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电石渣在密相塔脱硫中的应用 贾汉忠 宋存义 杜 立 任隽姝 李娜娜 北京科技大学土木与环境学院, 北京 100083 摘要 论述密相塔脱硫技术的原理和特点, 分析电石渣的理化特性, 研究含水率对电石渣脱硫性能的影响。通过对生 石灰与含水电石渣的配比实验得出, 在配比比例为 1∶ 1. 4 时复合物脱硫性能最好。 此时, 可将其应用于密相塔脱硫技 术中, 同时对密相塔工艺设备有一定的改进。 关键词 脱硫 电石渣 密相塔工艺 0 引言 电石渣是乙炔生产过程中排放的废弃物 ,主要在 建材等行业中有部分应用。 电石渣的主要成分是 Ca OH2,可将其应用于烟气脱硫中 [ 1-3] 。目前, 利用 电石渣等碱性工业废弃物进行烟气脱硫以湿法居多, 采用电石渣作为脱硫剂对于降低烟气脱硫运行成本, 以废治废 ,保护环境具有重要意义 。 密相塔烟气脱硫技术是北京科技大学针对我国 在烟气治理方面的基本情况研究开发的新技术,它较 其它的钙基半干法具有更好的脱硫效率和钙的利用 率,且已实现商业化应用 。 1 密相塔工艺介绍 [ 4-5] 1. 1 工艺原理 密相塔烟气脱硫工艺主要由烟气净化和脱硫剂 循环两个过程组成 除尘后的烟气经由输烟管道从脱硫塔的上部与 脱硫剂同向并行进入塔体, 在内构件的搅拌作用下, 烟气与脱硫剂均匀混合, 充分反应 。反应后的烟气由 脱硫塔底部夹带着大量颗粒物进入布袋除尘设备 ,除 尘后的干净烟气经动力风机排放到大气中。 除尘器收集到的循环灰与少量新灰由提升机提 升到塔顶加湿机内,加湿活化使含水量保持在 3～ 5,形成具有较好流动性的脱硫剂, 后经布料器布入 塔内 。与烟气反应后少部分脱硫剂落到塔底 ,大部分 随烟气进入除尘器内被分离下来作为循环灰继续 使用 。 在烟气净化过程中发生了如下反应 CaO H2OCa OH2 Ca OH2 SO2 H2OCaSO3 1 2H2O CaSO31 2H2O O2 H2OCaSO42H2O Ca OH2 SO3 H2OCaSO4 2H2O Ca OH2 CO2CaCO3 H2O Ca OH2 2HClCaCl2 2H2O 此工艺主要由脱硫塔、烟气系统 、除尘及除尘灰 循环系统、灰料循环系统 、 新料供料和成品料收集系 统、 监测系统,以及电气和控制系统组成 。 1. 2 工艺特点 密相塔脱硫技术结合了循环流化床和炉内喷钙 尾部增湿等 半 干法的优点, 排除了它们的不足之 处,是一种全新的脱硫技术。它具有如下特点 1脱硫效率高 ,系统对烟气污染负荷变化较大 的适应能力强。在设备正常运行下 ,脱硫效率能够保 持在 85 以上, 系统出口烟气的含硫量能够维持在 150 mg m 3以下 , 且烟气入口含硫量的较大幅度变化 对出口烟气的含硫量影响不大 。 2该技术为钙基干法烟气脱硫技术, 所用脱硫 剂廉价、易得 , 副产物为干态的 CaSO4、CaSO3、CaCO3 和CaO 的混合物, 易于处理和再利用。系统具有占 地小、投资少、 运行费用低、安全可靠、无废水排放等 干法脱硫所具有的共同特点。 3系统采用脱硫剂循环利用的方法, 使除尘器 脱下的循环灰与新灰均匀混合 ,经加湿机加湿活化后 布入塔内与烟气反应 。脱硫剂循环系统很好的解决 了钙基干法脱硫技术中钙利用率低的问题,且使副产 物的处理量大幅度减少。 4脱硫剂在进塔前先增湿活化, 使 CaO 转化为 更易于与 SO2发生反应的 Ca OH 2, 提高脱硫效率。 含湿量为 3～ 5的脱硫剂亦具有较好的流动性, 系统不易发生板结、堵塞和腐蚀等湿法和部分半干法 常出现的问题。 68 环 境 工 程 2008年 2 月第26 卷第1 期 5脱硫塔内安装了重要的内构件 搅拌轴, 它能很好地加强烟气与脱硫剂的混合和系统湍流烈 度,强化传质、 传热 ,提高反应速率; 而且能延长脱硫 剂的反应停留时间 。搅拌设备会使脱硫剂颗粒之间 剧烈碰撞 、 摩擦 ,剥去表面的反应产物, 不断地暴露出 新的表面, 使内部的 CaO 得到充分的反应 ,可使脱硫 效率和脱硫剂的利用率得到充分提高。 6塔内安装有控制塔体温度的喷水设备 ,当来 流烟气温度过高时 超过 120 ℃ , 打开喷嘴 ,向塔体 喷水; 在北方的冬季 , 烟气温度低于80 ℃时, 向系统 喷入水蒸汽, 来提高塔体温度。在近绝热饱和温度 时,脱硫反应更易于进行 ,所以降温设备还能起到提 高脱硫效率的功能 。喷水设备能同时提高塔体含湿 量,亦对脱硫反应有很大的促进作用。 2 电石渣理化性质分析 电石渣是电石 CaC2 加水生成乙炔气体 C2H2 后遗留下来的工业废渣, 其化学反应式如下 CaC2 H2OCa OH2 C2H2 生产过程中产生的电石渣呈浆状, 经沉淀脱水和 自然风干后,电石渣含水率保持在 30～ 40,此过 程与当地气候条件有较大关系。部分企业通过脱水 工艺可将水分进一步降低 ,方便其运输和利用 。 本次实验所用电石渣采自北京市丰台区某大型 化工企业的自然堆放场。电石渣物理性能见表 1。 表 1 电石渣物理性能分析 项目数据分析 含水量32 CaO 含量61 . 74 比表面积 45 . 2 m2 g 粒径分布5后 ,脱硫性能 开始下降 , 但变化幅度相对较小 。从图 2 还可以发 现,在同等的条件下 , 电石渣脱硫性能略低于工业用 消石灰,且随含水率的增加, 两者的差距在缩小。由 此可知 ,将含水量为 3～ 5的电石渣在密相塔脱 硫工艺中使用是可行的 。它既能保证较高的脱硫效 果,又能使系统稳定 、 可靠的运行。 3. 2 电石渣与石灰配比脱硫实验研究 经自然堆放后, 电石渣的水分含量可降至30～ 40,为使其进一步下降到 5以下 , 需采取加热或 真空抽滤等方式 ,但这一过程将会带来较高的投资和 运行费用。CaO 是密相塔技术常用脱硫剂, 它遇水能 够发生强烈的反应, 转化为 Ca OH2, 同时放出大量 的热量。将含水电石渣与生石灰混合匀化,可使其含 水量降低, 同时生石灰得到有效消化 。本实验所用电 石渣 含 水 率为 32, 每 100g 电 石渣 中 含 水 约 69 环 境 工 程 2008年 2 月第26 卷第1 期 1. 78 mol ,在不考虑热量带走的水分时 ,需相同摩尔数 的CaO 约 100 g 与之反应, 转化为不含水的均化产 物。 故选取含水电石渣与生石灰的最小质量配比数为 1∶ 1 。 同时选取生石灰与含水电石渣质量配比数分别 为1∶ 1. 2、 1∶ 1. 4、 1∶ 1. 6、 1∶ 1. 8、 1∶ 2. 0。 图 3 为产物含水 率和脱硫持续时间在不同配比下的变化曲线 。 图 3 不同配比下混合物含水率和脱硫持续时间的关系 由图 3 可以看出 , 生石灰与电石渣配比比例为 1∶ 1和 1∶ 1. 2 时, 混合产物中含水量为 0, 此时 ,电石渣 中的水分被 CaO 吸收转化为 Ca OH2。随着电石渣 含量的增加,配比后脱硫剂的含水率在不断增大。在 各配比下, 实际含水率要低于理论值, 这是因为 CaO 与H2O 反应过程中放出的热量带走了部分水分。且 在此放热反应中 ,剧烈的反应过程使电石渣与生石灰 得到了很好的混合和均化 ,形成流动性较好的产物 。 由图 3 同样可以看出, 随着电石渣配比比例的增 加,混合产物脱硫持续时间呈先增大后减小的趋势, 生石灰与含水电石渣配比比例为 1∶ 1. 4 的混合产物 脱硫持续时间最长。比例为 1∶ 1. 2 的次之 ,且稍高于 1∶ 1 配比。配比比例为 1∶ 1. 6、 1∶ 1. 8、 1∶ 2. 0 的脱硫剂 脱硫持续时间低于前 3 者 , 且依次递减。生石灰 电 石渣复合脱硫剂的脱硫效率由多个因数决定 ,如配比 前原料的理化性能, 配比过程中的两种物质的混合均 匀程度及产物的含水率、流动性等物理性质的差异。 配比比例为1∶ 1、 1∶ 1. 2、 1∶ 1. 4 的3 种脱硫剂原料中生 石灰比例较大, 在混合过程中反应剧烈 , 匀化程度较 高,得到的产物流动性也较好, 有利于脱硫过程的进 行。此外,1∶ 1. 4 配比的混合产物相比前两者含有多 余水分,半干法脱硫剂中水分的存在大大加速了反应 的进行 [ 6] 。但水分过大会使脱硫剂易于黏结, 流动性 变差, 密相塔脱硫技术中脱硫剂含水率保持在 3～ 5之间 。配比比例为 1∶ 1 的复合脱硫剂由于在混合 匀化过程中热量带走了一部分水分, 使 CaO 的转化 率低于理论值, 产物中存在未反应的 CaO, 而 1∶ 1. 2 的配比比例下更多的 CaO 转化为 Ca OH 2, 所以后者 的持续脱硫时间略高于前者。而后 3 种复合脱硫剂 的脱硫性能之所以会随着电石渣配比比例的增加而 有所减小, 是因为生石灰含量降低, 产物没有得到很 好的匀化, 同时 ,含水率较大的脱硫剂在反应过程中 容易结块, 反应不够充分 ,Ca 的利用率较低 。由此可 知,在密相塔工艺中 , 生石灰与电石渣配比比例选择 1∶ 1. 4～ 1∶ 1. 5 较为适合 , 此时既能保证 3～ 5的 含水率,又有较好的脱硫效果 ,同时 ,可降低原工艺中 加湿机的消化负荷, 可以避免因加水量不易控制而引 起的加湿机内部“板结” 、 “堵塞”事故的发生。 4 结论 1密相塔脱硫技术是一新兴半干法脱硫技术, 它具投资小 、 脱硫效果好等特点。 2从物理特性上分析, 电石渣具有较大的比表 面积和较高的 Ca 含量,符合烟气脱硫剂的基本要求。 3粉状电石渣含水率对其脱硫特性有较大影 响,在含水率为 3～ 5 时, 脱硫效果最好, 且与工 业用消石灰较为接近 。此时, 可应用于密相塔烟气脱 硫中 。 4生石灰与自然堆放的电石渣按 1∶ 1. 4 ～ 1∶ 1. 5配比后可形成含水率为略高于 3的复合脱硫 剂,具有很好的脱硫效果和流动性, 将其应用于密相 塔脱硫技术中后可将加湿消化设备更换为简单的均 化设备,减少了投资费用 ,提高了系统的稳定性。 参考文献 [ 1] 史红.电石渣干粉在电厂烟气脱硫工艺中的应用. 能源工程, 2003 5 42 -45 [ 2] 朱青青. 电石渣在电厂烟气脱硫工艺中的应用 [ 学位论文] . 兰 州 兰州理工大学, 2006 [ 3] 赵旭东, 项光明, 马春元, 等. 电石渣在循环流化床烟气脱硫中 的应用. 化学工程, 2006, 34 9 59 -62 [ 4] 郝继锋. 钢铁厂烧结烟气脱硫技术的探讨. 太原理工大学学报, 2005, 36 4 491 -494 [ 5] 郝继锋, 宋存义. 密相塔烟气脱硫技术试验研究. 环境污染治理 技术与设备, 2006, 7 11 103 -105 [ 6] Ruhland F, Kind R, Weiss S. The kinetics of the absorption of sultur dioxide in calcium hydroxide suspension. Chem Eng Sci, 1991, 46 4 939 -947 作者通信处 贾汉忠 100083 北京市 北京科技大学土木与环境 学院 396 号信箱 E -mail jiahz0143yahoo . com. cn 2007- 07-18 收稿 70 环 境 工 程 2008年 2 月第26 卷第1 期 plantwas done, which will give references for sludge processing and the reasonable comprehensive utilization. Keywords sewage treatment, sludge, resource utilization and compost EXPERIMENTSTUDYONCOMPREHENSIVEUTILIZATIONOFFLYASHAND DESULPHOGYPSUM IN THERMAL POWER PLANTS Wang Fangqun Yuan Yongtao DuYungui et al 64 Abstract The solidifying reaction being cured in the air between fly ash and desulphogypsum, two major solid wastes in coal-fired power plants, have been investigated. The results indicate that optimum reaction mass ratio of fly ash and desulphogypsum is 3∶ 2. Small quantities of exciting agents contribute to increase strength of cementitious materials.Sodium sulfate of 1 is optimum as sulfate excitant, lime of 1 is suitable as alkaline additive, hydrochloric acid of 1increases effectively strength of material. Besides, carbon content and grainsize of fly ash have a remarkable influence on the strength. This material hasgood bonding characteristic taking flyash and desulphogypsum as raw materials and industrial residues as the additives, and can be widely applied to field such as landfill and paving way . Keywords desulphogypsum, fly ash, solidification material, curing -in -air and excitant STUDY ON USING CARBIDE SLAG AS ABSORBENT INDENSE FLOW ABSORBER FLUE GAS DESULPHURIZATION SYSTEMJia Hanzhong Song Cunyi Du Li et al 68 Abstract The article has discussed the principle and characteristic of dense flow absorber desulphurization technology , has analysed the physicochemical characteristics of carbide slag, has studied an impact of water ratio on carbide slag desulphurization function. Hydrated carbide slag and lime had being mixed, under the mixture ratio of 1∶ 1. 4, the product has the best desulphurization perance, the mixture can also apply to flow absorber flue gas desulphurization technology , at the same time, the equipment of which has certain improvement. Keywords desulphurization, carbide slag and dense flow absorber technology THE INFLUENCE OF SAMPLE SOLUTION S pH ON DETERMINATION OF AMMONIA NITROGEN THROUGH NESSLER S REAGENT PHOTOMETRY Pan Benfeng Han Runping Lu Xuesheng et al 71 Abstract The sample solution s pH affects greatly the absorbance and determination result, when determining ammonia nitrogen by Nessler s reagent photometry . In a certain condition, the absorbance increases with the pH, but when the pH exceeds 12. 59, the absorbance tends to stability. Therefore, it is necessary to adjust the pH of sample s solution and let pH be over 12. 59. So the results of determination are accurate. Keywords ammonia nitrogen, Nessler s reagent, pH and absorbance DETERMINATION OF MANGANESE IN WATER FROM THE FUYANG RIVER Zhou Jihong Lian Yanjun ZhaoJunguang 74 Abstract Spectrophotometry, which colored by mixing CAS, PHEN, CTMAB and manganese, was adopted to determine manganese in water from the Fuyang River.The detected limit of this was 0. 002 mg L, the mark -on recovery ranged from 85. 0 to 96. 0 and relative standard deviation was 1. 7, in addition, some advices of instrument and monitoring were posed in this paper. Keywords spectrophotometry , water analysis and manganese AN ENVIRONMENTAL IMPACT ASSESSMENT MODEL BASED ON MATERIAL AND ENERGY FLOWSWang Jingfang Wang Lu 75 Abstract On the basis of analyzing LCA, combining the management thought of material and energy flows, an environmental impact assessment model was introduced. And relative indices in the modelwere explained subsequently . The indices are used as a basis for determining an integrated index for overall environmental assessment of products and cleaner production technologies.Which can be employed to uate environmental nuisance of implemented, modernized and modified products plans and technological processes easily and objectively . Keywords material flows, energy flows, environmental impact assessment and environmental impact index ENVIRONMENTAL RISKASSESSMENTON SYNTHETICAMMONIA-UREAPRODUCING PROJECTYue Bobo Ma Junjie Wang Boduo et al 78 Abstract The environmental risk assessment is an important content of environmental impact assessment for chemical industry project. Taking synthetic ammonia -urea production as an example, this paper identifies environmental risk and analyses source items according to procedures and s of technical guidelines for environmental risk assessment on projects, and points out that liquid ammonia tank exploding, tank leaking or valve rupture, medium pressure ammonia tank exploding and leaking are critical risk accidents, meanwhile, more puff model is applied to analyse risk influences and calculate the environmental risk value on the most critical risk accidents of liquid ammonia tank exploding and leaking . The results show that environmental risk value is far more below the statistics according to the references, at last it is proposed that precautionmeasures and emergency program for accidents. Keywords chemical industry, accident, environmental risk assessment and risk value THE APPLICATION AND THE FUTURE OF THE LIFE CYCLE ASSESSMENT IN THE STEEL INDUSTRYLiu Yinghao Sha Gaoyuan Huang Zhijia et al 81 Abstract After introducing the eco -product, the paper brings in the life cycle assessment s keystone and connotation. The application of 5 ENVIRONMENTAL ENGINEERING Vol. 26, No. 1,Feb. , 2008