二氧化硫污染的解決方式
將干式吸附劑Ca(OH)2噴射至煙氣中,吸收HCl、SO3、H2SO4等酸性氣體,是一項(xiàng)成熟的技術(shù),在電廠已應(yīng)用數(shù)十年,主要反應(yīng)方程式為:
2SO2+O2+2Ca(OH)2→2CaSO4+2H2O
干式吸附劑噴射流程在工業(yè)應(yīng)用中具有如下優(yōu)點(diǎn):
裝備簡單,費(fèi)用低,主要裝備為Ca(OH)2儲庫、計(jì)量裝置和噴射槍(圖1)。
大多數(shù)裝備容易改造(僅噴槍與煙氣直接接觸)。
裝備占地面積少(僅1個或2個儲庫和風(fēng)機(jī)建筑物)。
安裝時間短(簽訂合同至投入運(yùn)行約1年)。工藝簡單且調(diào)節(jié)靈活,可滿足不同工藝需求。
生產(chǎn)所需的空氣、水和電耗用量低。
上世紀(jì)80年代以前,用于吸附酸性煙氣的表面積為10~20m2/g的水化石灰已大量用于發(fā)電廠的燃煤燃燒系統(tǒng),以減少SO2排放。Lhoist公司在使用中發(fā)現(xiàn),增加水化石灰的比表面積將會加大水化石灰的吸附功能,為此,Lhoist公司開發(fā)出了一種比表面積為20m2/g水化石灰的第一代吸附劑,大大增強(qiáng)了吸附功能。但在使用中發(fā)現(xiàn)SO2煙氣與Ca(OH)2反應(yīng)的產(chǎn)品CaSO4具有較高的分子容積,易填充在Ca(OH)2孔隙內(nèi),降低吸附功能。為此Lhoist公司在90年代開發(fā)出比表面積與孔隙均大一倍(比表面積為40m2/g、孔隙容積0.20cm3/g,顆粒尺寸為8~12μm)的第二代Ca(OH)2吸附劑。對SO2煙氣的吸附能力較第一代成倍增加。
圖1 吸附劑儲庫(左)與計(jì)量裝備(右)
進(jìn)入21世紀(jì)后,在第二代基礎(chǔ)上,結(jié)合第二代的比表面積和孔隙容積,又開發(fā)出了化學(xué)反應(yīng)更強(qiáng)的第三代Ca(OH)2吸附劑。
表1 三代Ca(OH)2吸附劑的主要化學(xué)、物理性能
三代Ca(OH)2吸附劑的主要化學(xué)、物理性能見表1。
預(yù)分解、預(yù)熱器窯在生產(chǎn)過程中,在碳酸鈣高溫下分解產(chǎn)生氧化鈣,吸收燃料燃燒產(chǎn)生的SO2,生成硫酸鈣。若窯內(nèi)呈還原氣氛,硫酸鈣則分解生成SO2,與氧化鈣作用,再次生成硫酸鈣;若窯內(nèi)呈氧化氣氛,硫酸鈣則成熟料成分離窯。上述反應(yīng)方程式如下:
若原料中含硫,在合適的溫度下,產(chǎn)生的SO2部分被CaCO3吸收,生成CaSO4,但在低溫下反應(yīng)量較低,因而造成煙氣中SO2排放超標(biāo)問題,需使用吸附劑吸附。
但在生產(chǎn)過程中,存在預(yù)熱器廢氣經(jīng)生料磨烘干生料的工藝流程。生料磨的啟動和關(guān)停時間與窯、預(yù)熱器系統(tǒng)不完全同步,從而出現(xiàn)噴射吸附劑數(shù)量的控制問題。為此,在一臺4級預(yù)熱器的窯上進(jìn)行短時間的試驗(yàn),試驗(yàn)情況見圖2。
從圖2來看,生料磨啟動后,SO2排放量迅速增高,平均達(dá)到4.40磅/短噸熟料,此時噴射第三代SPS Ca(OH)2吸附劑,噴射量約2 250磅/小時,噴射約1小時后,將噴射數(shù)量增加至3 400磅/小時,30min后,SO2排放量降至0.72磅SO2/短噸熟料,達(dá)到允許的0.90磅SO2/短噸熟料范圍內(nèi)。此時,停止噴射Ca(OH)2吸附劑,則煙氣中排放的SO2又增加至平均2.90磅/短噸熟料。隨著生料磨停止運(yùn)行,SO2排放量大幅下降。實(shí)驗(yàn)表明,試驗(yàn)時間雖短,但噴射第三代SPS Ca(OH)2吸附劑,可以吸附80%以上的SO2排放量。
圖2 生料磨開閉時,Ca(OH)2吸附劑的噴射試驗(yàn)
短期實(shí)驗(yàn)證實(shí),水泥工業(yè)使用第二代SP、第三代SPS Ca(OH)2吸附劑是可行的,可以滿足預(yù)熱器、預(yù)分解窯生料磨開啟和關(guān)閉的工藝需求。
陳友德編譯自
No.7/2016
International Cement Review