半干法脱硫在化工系统中的应用与研究
河南龙宇煤化工有限公司陈 磊
内容摘要：主要介绍半干法脱硫系统的工作原理及在化工系统中的应用，选用依据和工艺流程，使用后的优良效果。
关键词：半干法脱硫化学反应、物理消耗、技术应用 效率
前言
水泵提供，供气由独立贮气罐供给，水泵用水由水箱供随着我国环保质量的要求越来越严格，化工及电站锅炉烟气脱硫所产生的废气的排放也越来越受到严格限制，特别是化工系统中的硫化氢经过硫回收处理后的尾气，仍然达不到排放标准，仍需要进一步进行脱硫，才能有效的保证废气排放达标。河南龙宇煤化工一期工程为年产50万吨甲醇，二期为年产40万吨醋酸，自备有3x130T/h和3x220T/h循环流化床锅炉，分别有唐山信德锅炉集团和武汉特种锅炉集团承建，燃烧煤种为永城产本地无烟煤，甲醇装置和醋酸装置的硫回收的硫回收尾气全部排入锅炉进行掺烧处理，原来的脱硫工艺采用的通过在炉内加入石灰石的方法进行脱硫，二氧化硫的排放在400mg/ Nm，但根据最新的环境保护法，单位仍然要支付大量的排污费用，同时对大气的污染仍然得不到根本解决，通过多方论证和技术比较，为彻底解决这一问题我公司决定采用了循环悬浮式半干法烟气净化装置技术。
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给，水箱供水由工业水源提供。一台水泵分别为两只喷嘴供水，另一台水泵备用。反应塔的总阻力约为100~1500Pa。
同时部分较大颗粒的烟尘沉降在反应塔底部排出；大部分烟尘经连接烟道进入布袋除尘系统除尘，经过布袋捕集后外排，从而达到除尘的目的。除尘后的洁净烟气经引风机从烟囱排出。
工艺流程图如下图所示：（见附图）
2.脱硫原理
该技术主要是根据循环流化床理论和喷雾干燥原理，采用悬浮方式，使吸收剂在吸收塔内悬浮、反复循环，与烟气中的SO2充分接触、反应来实现脱硫的一种方法。烟气脱硫工艺分7个步骤：⑴吸收剂存储和输送；⑵烟气雾化增湿调温；⑶脱硫剂与含湿烟气雾化颗粒充分接触混合；⑷二氧化硫吸收；⑸增湿活化；⑹灰循环；⑺灰渣排除。⑵、⑶、⑷、⑸四个步骤均在吸收塔中进行，其化学、物理过程如下所述。
A．化学过程：
当雾化水经过双流体雾化喷嘴在吸收塔中雾化，并与烟气充分接触，烟气冷却并增湿，氢氧化钙粉颗粒同H2O、SO
2、H2SO3反应生成干粉产物，整个反应分为气相、液相和固相三种状态反应，反应步骤及方程式如下：
⑴SO2被液滴吸收； SO2(气)+H2O→H2SO3(液)
⑵H2SO3溶液同吸收剂反应生成亚硫酸钙； Ca(OH)2(液)+H2SO3(液)→CaSO3(液)+2H2O
1.工艺流程
整个系统包括吸收塔系统、电袋除尘器系统、工艺水系统、压缩空气系统以及输灰系统改造等。脱硫系统是本套装置的核心部分。锅炉出口烟气由反应塔底部进 入反应塔。工业水由双流体雾化喷嘴雾化后喷入反应塔， 以很高的传质速率在反应塔中与烟气混合，起到活化反应离子的作用，同时降低反应塔内温度，促进反应进行。活化后的氢氧化钙颗粒以很高的传质速率与烟气中的SO2等酸性物质混合反应，生成CaSO4和CaSO3等反应产物。这些干态产物小部分从反应塔塔底排灰口排出，绝大部分随烟气进入布袋除尘器。双流体喷嘴的供水由
Ca(OH)2(固)+H2SO3(液)→CaSO3(液)+2H2O ⑶液滴中CaSO3达到饱和后，即开始结晶析出； CaSO3(液)→CaSO3(固)
⑷部分溶液中的CaSO3与溶于液滴中的氧反应，氧化成硫酸钙
CaSO3(液)+1/2O2(液)→CaSO4(液) ⑸CaSO4(液)溶解度低，从而结晶析出 CaSO4(液)→CaSO4(固)
⑹对未来得及反应的Ca(OH)2 (固)，以及包含在CaSO3(固)、CaSO4(固)内的CaO(固)进行增湿雾化。 Ca(OH)2 (固) →Ca(OH)2 (液) SO2(气)+H2O→H2SO3(液)
Ca(OH)2 (液)+H2SO3(液)→CaSO3(液)+2H2O CaSO3(液)→CaSO3(固) CaSO3(液)+1/2O2(液)→CaSO4(液) CaSO4(液)→CaSO4(固)
⑺布袋除尘器脱除的烟灰中的未反应的Ca(OH)2 (固)，以及包含在CaSO3(固)、CaSO4(固)内的Ca(OH)2 (固)循环至吸收塔内继续反应。 Ca(OH)2 (固) →Ca(OH)2 (液) SO2(气)+H2O→H2SO3(液)
Ca(OH)2 (液)+H2SO3(液)→CaSO3(液)+2H2O CaSO3(液)→CaSO3(固)
CaSO3(液)+1/2O2(液)→CaSO4(液) CaSO4(液)→CaSO4(固) B．物理过程：
物理过程系指液滴的蒸发干燥及烟气冷却增湿过程，液滴从蒸发开始到干燥所需的时间，对吸收塔的设计和脱硫率都非常重要。影响液滴干燥时间的因素有液滴大小、液滴含水量以及趋近绝热饱和的温度值。液滴的干燥大致分为两个阶段：第一阶段由于浆料液滴中固体含量不大，基本上属于液滴表面水的自由蒸发，蒸发速度快而相对恒定。随着水分蒸发，液滴中固体含量增加，当液滴表面出现显著固态物质时，便进入第二阶段。由于蒸发表面积变小，水分必须穿过固体物质从颗粒内部向外扩散，干燥速率降低，液滴温度升高并接近烟气温度，最后由于其中水分蒸发殆尽形成固态颗粒而从烟气中分离。
反应塔内反应灰的高倍率循环使循环灰颗粒之间发生激烈碰撞，使颗粒表面生成物的固形物外壳被破坏，里面未反应的新鲜颗粒暴露出来继续参加反应。客观上起到了加快反应速度、干燥速度以及大幅度提高吸收剂利用率的作用。另外由于高浓度密相循环的形成，反应塔内传热、传质过程被强化，反应效率、反应速度都被大幅度提高。而且反应灰中含有大量未反应吸收剂，所以反应塔内实际钙硫比远远大于表观钙硫比。
在反应塔内设置有两级增湿活化装置。经过增湿活化后原来位于反应物产物层内部的Ca(OH)2 从颗粒内部向表面发生迁移，并形成亚微米级细粒，沉积在颗粒表面或与表层产物层相互夹杂。迁移还改变了当地的孔隙结构。这些综合效果使反应剂重新获得反应活性。
3.技术特点
循环悬浮式半干法烟气净化技术它是在锅炉尾部利用循环流化床技术进行烟气净化，脱除烟气中的大部分酸性气体、重金属、细颗粒，使烟气中的有害成分达到排放要求。该技术具有如下特点：
主要以锅炉飞灰和熟石灰作循环物料，反应塔内固体颗粒浓度均匀，循环强烈，气固混合、接触良好，气固间传热、传质十分理想。
在反应塔内喷入雾化液滴增湿，使循环物料生成一定大小带有一定量水分的颗粒，这样在反应塔中由于颗粒的水分蒸发与水分吸附、固体颗粒之间的强烈接触摩擦，造成反应塔中气、固、液三相之间极大的反应活性和反应表面积，可有效去除SO
2、HCl、二噁英与其它有害物质，达到理想的净化效果。
烟气中的固体颗粒经袋式除尘器收集，大部分被回送至反应塔，使未反应的熟石灰反复循环，延长在反应塔内停留时间，提高净化效率和脱除剂的利用率，降低运行成本。
4.结论
采用本技术尾气脱硫效率高，完全可以达到90%以上，出口烟尘排放浓度≤50mg/Nm3
，并且一次性投资小、脱硫除尘效率高、运行费用低、操作使用简单方便等优点。
参考文献：
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南技术》 2004
[2]北京博奇环保设计技术资料
[3]袁莉莉半干法烟气脱硫技术研究进展《山东化工》2009年第8期 19-22
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