对工业废气进行脱硫处理的设备,以塔式设备居多,即为脱硫塔。脱硫塔初以花岗岩砌筑的应用的为广泛,其利用水膜脱硫除尘原理,又名花岗岩水膜脱硫除尘器,或名麻石水膜脱硫除尘器。
优点是易维护,且可通过配制不同的除尘剂,同时达到除尘和脱硫(脱氮)的效果。现在随着玻璃钢技术的发展,脱硫塔逐渐改为用玻璃钢制造。相比花岗岩脱硫塔,玻璃钢脱硫塔成本低、加工容易、不锈不烂、重量轻,因此成为今后脱硫塔的发展趋势。
另外具有耐腐蚀、耐高温、耐磨损三大优势,也是脱硫塔发展重要趋势之一。经过多年的改进,已发展成文丘里型、旋流板型、旋流柱型、浮球型、筛板型、气动乳化型等各种类型的脱硫塔,设备技术日趋成熟,各有优点和不足,企业可依自身需要选用不同类型。
脱硫要求
烟气脱硫的大型脱硫装置称为脱硫塔,而用于燃煤工业锅炉和窑炉烟气脱硫的小型脱硫除尘装置多称为脱硫除尘器。在脱硫塔和脱硫除尘器中,应含SO2的烟气,对烟气中的SO2进行化学吸收。为了强化吸收过程,提高脱硫效率,降低设备的投资和运行费用,脱硫塔和脱硫除尘器应满足以下的基本要求:
(1)气液间有较大的接触面积和
一定的接触时间;
(2)气液间扰动强烈,吸收阻力小,对SO2的吸收效率高;
(3)操作稳定,要有合适的操作弹性;
(4)气流通过时的压降要小;
(5)结构简单,制造及维修方便,造价低廉,使用寿命长;
(6)不结垢,不堵塞,耐磨损,耐腐蚀;
(7)能耗低,不产生二次污染。
SO2吸收净化过程,处理的是低浓度SO2烟气,烟气量相当可观,要求瞬间内连续不断地高效净化烟气。因而,SO2参加的化学反应应为较快反应,它们的膜内转化系数值较大,反应在膜内发生,因此选用气相为连续相、湍流程度高、相界面较大的吸收塔作为脱硫塔和脱硫除尘器比较合适。
通常,喷淋塔、填料塔、喷雾塔、板式塔、文丘里吸收塔等能满足这些要求。其中,喷淋塔是使用为广泛的脱硫塔类型之一,喷淋塔具有结构简单,工艺成熟可靠的优点,广泛应用于大型电厂,中小型低硫烟气治理;对于高硫烟气治理,有色行业以气动乳化脱硫塔、多层喷淋塔等为主。
随着40年**国内经济快速发展,生活水平得到提高但是生存环境却遭到破坏,对于空气、水资源等生存环境提出了需求。国家层也提出了“绿水青山就是金山银山“的口号,要求企业在废水废气噪声污染这三个系列达标才能生产。
而硫酸雾 (H2SO4)、气体 (HCl)、氟化氢气体 (HF)、氨气(NH3)、铬酸雾(CrO3)、氰氢酸气体 (HCN) 等有害气体在工业生产过程中会产生,处理掉这些有害气体废气才能排放,所以需要厂家有一套完整的废气解决方案,脱硫系统及核心设备脱硫塔设备就应运而生。
脱硫塔是什么?——脱硫塔顾名思义是脱硫环保设备,脱硫塔是脱硫系统的心脏,其主要作用在于通过一些复杂的工艺过程,将待脱硫烟气与脱硫剂的混合、脱硫、脱水,也就是将高温含硫烟气,经过脱硫塔的运行、处理之后,变为达到排放标准、含水含硫量尽可能低的“净烟气”,然后通过烟道、烟囱,排入周围大气。
按照设备材质分类,脱硫塔可分为玻璃钢脱硫塔和碳钢脱硫塔两种,组装方式有整体式或分节式,脱硫塔设备具有占地面积小、运输方便、安装简单的特点。目前脱硫塔设备广泛应用于电力、化工、冶金、焦化、建材、矿山、制药等行业的废气脱硫除尘处理。
脱硫塔脱硫除尘的原理——侧进**出的冲击式,使烟气直接冲击水面,这样工业废气中的污染性气体经过碱液反应,酸碱中和达到烟气净化目的,脱硫吸收效率高达95%,节约水资源并且减少大气污染 ,而且脱硫塔操作维修方便,运行成本低。
玻璃钢脱硫塔使用时的注意事项:
1、严禁无水使用,锅炉运行前应先查看池中水位,再启动锅炉运行。
2、不允许筒体下方有大量积灰造成堵塞,每个工作班交接应检查一次。
3、水池中的水 PH 值应保持在 8--12 之间。
硫酸雾 (H2SO4)、气体 (HCl)、氟化氢气体 (HF)、氨气(NH3)、铬酸雾(CrO3)、氰氢酸气体 (HCN) 等有害气体,在脱硫塔酸碱中和反应过程中对设备内壁和脱硫塔管路有酸碱腐蚀以及除尘过程中的磨损。
虽然脱硫塔厂家生产脱硫塔时候会在设备和管道内壁做防腐处理,但是长期磨损和腐蚀还是会造成脱硫塔设备内壁以及管道损坏,甚至管道泄漏、脱硫塔设备泄漏。
脱硫塔泄漏发生部位:脱硫塔下部塔壁、喷淋管、除雾器、脱硫塔上部塔壁、脱硫塔和母液管焊接部位、吸收塔入口烟道与吸收塔塔壁结合处、循环池壁板漏或者底板漏。
三、工艺优势
1、烟气系统
来自锻钢烟气经烟道引风机直接进入脱硫塔。脱硫塔以空塔喷淋结构。设计空速小(4.0m/s),塔压力降小(≤600Pa),脱硫集中除尘、脱硫、排烟气于一体,烟气升至塔**进入烟囱排入大气。脱硫塔制作完毕喷砂处理后,环氧树脂防腐6遍,塔内部件主要是喷嘴和防雾器,均为304不锈钢材质。当脱硫泵出现故障时,脱硫暂停反应,烟气可通过烟囱排入大气。
2、脱硫塔SO2吸收系统
烟气进入脱硫塔向上升起与向下喷淋的脱硫塔以逆流式洗涤,气液充分接触吸收SO2。脱硫塔采用喷嘴式空塔喷淋,由于喷嘴的雾化作用,分裂成无数小直径的液滴,其总表面积增大数千倍,使气液得以充分接触,气液相接触面积越大,两相传质热反应,效率越高。因此化工生产中诸多单元操作中多采用喷淋塔结构,起到高效、节能、造价低等优点。脱硫塔内碱液雾化吸收SO2及粉尘,生成Na2SO3,同时消耗了NaOH和Na2SO3。脱硫液排出塔外进入再生池与Ca(OH) 2反应,再生出钠离子并补入Na2SO3(或NaOH),经循环脱硫泵打入脱硫循环吸收SO2。
在脱硫塔**部装有除雾器,经除雾器折流板碰冲作用,烟气携带的烟尘和其他水滴、固体颗粒被除雾器捕获分离。除雾器设置定期冲洗装置,防止除雾器堵塞。
3、脱硫产物处理
脱硫产物终是石膏浆,具体为CaSO3、CaSO4还有部分被氧化的Na2SO4及粉尘。有潜水泥浆泵从沉淀池排出处理好,经自然蒸发晾干。由于石膏浆中含有固体杂质,影响石膏的质量,所以一般以抛弃法为高。排出沉淀池浆液可经水力旋流器,稠厚器增浓提固后,再排至渣场处理。
4、关于二次污染的解决
以钠钙双碱法烟气脱硫可解决单一纳碱脱硫的二次污染问题。钠钙双碱法是以纳碱吸收SO2,其产物用石灰乳再生出纳碱继续使用,因钠钙双碱法能节省碱耗,又杜绝二次污染问题。有少量的Na2SO4不能够再生被带入石膏浆液中,经固液分离,分离的固体残渣进行回收堆放再做他用。溶液流回再生池继续使用,因此不会产生二次污染。
5、方案的特点
以NaOH(Na2CO3)脱硫,脱硫液中主要为NaOH(Na2CO3)水溶液,在循环过程中对水泵、管道、设备缓解腐蚀、冲刷及堵塞,便于设备运行和维护。钠基吸收液对SO2反应速度快,故有较小的液气比,达到较高的脱硫效率,一般≥90%。
脱硫剂的再生及脱硫沉淀均发生于塔体避免塔内堵塞和磨损,提高了运行的可靠性,降低了运行成本。以空塔喷淋为脱硫塔结构,运行可靠性高,事故发生率小,塔阻力低,△P≤600Pa。
6、吸收SO2效率及主要影响因素
PH值:PH值高,SO2吸收速率大,脱硫效率高,同时PH值高,结垢几率小,避免吸收剂表面纯化。
温度:温度低有利于气液传质,溶解SO2,但温度低影响反应速度,所以脱硫剂的温度不是一个独立的不变因素,取决于进气的烟气温度。
石灰粒度及纯度:要求石灰纯度≥95%,粒度控制Pc200~300目内。
液浆浓度:控制在10~15%。
造成塔堵,主要是硫堵和盐堵。究其原因,主要表现在以下几个方面:
(1)进塔气体质量差。气体夹带的煤灰、和其它杂质等,长时间积累在填料上,形成塔阻力上升,时间一长,较易产生塔堵。
(2)脱硫液的吸收和析硫反应,80%是在脱硫塔内进行的。若塔内析出的硫(特别是入口H2S含量较高时),不能及时随脱硫液带出塔外,硫颗粒就粘结在填料表面,时间久了导致气体偏流,形成堵塔。
(3)溶液循环量不够。致使塔喷淋密度降低,一般要求喷淋密度在35~50立方米/㎡.h。塔喷淋密度偏小,易使塔内填料形成干区,气液接触不好,不仅使塔脱硫效率下降,且时间一长,就会形成局部堵塞,气液偏流,塔阻上升,造成塔堵。
(4)脱硫系统设备存在问题。一是脱硫塔填料选择不当。脱硫塔气液分布器、再分布器及除沫器结构不合理或安装出现偏差。脱硫塔在检修时,仅是将塔内填料扒出来清洗,而未将堵塞在除沫器和驼峰板的两驼峰之间的碎填料和积硫及时清理出去,造成除沫器和驼峰板的降液孔不畅通,以致开车后,形成气体偏流,塔阻上升,二次停车处理。二是溶液再生有问题。单质硫浮选效果差,悬浮硫上升,脱硫效率下降。主要表现在,再生设备不配套,氧化再生槽在设计上存在诸多缺陷。比如氧化再生槽内无分布板,有则分布板孔径过大,一般分布板孔径为8~15㎜,孔距20~25㎜。分布板的作用是夹带无数气泡的脱硫液从尾管出来,便迅速形成无数气泡群,气泡群在其自身浮力的作用下,向上漂浮。同时游离在溶液中的单质硫便向气泡群周围聚集,并粘附在气泡表面。随着气泡群向上浮动,经2~3层分布板后,气泡群就会越聚越多,气泡表面粘附的单质硫相应就越多。而无分布板的再生槽气泡大且易碎,带出的单质硫就相对较少。
空气自吸式喷射器是再生系统的心脏,其选用和安装不合理均会严重影响溶液再生效果。主要表现在空气自吸式喷射器吸空气量小,造成再生空气量不够,使HS-氧化单质硫的程度变差,从而影响溶液再生效果;空气自吸式喷射器尾管出口到再生槽底部距离过大,一般尾管距槽底距离为400~600㎜,多不**过800㎜。其尾管出口到再生槽底部距离过大,易形成槽内溶液死区过多,影响再生效果;喷射器在设计上要求溶液经过喷嘴的流速要达到18~25m/s,混合管的长度是其管径的20倍;空气自吸式喷射器在安装过程中,要求喷嘴、混合管、收缩管及尾管中心轴线要一致,其同心度≦1.0㎜。空气自吸式喷射器在设计及安装上比较专业,一般不要去盲目仿制,企业在选用自吸式喷射器时,建议找专业生产厂家来订制比较妥当些。
(5)催化剂选用不当。劣质催化剂价格虽较低,但在应用过程中,我们知道,不同种类的催化剂在催化氧化过程起作用是不尽相同的,特别是氧化后形成的单质硫晶体结构不一样,它的粘度和颗粒大小就不一样。因其使HS-氧化为单质硫的程度较差而造成脱硫液悬浮硫升高,较高的悬浮硫就会粘附在塔内填料上,时间一长,就会造成堵塔,使塔阻上升,严重时影响生产。
(6)我们知道,多溶质在脱硫液中的溶解度,较其单一在水中的溶解度,均有不同程度的降低。因此,浓度高或溶解度低的副盐,在溶液温度较低的情况下,往往会形成混合性过饱和析出结晶而堵塔。所以有的厂家脱硫系统在冬季停车,一夜之间再开车时,发生恶性堵塔,通蒸汽加温而延误开车。
(7)操作和管理不到位。操作中脱硫液温度过高,一般温度控制在38-42℃为宜,**过45℃则气泡易碎,单质硫浮选不好。操作温度大于50℃则副盐生成大量增多。一般副盐三项(Na2S2O3、Na2SO4和NaCNS)之总和应小于250g/L,特别是溶液中Na2SO4的含量一般不**过40g╱L为宜。当副盐增加时,要及时采取措施(排放或引出部分脱硫液使其降温析出结晶)。否则脱硫液中过多的副盐在塔内易析出结晶,粘附在填料上,时间一长,就形成盐堵。发生盐堵后,不仅使塔阻力上升,而重要的是会引起设备严重腐蚀。脱硫塔发生盐堵后,再好的催化剂也是无能为力的,氧化再生槽浮选出的硫泡沫不能及时溢流出去,而在液面上停留时间过长,硫泡沫破碎后,其表面粘附的单质硫下沉进入贫液,造成贫液悬浮硫上升。而由脱硫泵带至塔内,沉积在填料上,时间久了就会形成硫堵;溶液循环量不能保证相对稳定,调节过频,造成系统波动较大。当遇到系统减量时,溶液循环量应保持稳定,可从溶液组份上来作些调整。当遇到系统大幅度减量时间较长时,溶液循环量可仍保持稳定运行3-4小时,以使塔内填料上沉积的硫得到冲刷;再生槽吹风强度在经过操作摸索后,可稳定在量,一般不宜作过多调节。否则会影响单质硫的浮选,导致再生效果不佳;硫回收的熔硫残液,在变成低温处理时不达标,液温高、杂质多,影响吸收与再生效果,造成贫液质量差,悬浮硫含量高。熔硫残液在回收前要沉降冷却至≤45℃,使熔硫残液中的大量副盐结晶析出在沉降冷却池,清夜再返回系统循环使用。