基于表面活性剂的烟气脱硫除尘改造

摘 要：利用表面活性剂降低溶液表面张力的特性，将表面活性剂应用于烟气脱硫除尘系统中。首先阐述了添加表面活性剂的烟气脱硫除尘的基本原理，并对添加表面活性剂的溶液表面张力进行了实验测试，进而将表面活性剂成功应用于某炭素厂焙烧炉烟气脱硫除尘工艺中，提高了脱硫除尘效果。

关键词：表面活性剂；脱硫；除尘

与电站锅炉相比，工业锅炉烟气中二氧化硫和粉尘含量更高，严重威胁生态环境，如何高效、低成本解决工业锅炉烟气排放问题已经迫在眉睫。目前，应用于工业锅炉的烟气脱硫技术分为干法、半干法和湿法三种，而除尘技术主要有布袋除尘、静电除尘、湿电除尘等。然而，上述方法不仅所需的改造和运行成本较高，而且未能同时解决脱硫和除尘两大问题，因此系统都十分复杂。

本文基于表面活性剂方法，对某炭素厂2台焙烧炉烟气进行脱硫除尘一体化改造，旨在通过向双碱法脱硫系统的氢氧化钠浆液中添加表面活性剂，降低浆液的表面张力，增加粉尘微粒和气体与溶液的浸润或吸附能力，进而提高烟气脱硫和除尘效果。

1 表面活性剂脱硫和除尘原理

1.1 脱硫原理

在双碱法脱硫系统中，溶液吸收二氧化硫速率主要取决于液膜和气膜，这两相界面具有一定的表面张力。依据其物化性质，一旦降低表面张力，就能减小体系自由能，进而提高吉布斯（Gibbs）吸附能力，这有助于SO2在溶液中加快被吸收速率。如果向浆液中添加少量表面活性剂，就能够显著改变浆液的物化特性，并使其表面张力与粘度降低，增大浆液对二氧化硫的吸收效率。

1.2 除尘原理

表面活性剂的主要成分是亲水基和亲油基两种不同性质基团，其混合物在水溶液表面能形成较为紧凑的单向排列层，也就是界面吸附层。如果能够改变水的表层分子与空气的接触状态，使其接触面积减小，进而降低水的表面张力，增大朝向空气的亲油基与粉尘粒子之间的吸附作用，使尘粒能够更容易被水吸附。所以，如果向氢氧化钠溶液中加入少量的表面活性剂，可提高其润湿性，减小接触角，进而能够降低最低穿透力，尘粒只需较小穿透力就可穿透液面，从而被溶液所捕捉，因此可显著提高除尘能力。

2 添加表面活性剂的张力测试

本文借助QBZY型全自动表面张力仪，针对是否添加表面活性剂两种液体进行不同温度条件下表面张力的实验测试，旨在验证表面活性剂对液体表面张力的影响，实验结果如图1所示。由图可以看出：随着温度升高，有、无表面活性剂水的张力数值均有所下降；在30～80温度范围内，添加表面活性剂可以明显降低水的表面张力，最大下降幅度可达到31.8%。

3 添加表面活性剂的脱硫除尘改造

3.1 改造前

该炭素厂2台焙烧炉烟气总量约19000Nm3/h，改造前烟气经静电除尘后进入喷淋塔内湿法除尘，再经电捕焦油器处理，最后从烟囱排入大气。喷淋塔配套循环水池有效容积为60m3，未安装脱硫设施。改造前的烟气中二氧化硫含量约800mg/Nm3，粉尘含量约100mg/Nm3。

改造前脱硫部分的主要问题包括：二氧化硫排放超标；未安装脱硫设备；现场循环水池容量过小，不能保证脱硫稳定运行。除尘部分存在的问题：烟尘排放超标；现有湿式除尘器设备老化，除尘效率低；现有湿式除尘器设计不合理，气液不能充分接触。

3.2 改造后

新建一套添加表面活性剂的脱硫除尘一体化设备及配套设施。烟气经风机送入脱硫塔，与氢氧化钠溶液充分接触脱除SO2和烟尘，该雾化氢氧化钠溶液中含有表面活性剂成分，不易被水溶解的微尘在表面活性剂的作用下迅速被雾化后的氢氧化钠溶液沾湿、吸附。过滤后的洁净烟气从脱硫塔出口排入大气。脱硫塔排出的脱硫除尘废水经水质电解分析仪活化后重新流入沉淀池沉淀并循环使用。

该工艺中氢氧化钠的反应过程为：反应还原再反应。催化剂不参与反应，所以氢氧化钠和表面活性剂只需一次投放，实际使用过程中会有微量损耗，电解分析仪可以根据实时水质情况自动补充，后期只需微量补充，满足自然损耗即可。

使用添加表面活性剂脱硫除尘工艺改造后，脱硫效果可达80mg/Nm3以下，除尘效果可达20mg/m3以下，满足工业锅炉烟气排放指标，且系统运行稳定，应用效果良好。

4 技术优点

与传统脱硫、除尘技术相比，采用表面活性剂的双碱法脱硫、除尘系统具有以下优点：

（1）氢氧化钠一次性投入（微量损耗除外）。工艺成熟，系统稳定，主要部件的故障率较低，故不会由于脱硫系统故障影响锅炉等主要设备的正常运行。

（2）运行成本较低。由于添加表面活性剂，使氢氧化钠溶液活性较高，因此只需较低液气比即能得到较高的脱硫效率；由于具有钙碱再生能力，钠碱得以重复使用，显著降低了运行成本。

（3）改造工程投资较少。钠钙双碱法总投资只有其他脱硫技术的2/3～3/4；脱除效率也能达到99%以上，处理后的二氧化硫及烟尘指标能够达到环保要求。

（4）解决了完全用氢氧化钠脱硫使钠离子结晶而烟尘浓度超标的现象。

（5）该工艺氢氧化钙在塔外反应，解决了传统工艺氢氧化钙在脱硫塔内部反应而结垢的现象。

5 结束语

（1）阐述了表面活性剂的脱硫及除尘的基本原理，针对是否添加表面活性剂的两种液体的表面张力进行实验测试，结果表明添加表面活性剂可明显降低液体表面张力。

（2）采用添加表面活性剂技术对某炭素厂2台焙烧炉烟气进行了脱硫除尘改造，脱硫效果可达80mg/Nm3以下，除尘效果可达20mg/m3以下，具有成本较低、可重复使用等优点。

参考文献

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作者简介：苗东书（1975，4-），男，工程师，主要从事设备检测和质量分析方面的研究。