双碱法脱硫在锅炉烟气脱硫中的应用

作者简介：王媛（1992—），女，汉，河北承德人，郑州大学水利与环境学院，地理信息系统

李博识（1991-），男，汉，吉林省吉林市人，郑州大学水利与环境学院，道路桥梁与渡河工程

摘要：近年来我国经济快速发展，原煤消费量持续增长，使得SO2和NOx排放量逐年增加，导致环境污染严重，控制SO2等的排放量势在必行。本文通过对主要双碱法脱硫技术的工艺原理和工艺流程的介绍，揭示了它在烟气脱硫应用中的优点，并总结其对环境保护的影响。

关键词：烟气 双碱法脱硫 环境保护

一、 前言

全球变暖、臭氧层破坏和酸雨是全球关注的三大环境问题。其中酸雨或称之为酸沉降的主要前体物质是硫氧化物（SO2和SO3）和氮氧化物（NO和NO2）。我国二氧化硫和氮氧化物排放量巨大，2005年，全国二氧化硫排放量高达2549万吨，氮氧化物排放量初步估算为2220万吨。酸雨污染严重，已从20世纪70年代西南地区扩大到长江以内的广大地区，酸雨面积已达到国土面积的30%以上，每年全国因酸雨和二氧化硫污染导致的经济损失上千亿元，已成为制约国民经济可持续发展的主要问题。因此，燃煤烟气脱硫是控制SO2排放量的必然选择，也是国家环保政策的要求。

二、 双碱法脱硫技术介绍

双碱法烟气脱硫工艺是为了克服石灰石-石灰法容易结垢的缺点而发展起来的。它先用碱金属盐类的水溶液吸收SO2，然后在另一石灰反应器中用石灰或石灰石将吸收SO2后的溶液再生，再生后的吸收液再循环利用，最终产物以亚硫酸钙和石膏形式析出。由于在吸收和吸收液处理中，使用了不同类型的碱，故称为双碱法。

（一） 钠碱双碱法

钠碱双碱法是以NaOH或NA2CO3溶液为第一碱吸收烟气中的SO2，然后再用石灰石或石灰作为第二碱处理吸收液，产品为石膏。再生后的吸收液送回吸收塔循环使用。

1、 工艺原理

（1） 吸收反应

分别用NaOH、 Na2SO3、 Na2CO3在吸收塔内吸收SO2，该过程中由于使用钠碱作为吸收液，因此吸收系统中不会生成沉淀物。此过程的主要副反应为氧化反应，生成Na2SO4。

（2） 再生反应

将吸收了SO2的吸收液送至石灰反应器，用石灰料浆对吸收液进行再生和固体副产品的析出。以钠盐作为脱硫剂，用石灰或是石灰石对吸收剂进行再生。再生的NaOH和Na2SO3等脱硫剂可以循环使用。

（3） 氧化反应

将再生反应中产生的半水亚硫酸钙经氧化，可制得石膏。

2、 工艺流程

烟气与循环吸收液在吸收塔接触后排空。亚硫酸钠被吸收的SO2转化成亚硫酸氢盐。抽出一部分再循环也与石灰反应，形成不溶性的半水亚硫酸钙和可溶性的亚硫酸钠和氢氧化钠。半水亚硫酸钙在稠化器中沉积，上清液返回吸收系统，沉积的CaSO3·1/2H2O送真空过滤分离出滤饼，过滤液亦返回吸收系统，返回的上清液和过滤液在进入吸收塔前补充Na2CO3。过滤所得滤饼（含水约60%），重新浆化为含10%固体的料浆，加入硫酸降低pH值后，在氧化器内用空气氧化可得石膏。

（二） 碱性硫酸铝-石膏法

碱性硫酸铝-石膏法系用碱性硫酸铝溶液作为吸收剂吸收SO2，吸收SO2后的吸收液经氧化后用石灰石中和再生，再生出的碱性硫酸铝在吸收中循环使用。

1、 工艺原理

（1） 吸收剂的制备系统

碱式硫酸铝水溶液的制备可用粉末状硫酸铝溶于水，添加石灰石或是石灰粉中和，沉淀出石膏，出去一部分SO2-4，即可得到所需碱度的碱式硫酸铝。

（2） 吸收系统

碱性硫酸铝对SO2具有很好的吸收能力，故在吸收塔中利用此特性来吸收SO2。

（3） 氧化系统

在氧化塔中，利用压缩空气将吸收SO2后生成的Al2（SO4）3.Al2（SO3）3浆液氧化为Al2（SO4）3。

（4） 中和再生系统

在中和槽中，加入石灰石作为中和剂，再生出碱式硫酸铝吸收剂，同时沉淀出石膏。

2、 工艺流程

经过滤除尘后的烟气从吸收塔的下部进入，用碱性硫酸铝溶液对其进行洗涤，吸收其中的SO2，尾气经除沫后排空。吸收后的溶液送入氧化塔并鼓入压缩空气对其进行氧化，氧化后的吸收液大部分返回吸收塔循环，引出一部分送去中和。送去中和的溶液的一部分引入除镁中和槽，在此用CaCO3中和，然后在沉淀槽沉降，弃去含Mg2+的溢流液不用，以保持Mg2+浓度在一定水平以下。含有Al2O3沉淀的沉淀槽底流，用泵送入其中一中和槽，与送去中和另一部分槽液混合，送至另一中和槽，在该槽中用石灰石粉将溶液中和至要求的碱度，然后送增稠器，上清液返回吸收塔，底流经分离机分离后得石膏产品。

三、 双碱法脱硫技术的优点

双碱法的明显优点是，由于采用液相吸收，从而不存在结垢和浆料堵塞等问题；另外副产物的石膏纯度较高，应用范围更广一些。

（一） 钠碱双碱法的优点

1、 用NaOH脱碱，循环水基本上是NaOH的水溶液，循环过程中对水泵、管道、设备均无腐蚀与堵塞现象，便于设备运行与保养。

2、 吸收剂的再生和脱硫渣的沉淀产生在吸收塔外，减少了塔内结垢的可能性，因此可以用高效的板式塔或填料塔代替目前广泛使用的喷淋塔，从而减少了吸收塔的尺寸及操作液气比，降低脱硫成本。

3、 脱硫率高，一般在90%以上。

（二） 碱性硫酸铝-石膏法的优点

处理效率高，液气比较小，氧化塔的空气利用率高，设备材料较易解决。得到的副产石膏质地优良，不仅可用于水泥工业，也可供制石膏板用。

四、 双碱法脱硫技术对我国环保的影响

我国是一个以煤为主要能源的国家，即使再过半个世纪，煤炭在我国一次能源中的比例仍将不低于40%。因此，煤炭的洁净使用和发展洁净煤炭技术在我国可持续发展中将占有举足轻重的地位。作为发展中国家的我们，面临经济建设的任务很重，为此，发展洁净煤技术应遵循技术上的可行性与经济上的合理性。

近年来，很多国家都采用了双碱法脱硫技术，例如：位于佛罗里达靠近塔荷切的海湾电力公司的斯科尔茨发电站，海湾电力公司的肖尔茨热电厂以及日本同和矿业公司，除此之外，我国于1980按同和矿业建成了一套工业装置。由这些例子足以可见双碱法脱硫技术的受关注度之高。

双碱法脱硫技术效率高、能力强、好处理的优点，刚好符合我国的国情。在过去的几年中，它也为环保事业做了很大的贡献，大大降低了二氧化硫的排放量，从而使得酸雨问题得到缓解，减少了因酸雨和二氧化硫污染导致的经济损失，加速我国民经济的可持续发展。（作者单位：郑州大学水利与环境学院）

参考文献：

[1]蒋文举，烟气脱硫脱硝技术手册，化学工业出版社，2007年第1版，202-206

[2]雷仲存，工业脱硫技术，化学工业出版社，2001年第1版， 265、274、279

[3]钟秦，燃煤烟气脱硫脱硝技术及工程实例，化学工业出版社，2007年第2版，110