CN109173687A - 一种脱除烟气中三氧化硫的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种脱除烟气中三氧化硫的方法，属于大气污染防治技术领域。本发明的特点是利用块状石灰、钠基吸收剂以及水为原料按照一定比例混合，在块状石灰与水混合过程中，生成微米级氢氧化钙颗粒，之后与钠基吸收剂混合后制备得到易于与三氧化硫反应的吸收剂浆液，并均匀分布于烟气中，脱除烟气中的三氧化硫。采用该方法，不仅可显著提高吸收剂对于三氧化硫的脱除效率，而且可有效降低燃煤锅炉应用中吸收剂加入对机组运行的不利影响。同现有脱除烟气三氧化硫方法相比较，本发明具备高效脱除的优点，同时还具有原料消耗费用低的优势，适于大规模应用。

Description

一种脱除烟气中三氧化硫的方法
技术领域
本发明涉及一种脱除烟气中三氧化硫的方法，属于大气污染防治技术领域。
背景技术
煤燃烧过程中，部分二氧化硫(SO2)会在炉内高温条件下以及选择性催化还原法(Selective Catalytic Reduction，SCR)系统内继续氧化生成三氧化硫(SO3)，这部分SO3不仅会造成环境污染，而且还影响SCR催化剂的催化效率，另外还可能会造成空气预热器堵塞以及尾部烟道的腐蚀。目前关于燃煤电厂SO3脱除，国内外研究机构主要集中在研究各种碱性吸收剂对于烟气中SO3的脱除效果以及对于机组运行的影响，其中包括NaHSO3、Mg(OH)2，CaCO3、Ca(OH)2、MgO以及天然碱等吸收剂；其中钠基吸收剂对烟气中SO3的脱除效果较好，但是在实际使用过程中存在吸收剂原料成本高以及钠基吸收剂可能导致SCR催化剂中毒的问题。镁基以及钙基吸收剂成本相比钠基较低，而且原料易得，但是其对烟气中SO3的脱除效果不如钠基吸收剂。目前尚无普遍认可的高效、经济性好的SO3吸收剂。
为提高吸收剂对燃煤烟气中SO3的脱除效率，一方面要增加吸收剂的使用量，另一方面也要考虑吸收剂与SO3的反应特性。吸收剂与SO3的反应是典型的气固反应，减小吸收剂粒径是增强吸收剂SO3脱除效果的有效措施。减少吸收剂粒径有利于增加吸收剂与SO3的反应面积，提高SO3的脱除效率。现有技术中使用的SO3吸收剂，多采用机械方法生产，吸收剂粒径较大，造成SO3脱除效率较低。由上可见，开发一种具有高效低成本的脱除烟气中SO3的方法具有重要意义。
发明内容
本发明的目的是针对现有燃煤电厂烟气中SO3影响电厂正常运行，而现有SO3脱除方法存在脱除效率低以及对电厂运行有不利影响的问题，提出一种经济可行的脱除烟气中三氧化硫的方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种脱除烟气中三氧化硫的方法，其特征在于该方法包括如下步骤：
1)将块状石灰与水混合，石灰与水的质量比为1:3～1:20，保持浆液静置使石灰与水充分反应，得到平均粒径为1～10μm的石灰浆液；
2)将钠基吸收剂与石灰浆液均匀混合，充分搅拌使钠基吸收剂完全溶解，得到钠基吸收剂与石灰浆液混合的吸收剂浆液；
3)将吸收剂浆液在150℃～950℃的烟气中雾化成平均粒径为50μm～2000μm的雾化液滴，使其与烟气充分混合并与三氧化硫发生反应，从而脱除三氧化硫。
优选地，钠基吸收剂中的有效成分与块状石灰的质量比例为1:1～1:10；所述的钠基吸收剂中的有效成分为氢氧化钠、碳酸氢钠、碳酸钠、亚硫酸氢钠和亚硫酸钠中的一种或几种材料混合物。
优选地，所述的块状石灰的平均粒径大于等于5mm。
本发明所述的块状石灰中CaO含量大于等于80％。
优选地，所述步骤1)中保持石灰浆液静置时间大于等于5分钟。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及突出性技术效果：①成本低：钠基吸收剂与石灰浆液混合使用，由于其使用量相比于单独使用钠基吸收剂用量较少，因此可以显著减轻钠基吸收剂引起的原料成本较高以及SCR催化剂中毒的问题。②SO3脱除效率高：采用本方法制备的SO3吸收剂浆液中，Ca(OH)2颗粒的粒径在1～10微米之间，在与烟气中SO3反应过程中，能够提供更多的反应表面，显著提高SO3的脱除效率。另外在本方法制备的SO3吸收剂浆液中，加入部分钠基吸收剂，钠基吸收剂对烟气中SO3的脱除效果好于钙基吸收剂，因此可以进一步增强吸收剂对SO3的脱除性能。③对机组运行影响小：本发明所提出的吸收剂浆液中水分蒸发后所形成的颗粒物直径多高于1微米，而现有单纯钠基吸收剂所产生的颗粒物尺寸多为亚微米颗粒，本发明可有效减小由于脱除SO3所带来的细颗粒物对运行与排放的影响。
总之本发明相比于现有脱除烟气中SO3的方法，具有原料成本较低、SO3脱除效率较高以及对电厂运行影响较小的优势，可用于从烟气中脱除SO3。
具体实施方式
本发明提供的一种脱除烟气中三氧化硫的方法，其具体包括如下步骤：
1)将块状石灰与水混合，石灰与水的质量比为1:3～1:20，保持浆液静置使石灰与水充分反应，静置时间大于等于5分钟，得到Ca(OH)2微粒平均粒径为1～10μm的石灰浆液；块状石灰中CaO含量应大于等于80％。
2)将钠基吸收剂与石灰浆液均匀混合，充分搅拌使钠基吸收剂完全溶解，得到钠基吸收剂与石灰混合的吸收剂浆液。钠基吸收剂中其有效成分可为氢氧化钠、碳酸氢钠、碳酸钠、亚硫酸氢钠和亚硫酸钠中的一种或几种材料混合物；钠基吸收剂有效成分与块状石灰的质量比例优选为1:1～1:10。
3)将吸收剂浆液在150℃～950℃的烟气中雾化成平均粒径为50μm～2000μm的雾化液滴，与烟气充分混合并与三氧化硫发生反应。
其脱除烟气中SO3的化学反应式如下(以NaHCO3为例)：
SO3+Ca(OH)2→CaSO4+H2O (1)
SO3+2NaHCO3→Na2SO4+2CO2+H2O (2)
本发明的原理如下：一方面，石灰与水反应生成氢氧化钙的过程中，放出大量的热，并且由于氢氧化钙的摩尔体积大于CaO，导致反应过程中生成微米级的氢氧化钙颗粒，增强了吸收剂与SO3之间的气固反应。另一方面，在石灰浆液中加入部分钠基吸收剂，由于钠基吸收剂对SO3有较强的吸收作用，因此可以进一步提高吸收剂的SO3吸收效率。由于钠基吸收剂使用量相比于单独使用钠基吸收剂用量较少，因此钠基吸收剂引起的原料成本较高以及SCR催化剂中毒的问题并不显著。另外钠基吸收剂的加入有利于降低飞灰比电阻，改善钙基吸收剂引起的燃煤机组静电除尘器效率下降的问题。当石灰与水的质量比小于1:3时，浆液中Ca(OH)2颗粒粒度在粘性力的作用下增加明显，且浆液的输运特性变差；同时在烟气中水分蒸发快，所形成的颗粒粒度较大，不利于实际吸收剂的分散，带来吸收剂利用率低的问题。当石灰与水的质量比大于1:20时，采用本发明方法的浆液输送设备功耗较高，存在技术经济性问题。
吸收剂浆液在实际应用过程中，由于烟气中SO3浓度较低，其扩散通量小，为在烟气停留时间较短的条件下提高其脱除效率，必须保证吸收剂加入后与SO3充分混合，以避免因为混合不均匀带来的SO3逃逸问题。同时，在烟气温度较高的情况下，吸收剂浆液存在快速的水分蒸发过程。如果喷入的浆液雾化液滴尺寸较小，受水分蒸发的影响，尺寸与质量快速减小，其惯性力也快速减小，造成雾化液滴很难在烟气中横向运动，由此很难均匀分布于烟气中。实际应用中，采用本发明制备出的吸收剂浆液，在烟气温度为150℃～950℃条件下，雾化液滴平均粒径应不小于50μm。当雾化液滴粒径大于2000μm后，会造成雾化液滴数目减小明显、吸收剂浆液在烟气中分布过于离散，影响其对SO3的脱除效果。
实际应用中，本发明制备出的吸收剂浆液应用温度为150℃～950℃。当烟气温度低于150℃时，吸收剂的反应活性减低，不利于对SO3的脱除。同时，较低的温度，也不利于雾化液滴水分的蒸发，带来液滴与壁面碰撞后，发生粘附的问题。当烟气温度高于950℃时，浆液蒸发速度过快，不利于雾化液滴与烟气的混合。
本发明所提出的吸收剂浆液中水分蒸发后所形成的颗粒物直径多高于1微米，而现有单纯钠基吸收剂所产生的颗粒物尺寸多为亚微米颗粒，本发明可有效减小由于脱除SO3所带来的细颗粒物对SCR催化剂沾污、空预器积灰的运行影响，以及对烟气中细颗粒物排放的影响。
下面举出具体的实施例来对本发明做进一步的说明。
将CaO含量为90％，平均粒径为30mm的块状生石灰与水按照质量比例为1:4或1:8制备得到石灰浆液，静置20分钟，利用马尔文粒度分析仪测量石灰浆液中石灰微粒的粒度。测量结果表明，石灰浆液中Ca(OH)2微粒的平均粒径为7μm，因此采用本发明制备的吸收剂浆液中吸收剂颗粒的平均粒径达到微米级，能够显著增强吸收剂颗粒与SO3之间的气固反应。将NaOH颗粒加入到石灰浆液中，NaOH与块状石灰质量比为1:2或1:4，采用搅拌方式均匀混合，使NaOH颗粒充分溶解并与石灰浆液混合均匀，得到的吸收剂浆液用于从烟气中脱除SO3。测定SO3脱除效率的实验过程是在床温600℃、烟气流速为3m/s、烟气停留时间为1s、雾化液滴为500微米的实验台上进行。作为比较所制备的吸收剂的SO3脱除效率的基础及依据，通过上述实验过程测量了石灰浆液的SO3脱除效率。由表1所示，采用本发明，在相同实验条件下SO3脱除效率明显高于石灰浆液。本发明开发了一种高效脱除烟气中SO3的方法。
表1 本发明吸收剂与石灰浆液在不同吸收剂加入量条件下的SO3脱除效率

Claims (6)

1.一种脱除烟气中三氧化硫的方法，其特征在于该方法包括如下步骤：
1)将块状石灰与水混合，石灰与水的质量比为1:3～1:20，保持浆液静置使石灰与水充分反应，得到平均粒径为1～10μm的石灰浆液；
2)将钠基吸收剂与石灰浆液均匀混合，充分搅拌使钠基吸收剂完全溶解，得到钠基吸收剂与石灰浆液混合的吸收剂浆液；
3)将吸收剂浆液在150℃～950℃的烟气中雾化成平均粒径为50μm～2000μm的雾化液滴，使其与烟气充分混合并与三氧化硫发生反应，从而脱除三氧化硫。
2.根据权利要求1所述的一种脱除烟气中三氧化硫的方法，其特征在于：钠基吸收剂中的有效成分与块状石灰的质量比例为1:1～1:10。
3.根据权利要求2所述的一种脱除烟气中三氧化硫的方法，其特征在于：所述的钠基吸收剂中的有效成分为氢氧化钠、碳酸氢钠、碳酸钠、亚硫酸氢钠和亚硫酸钠中的一种或几种材料混合物。
4.根据权利要求1、2或3所述的一种脱除烟气中三氧化硫的方法，其特征在于：所述的块状石灰的平均粒径大于等于5mm。
5.根据权利要求1、2或3所述的一种脱除烟气中三氧化硫的方法，其特征在于：所述的块状石灰中CaO的含量大于等于80％。
6.根据权利要求1、2或3所述的一种脱除烟气中三氧化硫的方法，其特征在于：所述步骤1)中保持石灰浆液静置时间大于等于5分钟。
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