SBS烟气脱酸技术在燃气机组上的应用

陈文瑞

(福建龙净环保股份有限公司，福建 龙岩 364000)

1 工程背景

本项目5#机组为220 t/h高温高压、自然循环、平衡通风、全钢架燃气炉(NG-220/9.81-Q),配制一台60 MW高温高压双抽式汽轮机(CC60-8.83/4.41/1.28)。设计燃料的配比为60%高炉煤气+40%焦炉煤气。锅炉空预器出口尾部烟道设有煤气加热器，对送入锅炉内煤气进行预热，同时降低排烟温度。锅炉原始排烟特性如表1所示。

由表1可知，该项目煤气机组烟气原始SO2排放浓度较常规燃煤机组低，仅为130 mg/Nm3，但仍然达不到超低排放标准，需对烟气进行脱酸处理。且该项目地处南京市中心，要求烟囱消除“白烟”。若采用现行燃煤电厂主流湿法或干法脱硫技术，需要投入较高工程建设费用，且运行维护成本也非常高。而本项目燃气机组，原始SO2浓度并不高，显然从全寿命周期成本考虑，传统脱硫方式完全不可取。

表1 烟气特性表

2 SBS烟气脱酸设计方案

2.1 技术原理

SBS烟气脱酸(Sodium Solution Spraying)：即烟气与被喷成雾状的钠基溶液(Na2CO3或NaHCO3或NaOH)在干燥吸收反应烟道内进行反应的脱酸工艺。该法属干法脱硫工艺，因添加的吸收剂呈湿态，而脱硫产物呈干态，也被称为半干法。在钠硫摩尔比2.0～7.0时，脱硫率可达90%～95%，脱硫产物为Na2SO4、Na2SO3和飞灰等混合物。此法特别适用于处理低硫含量烟气、且具有足够长反应烟道的情况[2]。该法的优点是，系统简单、运行可靠、投资低、能耗小，脱硫产物呈干粉状，无废水排放，且对温度变化范围没有很高的要求。但对反应烟道和烟气流场分布的要求较高。

2.2 工艺流程

整个SBS烟气脱酸系统由脱酸剂溶液配置系统、溶液输送系统、溶液稀释系统、压缩气系统、溶液计量喷射系统、烟道反应器系统、电气控制系统等组成，另需配置除尘系统。工艺流程如图1所示。

图1 SBS烟气脱酸工艺流程图

以NaOH溶液作为脱酸剂为例，工艺流程如下：首先，运输槽车中的NaOH溶液通过卸载泵输送到碱液存储槽中进行储存，储液罐内的溶液经过滤后由输送泵输到烟道反应器内的雾化装置，在烟道反应器内，溶液在压缩空气的作用下，通过双流体雾化喷嘴，被雾化成细小液滴的吸收剂与烟气混合接触，与烟气中的SO2、SO3、HCl、HF等酸性气体发生化学反应生成亚硫酸钠(NaSO3)和亚硫酸氢钠(NaHSO3)，同时，脱酸剂带入的水分迅速被蒸发而干燥，形成粉末状的反应副产品(大部分为亚硫酸钠)，由于喷入的溶液量相对烟气量而言极其微量，烟气温度几乎不发生变化，仍然高于酸露点，可以直接排放，且不产生废水。

烟道反应器内发生的主要化学反应为：

2NaOH(l)+SO2(g)=Na2SO3(s)+H2O(g)

记忆中有许多好听的名字和故事，才让是这段有趣记忆中的第一个人。他是当地的牧民，当时在夏河县城里靠蹬三轮车养家，人很勤恳，会说一点汉话，没上过学，只会写一个字——“米”。第一次上他家，一个土木结构的二层小楼，他给我们倒茶，说“茶喝！”（藏语的习惯，动词放在后面）。

NaOH(l)+SO2(g)=NaHSO3(s)

3NaOH(l)+2SO2(g)=Na2SO3(s)+NaHSO3(s)+H2O(g)

同时，会发生如下协同反应：

2NaOH(l)+2HCl(g)=2NaCl(s)+H2O(g)

2NaOH(l)+2HF(g)=2NaF(s)+H2O(g)

2NaOH(l)+H2S=Na2S(s)+2H2O(g)

脱酸反应生成的脱硫副产物及未被利用的脱酸剂以干燥的颗粒物形式随烟气带出反应器，进入后端除尘器被收集下来。由于在该工艺过程中，脱酸产物的氧化不彻底，从除尘器收集下来的粉尘主要是含亚硫酸钠的脱硫灰，一般采用抛弃法，通过除灰系统排入灰场，或采用回收利用法，打包回收进行循环利用，例如可以掺入水泥中，使水化产物硫铝酸钙更快地生成，从而加快水泥的水化硬化速度；也可以在玻璃工业用以代替纯碱[3]。

由于SBS烟气脱酸工艺脱硫剂以雾状形式喷入，比表面积大，反应时间迅速，相对喷入干粉钠基碱性脱硫剂而言，脱酸效率更高，且充分利用烟道作为反应器，结构更为简单，造价更低，且运行阻力低，运行和维护成本也更低。烟气SO2浓度较低时，具有极佳的应用灵活性。

2.3 项目实施

由于本项目化水处理车间已有32%氢氧化钠碱液，为节省一次性建设投资，拟采用该碱液经稀释后喷入烟道作为脱硫剂。项目实施简单，仅新增两台碱液喷射泵、一套碱液稀释及计量模块、一套碱液雾化及喷射模块即可。

外购32%氢氧化钠碱液通过卸载泵将碱液卸到高位碱液槽中进行储存，系统根据CEMS监测烟气流量值、空预器出口SO2浓度、烟囱出口SO2浓度自动计算所需喷射碱液流量输入到碱液喷射泵，直至喷射流量达到所需值。锅炉空预器出口设有煤气加热器，为达到最佳脱硫效果，同时增强系统的操作灵活性，本项目在煤气加热器前/后烟道分别设置了6/4支双流体喷枪。碱液喷射泵输送的碱液与除盐水在管道静态混合器中稀释成约10%质量浓度的氢氧化钠溶液送至烟道喷枪。同时，为不增加烟气含氧量，本次双流体喷枪雾化气体采用压缩氮气作为雾化空气。本项目SBS烟气脱酸主要设备配置情况如表2所示。

表2 主要设备配置情况

2.4 实施效果

从项目实施后运行数据来看，SBS烟气脱酸装置投运后，在设计碱液消耗量情况下，烟气SO2排放浓度完全达到超低排放要求，主要运行数据如表3所示。

表3 运行数据及运行经济性

2.5 工艺技术特点

雾化喷枪和烟道反应器是该工艺的核心设备，双流体雾化喷嘴雾化的质量和工作的可靠性、烟道反应器的反应时间、烟气与脱硫剂的混合质量、停留时间是影响SBS脱酸效率的关键因素。

当烟气SO2浓度较低时，喷入的溶液相对于烟气量而言极其微量，几乎不对烟气温度产生任何影响，排烟温度高于烟气酸露点温度；同时该脱硫工艺几乎可以吸收烟气中所有的SO3、HCl和HF，不需要对脱硫后的烟气管道、引风机和烟囱作特殊的防腐处理。

无需采用烟气冷却和再加热系统。

该工艺不产生废水，且大幅度脱除烟气SO2，减排效益显著。

脱酸剂利用率高，钠硫摩尔比2.0～7.0时，脱硫率可达90%～95%。

脱酸固体副产物的主要成分是NaSO3、NaHSO3等物质，以及少量锅炉烟气飞灰，可100%回收利用[4]。

喷射器布置灵活，也可在空预器入口布置，可脱除烟气中的SO3，避免空预器发生低温腐蚀。

利用烟道作为脱硫反应器，运行阻力低、能耗小、造价低、占地面积小，尤其适合场地受限的情况。

3 结论

SBS烟气脱酸：采用钠基碱性溶液作为脱酸剂，仅需在除尘器前烟道设置若干双流体喷枪作为喷射器，雾化后的碱性溶液极易与烟气中的酸性气体发生吸收反应，产生的固体副产物由除尘器收集，从而达到脱酸的效果[5]。采用该技术，系统配置简单，一次性投资低，可采用多种钠基碱性溶液作为脱硫剂，应用灵活，甚至在某些场合，可以采用废碱液作为脱硫剂，“以废治废”，运行费用低，且无需专门进行烟气“消白”，特别适合燃气机组、焦炉等原始烟气中酸性气体浓度较低的场合。