿液pH值較多控制在堿性環(huán)境，即需要較大的鈣硫比[10]才能達(dá)到較高脫硫效率，滿足SO2達(dá)標(biāo)排放，但堿性環(huán)境不利于亞硫酸鈣氧化，脫水后脫硫副產(chǎn)物含水率及殘余電石渣含量較高的問(wèn)題有待于進(jìn)一步研究。

[1] 梁 磊. 火電廠脫硫系統(tǒng)石膏脫水困難案例分析及對(duì)策[J]. 中國(guó)電力,2013,46 (1) : 99-102．

[2] 梁 磊. 三爐一塔濕法脫硫煙氣系統(tǒng)改造應(yīng)用[J].東北電力技術(shù), 2015，36(1)：59-62．

[3] 薛建明,王小明,劉建民. 濕法煙氣脫硫設(shè)計(jì)及設(shè)備選型手冊(cè)[M]. 北京:中國(guó)電力出版社,2011:7-9．

[4] 梁 磊. 鈣基強(qiáng)堿—石膏濕法煙氣脫硫改進(jìn)工藝探討[J]. 東北電力技術(shù)，2016，37 (9) : 49-52．

[5] 梁 磊. 鈉鈣雙堿法脫硫工藝改進(jìn)應(yīng)用[J].電力科學(xué)與工程，2014，30 (6) : 11-15．

[6] 梁 磊. 電石渣—石膏濕法煙氣脫硫工藝技術(shù)研究[J]. 中國(guó)電力，2016，49 (6) : 166-169．

[7] 劉學(xué)濱, 穆泰勤. 旋匯耦合脫硫裝置:02282243.7[P]. 2002-10-16.

[8] 梁 磊. 脫硫塔噴淋區(qū)防護(hù)設(shè)計(jì)及應(yīng)用[J]. 東北電力技術(shù)，2016，37 (8) : 38-41．

[9] 梁 磊. 乙烯基酯樹(shù)脂鱗片材料在火電廠氨法煙氣脫硫系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].腐蝕與防護(hù), 2012,33(2):167-170．

[10] 梁 磊. 高濃度SO2石灰石—石膏濕法脫硫系統(tǒng)升級(jí)改造及應(yīng)用[J]. 電力科學(xué)與工程, 2016,32(4):71-74．

Design and Application of Ultra High Concentration SO2Exhaust Gas Treatment Process

LIANG Lei

(Jiangsu Yihuan Group Co., Ltd., Yixing，Jiangsu 214206，China)

The production of ultra high concentration SO2exhaust gas from a production line of a chemical enterprise in Shandong.Using waste dry base carbide slag as desulfurization agent to realize the purification of exhaust gas was required. Route selection of two stage swirl plate tower with a spraying empty tower to form three towers in series desulfurization process line, swirl plate tower and spraying empty tower internal structure and the system principle were described, and operation effect was analyzed. The result of the original gas SO2content was 68 459～71 246 mg/Nm3, by the two stage swirl plate tower and a spraying empty tower after the removal, the SO2content of net gas could be reduced to 200 mg/Nm3below, desulfurization efficiency high reached above 99.8%, to provide a reference for the future design and application of similar projects.

ultra high concentration SO2；carbide slag；exhaust gas desulfurization; swirl plate tower；spraying empty tower；three towers in series

X773

A

1004-7913(2017)06-0030-03

梁 磊(1984)，男，碩士，工程師，從事煙氣脫硫、脫硝工程設(shè)計(jì)及新技術(shù)研發(fā)工作。

2017-02-29)