双碱法再生循环系统分析研究

陈庆荣

(煤科集团杭州环保研究院有限公司，浙江 杭州 311201)

1 引言

“双碱法”烟气脱硫工艺从20世纪90年代末引进，广泛用于中小型燃煤锅炉的烟气脱硫，经过多次的技术改进，形成旋流板塔工艺，浓碱双碱法工艺，双循环双碱法工艺，多重循环稳定双碱法等的技术革新。

本文基于为浙江某热电厂双碱法烟气脱硫系统改造项目的工程实施，提出对基础双碱法水循环系统的关注，通过几个环节的改良，来分析跟水循环密切相关的几组重要因素影响。

2 双碱法脱硫研究现状介绍

钙钠双碱法先采用纯碱或氢氧化钠作为吸收剂吸收SO2，吸收液再用石灰进行再生，生成亚硫酸钙和硫酸钙的少量沉淀物，再生后的溶液返回循环池作为吸收剂再次使用，如此循环使用。液气比选择2～3 L/m3，塔进口pH值7～8，浆池pH值控制在10～11，这是一般双碱法最优脱硫效果的控制指标。

随着双碱法技术的不断改进和创新，吴忠标等[1]研究了旋流板双碱法工艺，提出循环液钠离子浓度越高，脱硫效果越好。吴忠标等还发明了浓碱双碱法烟气脱硫工艺[2]以缩小再生循环系统的面积和占地。司芳等[3]通过实验提出液气比在3 L/m3,气温22 ℃条件下，吸收剂钠离子浓度0.06 mol/L，pH值7～8左右脱硫效率最佳。还有余新明[4]、潘朝群[5]等众多专家学着都对液气比、钠离子浓度、pH值这几项关键参数提出了各自的实验论证。因脱硫效率这项关键侧重点，使众多研究人员关注了吸收剂的主要影响因素，而关注再生循环系统的相对较少。

施耀开发的双循环双碱法湿式脱硫装置[6]，张绍训发明的一种多重循环稳定双碱法烟气脱硫工艺[7]，提出了将吸收液循环和再生循环系统分开，进行内部循环，减少外部循环，用来缓解因再生引起的系统结垢问题。

3 运行参数研究

浙江某热电厂双碱法烟气脱硫系统改造项目[8]完成后烟气出口达标排放，再生循环系统运行正常。再生循环系统主要分为吸收液循环池，再生池，沉淀池、氧化池以及脱水系统。本系统的液气比为2.5 L/m3，烟气量为200000 Nm3/h，吸收液的循环量为500 m3/h。

3.1 回流比对再生循环系统的影响

再生循环系统中回流比参数是指单位时间内再生的吸收液水量与吸收液的循环量的比值。回流比直接关系到整个再生循环系统的占地与各池体的大小。循环系统是在原有基础上进行改造，根据对整体循环系统的容积测算，将原100%的回流比调整至20%～40%(利用变频与流量计进行精确控制)，回流比过大会影响再生系统的停留时间，进而使再生难以反应充分，而且也会导致钠离子的过多流失。若回流比过小，为了保证脱硫效率，必须在吸收液中补充相应的氢氧化钠/碳酸钠，而吸收液中钠离子浓度过高直接导致塔体及输送管沟钠盐结晶的情况发生。

3.2 表面负荷对再生循环系统的影响

表面负荷主要是再生循环系统的沉淀池环节的表面负荷。为了节省运行电费，简单操作环节，常规双碱法一般采用平流式地下沉淀池。再生循环系统多采用自流的方式运转，这样各项参数的控制都并不精准，而作为沉淀区域，表面负荷是一项非常重要的影响参数。结合沉淀池原理，本项目采用竖流式沉淀池，沉淀区域pH选择为8.5～9(考虑到可能需要投加絮凝剂和助凝剂)。根据调整进水量来测算不同表面负荷下上清液出水口浊度的大小来判定沉淀效果，表面负荷与出水浊度的关系如图1。表面负荷在1.5 m3/(m2·h)处形成了一个明显的拐点，因此，1.5 m3/(m2·h)的表面负荷是沉淀效果和占地面积两方面考虑上的最佳选择。

3.3 再生时间对再生循环系统的影响

再生时间直接关系到再生循环系统的再生环节是否充分。再生环节的是否充分直接关系到吸收液中氢氧化钠/碳酸钠的补充量，进而关系整个系统的运行成本。根据回流吸收液计算所需投加的氢氧化钙用量(相对过量)，在药剂量稳定投加的情况，分析再生时间与水中亚硫酸盐与硫酸盐的浓度来作为再生效果。根据实验数据，再生15 min后曲线趋于平稳，因此可以看出，再生时间选择15 min足够让氢氧化钙与硫酸盐和亚硫酸盐的反应达到一定的平衡。

图1 沉淀池表面负荷与出水浊度的关系

3.4 氧化时间对的再生循环系统影响

本系统在再生循环系统中的氧化环节设置了自动控制系统[9]，以有效控制氧化时间与氧化效率，为后续石膏的生成提供条件。氧化的是否充分会直接影响石膏的形成品质与后续脱水系统的正常运行。氧化时间又为沉淀环节得到的底渣与空气的接触时间，通过不断的曝气来实现氧化。根据对氧化实验分析，曝气时间在12 h内亚硫酸盐持续被氧化，但大于12 h后氧化过程不明显，可见曝气停留时间在12 h左右时最佳。

4 结论

通过实验和改造项目的现场参数研究可以得出，再生循环系统是否能够长期稳定的运行，与回流比、再生时间、沉淀池表面负荷、氧化时间等因素都紧密相关，环环相扣，其中任一环节参数的控制不当都会使整个系统处在不良的运行状况。

(1)回流比的大小决定了整个再生循环系统的占地和运行成本，本文只针对改造项目的现场限制条件设置了相对最佳的回流比，若不受场地限制，可根据实际计算不断调整回流比选取更加优良的回流比，以做到用最小的运行成本得到最大的脱硫效果。

(2)表面负荷选取1.5 m3/(m2·h)可有效沉淀再生过程形成的沉淀物(主要为硫酸钙和亚硫酸钙等物质)，检测上清液也会发现，钙离子浓度也与表面负荷有一定的曲线关系，表面负荷小于1.5 m3/(m2·h)时，上清液中的钙离子浓度相对较低，这也一定程度地缓解了吸收塔和吸收液系统的结垢问题。

(3)氢氧化钙与硫酸盐、亚硫酸盐的反应较快，根据实验数据与现场运行情况，15min的机械搅拌足以使大量的硫酸盐与亚硫酸盐反应并形成沉淀物质，配合相应表面负荷的沉淀池可将沉淀物质沉淀下来。

(4)亚硫酸钙浓度高不易脱水，而且会影响石膏品质，因此氧化过程也相当重要的一个环节，本文只研究了常规曝气的氧化过程，若投加氧化催化剂或采用氧气曝气等促进过程应该可以加快氧化速度，提高石膏渣中石膏的比例。

只要将回流比、再生时间、表面负荷、氧化时间等参数控制相对到位，再生循环系统可真正做到循环与再生，双碱法脱硫工艺在湿法脱硫领域依旧可以占据一席之地，特别是在中小型锅炉脱硫的工艺选择中，缓解了结垢问题，而又可以降低运行成本的双碱法完全可以是最佳选择。