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(內(nèi)蒙古明大新科技有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古，鄂爾多斯 017000)

2014年國(guó)家針對(duì)鍋爐煙氣排放標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了修訂，即GB13271-2014標(biāo)準(zhǔn),對(duì)化工企業(yè)的環(huán)保問(wèn)題提出了更高的要求，生產(chǎn)工藝過(guò)程既要環(huán)保節(jié)能，還要使成本控制在合理范圍內(nèi)或更低，最大限度的保證生產(chǎn)運(yùn)行的連續(xù)性和公司利潤(rùn)穩(wěn)步增長(zhǎng)。為了達(dá)成此目標(biāo)，我們成功利用天然堿生產(chǎn)小蘇打的母液在20 t/h燃煤蒸汽鍋爐的排煙系統(tǒng)上進(jìn)行脫硫、脫硝、脫碳等改造，環(huán)保指標(biāo)全部達(dá)標(biāo)，并具備了工業(yè)化應(yīng)用的水平，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，本文就實(shí)施過(guò)程中的一些具體工藝方案和使用效果進(jìn)行了分析論證。

1 工藝流程描述以及反應(yīng)原理

1.1 工藝流程

鍋爐煙氣排放的主要污染物為煙塵、二氧化硫、氮氧化物、汞及化合物等，常規(guī)的煙氣濕法脫硫脫硝脫碳工藝有石灰法、石灰石法、鈉堿法、鈉鈣雙堿法、氧化鎂法、氨堿法、海水法等。

利用天然堿生產(chǎn)小蘇打的過(guò)程中計(jì)劃排放的母液作為吸收液，以鈉堿法脫硫脫硝脫碳工藝原理為基礎(chǔ)理論依據(jù)，結(jié)合碳化法生產(chǎn)小蘇打的生產(chǎn)實(shí)踐，對(duì)鍋爐煙氣進(jìn)行環(huán)保處理，并回收部分CO2氣體，用于小蘇打的生產(chǎn)，主要工藝流程如圖1。

圖1 小蘇打母液用于鍋爐煙氣處理

從鍋爐增壓風(fēng)機(jī)送來(lái)的經(jīng)過(guò)除塵器除塵的熱煙氣進(jìn)入煙氣換熱器與脫硫塔出口的冷煙氣進(jìn)行傳熱交換后，煙氣經(jīng)煙道從塔底進(jìn)入脫硫塔；在脫硫塔內(nèi)分層布置五層旋流板的方式，旋流板塔具有良好的氣液接觸條件。

將離心機(jī)過(guò)濾后的小蘇打母液接入冷析沉降桶，母液經(jīng)冷析自然沉降回收部分碳酸氫鈉后，用泵打入蒸汽濕分解塔進(jìn)行濕分解反應(yīng)，濕分解后母液中Na2CO3含量增高，具備鈉堿法脫硫的基本條件，處理后的母液用泵打入脫硫塔，從霧化噴頭噴下的Na2CO3堿液在旋流板上進(jìn)行二次霧化使得煙氣中的SO2與噴淋的堿液充分吸收、反應(yīng)，并以霧化狀態(tài)直接進(jìn)入脫硫塔頂部、中部、下部與煙氣形成逆流接觸；煙氣在塔內(nèi)上升過(guò)程中與脫硫循環(huán)液霧粒與塔板上鼓泡而成的泡沫(膜)相接觸，進(jìn)行煙氣、泡沫(膜)霧粒、Na2CO3氣液固三相之間碰撞、接觸交換混合，激烈的進(jìn)行傳質(zhì)、吸收、傳熱過(guò)程。煙氣中的SO2通過(guò)氣相主流，湍流擴(kuò)散到液體表面的氣膜，通過(guò)分子擴(kuò)散穿過(guò)氣膜到氣液界面，從氣相到液相。在液相中完成脫硫、氧化、碳化、再生的脫硫化學(xué)反應(yīng)過(guò)程(見(jiàn)基本原理與化學(xué)反應(yīng)式)。脫硫產(chǎn)物有Na2SO3、Na2SO4、NaHSO3、NaHCO3、 NaNO2、NaNO3等。循環(huán)液中除前述的鈉鹽外，主要還有Na2CO3和煙塵、NaCl、氟化物、重金屬離子等，循環(huán)液的pH值控制在6.5左右，連續(xù)重復(fù)進(jìn)行脫硫循環(huán)。

多種生成物均溶于水，在脫硫過(guò)程中，煙氣夾雜的很少量的飛灰同時(shí)被循環(huán)液濕潤(rùn)而捕集，從吸收塔排出的循環(huán)漿液流入沉淀池和事故漿液池。循環(huán)漿液為循環(huán)用脫硫液，基本不外排，但為了保持氯離子的平衡，需排放很少量廢水，廢水可經(jīng)過(guò)處理后納入廢水中和槽中和達(dá)到相應(yīng)的污水排放標(biāo)準(zhǔn)后排放?；以头磻?yīng)產(chǎn)物經(jīng)沉淀、真空皮帶過(guò)濾、定期清除或回收利用脫硫脫硝產(chǎn)物，如制造各類無(wú)機(jī)鹽化工產(chǎn)品等，過(guò)濾后循環(huán)液根據(jù)其pH值和組分含量，部分循環(huán)液用泵打入蒸汽濕分解塔，進(jìn)行濕分解反應(yīng)，再生一部分Na2CO3，補(bǔ)充入系統(tǒng)中，保證Na2CO3足夠使用。經(jīng)脫硫洗滌后的凈煙氣經(jīng)過(guò)除霧器脫水后進(jìn)入換熱器，升溫后的煙氣經(jīng)引風(fēng)機(jī)通過(guò)煙囪排入大氣。

1.2 基本原理與化學(xué)反應(yīng)式

本法脫硫工藝主要分為三個(gè)過(guò)程：

1)脫硫脫硝脫碳的中和與化合反應(yīng)過(guò)程

Na2CO3+H2SO3→Na2SO3+H2O+CO2↑

Na2CO3+CO2+H2O→2NaHCO3

2NaHCO3+H2SO3→Na2SO3+2H2O+2CO2↑

然后再與過(guò)剩的SO2反應(yīng)

Na2SO3+H2SO3→2NaHSO3

當(dāng)Na2SO3全部變?yōu)镹aHSO3時(shí)，就不繼續(xù)吸收SO2了。

2NO2+H2O→HNO3+HNO2

HNO2不穩(wěn)定，受熱迅速分解：

3HNO2→HNO3+2NO+H2O

2NO2+Na2CO3→NaNO2+NaNO3+CO2↑

NO+NO2+Na2CO3→2NaNO2+CO2↑

2)氧化反應(yīng)過(guò)程

Na2SO3+1/2O2→Na2SO4

NaHSO3+1/2O2→NaHSO4

3)再生反應(yīng)過(guò)程

4)其他副反應(yīng)

煙氣中的其他污染物如SO3、HCl、HF和極細(xì)煙塵都被循環(huán)漿液吸收和捕集。這些其他污染物與懸浮液中的鈉離子發(fā)生以下反應(yīng)：

Na++HCl→NaCl+H+

Na++HF→NaF+H+

脫硫脫硝脫碳的中和與化合反應(yīng)是一個(gè)比較復(fù)雜的反應(yīng)過(guò)程，其中有些副反應(yīng)有利于反應(yīng)的進(jìn)程，有些副反應(yīng)會(huì)阻礙反應(yīng)的發(fā)生，因此依據(jù)化學(xué)基礎(chǔ)理論，進(jìn)行必要的工藝試驗(yàn)，尤為重要。

2 工藝裝置的實(shí)施方案

依據(jù)鍋爐除塵器后的煙氣指標(biāo)，按照原有廠房的布置形式，綜合考慮技術(shù)上的可行性和經(jīng)濟(jì)上的合理性，選擇最優(yōu)工藝路線，完成工藝流程設(shè)計(jì)和設(shè)備布置。

2.1 工藝系統(tǒng)與主要設(shè)備

進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)的物料衡算，對(duì)各工藝節(jié)點(diǎn)的物料計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析論證，確定設(shè)備型號(hào)及規(guī)格。整個(gè)工藝由五大部分組成：

1)脫硫劑制備系統(tǒng)。即利用原有小蘇打生產(chǎn)工藝上的設(shè)備，脫硫劑制備不另外增加，脫硫劑即小蘇打母液經(jīng)蒸汽濕分解塔分解后含Na2CO3的母液。

主要設(shè)備包括：蒸汽濕分解塔、堿液池、再生槽、閥門管道等。

2)煙氣系統(tǒng)。熱煙氣自除塵器出口通過(guò)煙道進(jìn)入脫硫塔，經(jīng)過(guò)脫硫和除霧凈化后通過(guò)煙囪排放，煙氣排放溫度約55 ℃左右。

主要設(shè)備包括：煙道、電動(dòng)擋板門等。

3)SO2、NOx吸收系統(tǒng)。在吸收塔內(nèi)，脫硫液中的Na2CO3與從煙氣中捕獲的SO2、SO3、NOx、HF、HCl等發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成Na2SO3、NaHSO3、NaNO2、NaNO3等物質(zhì)。

主要設(shè)備包括：脫硫塔及其內(nèi)部霧化噴頭、旋流板、除霧器等。

4)脫硫液循環(huán)系統(tǒng)。脫硫液通過(guò)循環(huán)泵送到脫硫塔內(nèi)與煙氣接觸反應(yīng)后，從脫硫裝置底部排出，排出的含有Na2SO3、NaHSO3、NaNO2、 NaNO3及少量塵渣的混合漿液，進(jìn)入再生沉降池，與新鮮漿液發(fā)生再生反應(yīng)，上清液流入脫硫液循環(huán)池，由循環(huán)泵抽送到脫硫裝置進(jìn)行脫硫循環(huán)利用。再生池底渣漿用泵送入真空帶式過(guò)濾機(jī)過(guò)濾，濕物料集中堆放處理并利用。

主要設(shè)備包括：脫硫液循環(huán)泵、再生沉降池、循環(huán)池及其閥門管道等。

5)電氣控制系統(tǒng)。配套控制柜、配電柜、變頻器及其輸電線路。

2.2 需要特別說(shuō)明的技術(shù)措施

1)加裝不銹鋼霧化噴頭。為了脫硫的化學(xué)反應(yīng)更充分，所有脫硫循環(huán)漿液必須全部從不銹鋼霧化噴頭噴出，不銹鋼霧化噴頭以等邊三角形各端點(diǎn)布置的形式分三層均勻布置，脫硫塔內(nèi)氣液得到充分接觸。

2)管道設(shè)置反沖洗裝置。為了使生產(chǎn)運(yùn)行平穩(wěn)持續(xù)，防止管道結(jié)垢堵塞，在主要的循環(huán)漿液管道上設(shè)反沖洗裝置，反沖洗裝置既有反沖洗功能，同時(shí)也是補(bǔ)充小蘇打母液的裝置，反沖洗的洗液利用未經(jīng)參與反應(yīng)的小蘇打母液即脫硫液，使工藝管道始終保持通暢。

3)自動(dòng)化控制方案

①輸送母液的管道上，加裝流量計(jì)和壓力表，并將其數(shù)據(jù)接入小蘇打碳化工序的DCS系統(tǒng)和鍋爐的自動(dòng)化控制系統(tǒng)，集成數(shù)據(jù)進(jìn)行精準(zhǔn)的工藝計(jì)量和操作。

②為了方便各類泵及其他設(shè)備的操作，形成整體的聯(lián)動(dòng)，泵和閥門類的操作按鈕，運(yùn)行指示、電流電壓指示需引入鍋爐的自動(dòng)化控制系統(tǒng)和小蘇打生產(chǎn)的DCS系統(tǒng)。

③利用小蘇打母液脫硫脫硝脫碳控制脫硫塔循環(huán)池內(nèi)的吸收液pH值為6.5。當(dāng)循環(huán)池內(nèi)的吸收液pH值<6.5時(shí)，pH計(jì)傳感器發(fā)出控制信號(hào)，打開電動(dòng)調(diào)節(jié)閥向脫硫塔內(nèi)注入小蘇打母液即脫硫液Na2CO3溶液，到pH值>6.5時(shí)，自動(dòng)感應(yīng)關(guān)閉電動(dòng)調(diào)節(jié)閥。

3 工藝裝置的使用效果

本工藝裝置使用效果詳見(jiàn)監(jiān)測(cè)公司出具的檢測(cè)報(bào)告，見(jiàn)表1。

表1 鍋爐水浴除塵脫硫脫硝脫碳后煙氣檢測(cè)結(jié)果表

(續(xù)表)

參考標(biāo)準(zhǔn)：本項(xiàng)目利用在蒸發(fā)量20T燃煤蒸汽鍋爐上，標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)GB13271—2014《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》。

4 工藝裝置的優(yōu)缺點(diǎn)和有待改進(jìn)的方面

4.1 優(yōu)缺點(diǎn)分析

1)技術(shù)相對(duì)具有創(chuàng)新性，運(yùn)行穩(wěn)定可靠。主要設(shè)備故障率低，因此不會(huì)因脫硫設(shè)備故障影響鍋爐的安全運(yùn)行。

2)工藝先進(jìn)，運(yùn)行費(fèi)用低。因小蘇打母液(鈉堿)活性極強(qiáng)極高，所以只用很低的液氣比就可達(dá)到高效率的脫硫脫硝脫碳效果;又因用鈉堿再生、鈉堿重復(fù)利用，就大大降低了運(yùn)行成本。但脫硫過(guò)程的小蘇打母液消耗量比較大，但要保證脫硫脫硝脫碳的效率，就必須要保證小蘇打母液的用量。

3)工程投資少、經(jīng)濟(jì)效益高。本方法(鈉堿法)工程投資因利用小蘇打生產(chǎn)的部分設(shè)備，因此僅為其他濕法技術(shù)的2/3～3/4;脫硫效率同樣達(dá)到85%～90%，脫硫后的SO2、NOx和煙塵排放完全滿足環(huán)保要求。

4)對(duì)煤種變化的適應(yīng)性強(qiáng)。用小蘇打母液(鈉堿液)作為脫硫劑，工藝吸收效果好，吸收劑利用率高，可根據(jù)鍋爐煤種變化，適當(dāng)調(diào)節(jié)pH值、液氣比(一般在L/G為3～5)、鈉硫比(Na/S可選1.0)等因子，保證了設(shè)計(jì)脫硫率的實(shí)現(xiàn)。

5)除塵脫硫脫硝脫碳一體化。經(jīng)過(guò)噴淋、吸收、吸附、再生等物理化學(xué)過(guò)程，以及脫水、除霧，達(dá)到除塵、脫硫、脫硝、脫碳、除濕等凈化煙氣的目的。

6)節(jié)能、節(jié)水、節(jié)省脫硫劑效果顯著。實(shí)現(xiàn)小蘇打母液脫硫的“三高、二低、一小”的特點(diǎn)。即:脫硫效率高、可利用率高、可靠性高；投資成本低、運(yùn)行費(fèi)用低；占地面積小。

7)本脫硫工藝還有極強(qiáng)的除塵效果，除塵效率高達(dá)95%。

8)采用小蘇打母液(鈉基脫硫劑)進(jìn)行塔內(nèi)脫硫，由于鈉基脫硫劑堿性強(qiáng)，吸收二氧化硫后反應(yīng)產(chǎn)物溶解度大，不會(huì)造成過(guò)飽和結(jié)晶，造成結(jié)垢堵塞問(wèn)題。同時(shí)所有工藝管道上加裝反沖洗裝置，不存在結(jié)垢和堵塞的問(wèn)題，并且鈉鹽吸收速率比鈣鹽快，因此需要的液氣比就相對(duì)較低，可以減少循環(huán)泵的流量，降低電耗，減少設(shè)備初始投資。

9)通過(guò)小蘇打母液中的Na2CO3溶液吸收煙氣中的CO2氣體，生成少量的NaHCO3，將含有NaHCO3的溶液返回蒸汽濕分解塔，分解出的CO2氣體進(jìn)入碳化壓縮工序，解決小蘇打生產(chǎn)中CO2不足的問(wèn)題，還減少了CO2廢氣的排放，且小蘇打母液的利用率提高；同時(shí)為日后減少碳排放指標(biāo)，積累更多的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

10)小蘇打母液——鈉堿脫硫劑有較強(qiáng)的腐蝕性，儲(chǔ)存罐、輸送泵、管道都應(yīng)采用防鈉堿腐蝕的材料。

4.2 有待改進(jìn)的方面

1)在一個(gè)接近封閉的工藝狀態(tài)下，本工藝的小蘇打母液本身含有NaCl，同時(shí)會(huì)把吸收液從煙氣中吸收溶解的氯化物增加到非常高的濃度，通過(guò)各種物理化學(xué)手段控制氯離子的濃度12 000～20 000 ppm是保證Na2CO3消耗降低和反應(yīng)正常進(jìn)行的重要因素。

2)鑒于脫硫脫硝的產(chǎn)出物數(shù)量有限，回收成本必然增大的問(wèn)題，因此本方法采取集中堆放，未能制造出無(wú)機(jī)鹽化工產(chǎn)品，回收無(wú)機(jī)鹽化工產(chǎn)品，還需要做更進(jìn)一步的研究、分析論證、工藝試驗(yàn)等，進(jìn)行工藝上的完善和改進(jìn)，可以做到廢物綜合利用，更多的降低運(yùn)行費(fèi)用，提高有限資源的利用率。

總之，本技改項(xiàng)目的實(shí)施，在現(xiàn)有國(guó)家環(huán)保政策收緊的前提下，為天然堿的多元化利用，開辟了一條適應(yīng)性很強(qiáng)的途徑，是我們向循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)進(jìn)軍，整合礦產(chǎn)資源，邁出的堅(jiān)實(shí)的一步；在拓寬了技術(shù)改造路徑的同時(shí)，驗(yàn)證了鍋爐煙氣處理與小蘇打生產(chǎn)工藝互補(bǔ)的必要性和可行性。