CN112973403A - 白泥脱硫的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种白泥脱硫的方法，使用白泥作为脱硫剂进行双塔脱硫有两种方式：预处理塔和吸收塔都采用白泥，或者预处理塔采用白泥脱除20％‑30％SO2、吸收塔继续使用石灰石脱除剩余SO2；在白泥脱硫过程中应用多种监测指标进行控制，监测内容包括白泥浆液密度与所含固体颗粒粒径；石膏浆液总溶解固体质量浓度与密度。本发明充分利用现有双塔主体结构，保证脱硫效率和石膏品质，同时实现脱硫废水零排放，而且降低运行成本。
Description
技术领域
本发明属于烟气脱硫技术领域，具体涉及白泥脱硫的方法，运用两个工段分工分步骤脱硫的工艺。
背景技术
随着国家对环境的重视和环保政策的日益严格，火电厂污染物排放标准也越来越高。在脱硫方面，我国绝大多数电厂采用的是湿式石灰石-石膏法烟气脱硫，其中部分电厂为了提高脱硫效率所选取的技术方案为双塔串联。与此同时，随着生态文明建设的加强，传统脱硫剂石灰石的应用环境较使用初期已有较大改变，继续大规模应用不仅增大了企业脱硫成本而且石灰石的过度开采势必会带来严峻的生态环境问题。面临着经济和环境双重压力，继续采用石灰石作为脱硫剂已显弊端。因此寻找一种适合的当地条件的电厂脱硫方法迫在眉睫。
为实现“超低排放”，脱硫系统进行了技术优化，通过优化流场、单塔双循环、双塔串联等方式来实现SO2排放量的进一步下降。其中，石灰石石膏法双塔串联是提升脱硫效率最为直接的方式，能够在湿法脱硫的条件下高标准的实现“超低排放”。湿法脱硫一个较大的技术缺陷是采用石灰石脱硫，而石灰石开采过程中对环境产生很大的破坏，从而使该技术的环境友好性大打折扣。
据统计，我国纸张的生产量和使用量都处于世界前列，在造纸厂纸浆的生产过程中会产生大量废弃物白泥。目前对于白泥的处理方式为少部分白泥混入燃煤被用于干法脱硫，绝大多数白泥还没有得到有效的工业利用，直接将其堆放填埋或者直接放置于环境之中，由于其具有较高碱性会对土壤造成污染，其渗透液还会污染地下水，因此急需一种经济有效且环境友好的方式处置造纸白泥。
将造纸固废白泥应用于脱硫系统，既避免了白泥的对环境的污染，又节省了石灰石原料降低了脱硫成本，达到了“以废治废”的目的，使白泥变废为宝。但是在将白泥直接用与脱硫过程中时，由于白泥所含杂质较多、盐含量高，所以使用白泥脱硫需要进行预处理，将现有石灰石石膏法双塔脱硫系统改造为白泥法双塔脱硫系统能够在保证排放物达到排放要求的基础上充分利用双塔的结构布置，利用前置塔进行白泥预处理。
公开号为CN 105214471 A的中国发明专利申请公开一种白泥-石灰石法烟气湿法脱硫方法。该发明提供了一种白泥-石灰石法烟气湿法脱硫方法，白泥-石灰石混合后，将待处理的烟气送入吸收塔进行湿法脱硫，得到处理后的烟气和石膏浆液，对烟气进行脱硫处理。该发明工艺简单，采用白泥和石灰石为脱硫剂，可以降低脱硫成本，并能达到很好的脱硫效果，同时对白泥和SO2取得双向治理的效果。但该方法并未考虑到白泥中杂质对脱硫系统的影响，未对其进行适当预处理，会对脱硫系统健康运行造成影响。
公开号为CN 109939554 A的中国发明专利申请公开了一种白泥脱硫系统及其脱硫方法，其主要结构包括：主塔和副塔，主塔和副塔由侧壁分隔开；主塔作为净段，副塔作为盐段；净段为主脱硫区，经烟气高温蒸发浓缩的浆液由溢流口进入盐段，盐段再次对浆液进行蒸发浓缩可使浓缩倍率达5-10倍。盐段未反应的烟气同蒸发出的水蒸气经溢流口上部的烟气流通口进入盐段进行脱硫反应，水蒸气冷凝进入浆液室中从而使净段浆液含盐量更低；最后对盐段的高盐废水集中处理。但该方法结构紧凑，在使用过程中对运行控制要求高，存在维护困难等不足。
综上所述，提供一种工艺简单、经济实用、可推广度高的利用白泥/石灰石分级脱硫的系统具有十分重要的意义。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种白泥脱硫的方法，实现在现有双塔结构的基础进行改造后，将脱硫剂部分或完全替换为白泥，以更低成本与环保的方式实现脱硫。
为实现上述目标，本发明采取的实施方案是：
白泥脱硫的方法，使用白泥作为脱硫剂进行双塔脱硫有两种方式：预处理塔和吸收塔都采用白泥，或者预处理塔采用白泥脱除20％-30％SO2、吸收塔继续使用石灰石脱除剩余SO2；在白泥脱硫过程中应用多种监测指标进行控制，监测内容包括白泥浆液密度与所含固体颗粒粒径；石膏浆液总溶解固体质量浓度与密度。
具体包括以下步骤：
(1)完全使用白泥作为脱硫剂，或部分使用白泥作为脱硫剂；
(2)在完全使用白泥作为脱硫剂的情况下，对白泥浆液进行分级处理后再按白泥品质和双塔需要处理SO2比例分配至预处理塔和吸收塔；
在部分使用白泥作为脱硫剂的情况下，对预处理塔石膏浆液与吸收塔石膏浆液设置配套皮带机及运输系统，进行石膏分类利用；
(3)吸收塔脱硫废水全部进入预处理塔进行处理；
(4)连续监测浆液中总溶解固体质量浓度；
(5)脱硫废水零排放通过污泥的填埋或预处理塔产生的低品质石膏的排放实现。
步骤(2)中的完全使用白泥时需要对白泥进行分级处理，控制白泥浆液分级方式为：
使用旋流器对白泥进行分级处理，其中，一级白泥浆液粒径分布在10-80μm，其密度控制在1200-1250kg/m3，二级白泥浆液粒径分布在80-200μm，其密度控制在1250-1350kg/m3。
其中，步骤(4)中的浆液固体质量分数＝(浆液密度+总溶解固体质量浓度-30)×0.1444-142.82，通过控制浆液密度保证在排出浆液时浆液固体质量分数大于20％。
进一步的，在使用全白泥脱硫时，预处理塔产生的酸性液体用于白泥的制浆，调节白泥浆液pH在7-8，中和部分白泥碱度。
本发明设置两步脱硫，分别为预处理，达标吸收；烟气先通过氧化系统较简单的预处理塔再流入氧化系统完善的吸收塔。从烟气通过除尘器处理之后进入预处理塔，吸收塔处理经过预处理塔之后的烟气，烟气在经过除雾器之后进入吸收塔，实现达标排放。
本发明将白泥分级处理，白泥分级旋流器将80％一级白泥浆液打入吸收塔，将20％二级白泥浆液打入预处理塔。
本发明，包括以下过程：燃煤电厂锅炉所产生烟气在经过SCR、电除尘器处理之后首先进入预处理工段，烟气进入预处理塔与自上而下喷淋的浓缩塔浆液接触，所喷淋的循环浆液pH为2.5-3.5左右，处理烟气中20％左右的SO2和其他粉尘等杂质，实现初步污染物去除任务；同时能够对烟气进行降温，通过利用烟气所携带的热量实现浓缩塔内循环浆液的浓缩减量，烟气所携带的热量将浓缩塔内循环浆液中的水分蒸发，使得循环浆液中所含有的离子浓度增大、盐分结晶析出，浓缩塔内循环浆液水分的蒸发能够实现脱硫废水的消耗，将污染物从液态转移到固态。
烟气在经过预处理塔处理后需要先经过塔间除雾器，此除雾器目的为避免由于预处理塔内浆液所含离子浓度高，蒸发水汽所携带盐分进入吸收塔影响吸收塔工作状况。
经过塔间除雾器处理之后的烟气开始达标吸收工段的处理，从吸收塔中上部，在烟气自下往上的运动过程中与设置于吸收塔上部喷淋装置向下喷淋的循环浆液进行逆向接触，将烟气中剩余70％左右的SO2和粉尘等其他杂质的吸收与进一步降温，烟气中的SO2等污染物被循环浆液吸收进入液相，塔内pH控制在4.5-5.5提高氧化效率，其中主要污染物SO2与循环浆液中的溶解的CaCO3反应生成CaSO4，以脱硫副产物石膏的形式排出吸收塔。烟气在经过吸收塔顶部两层除雾器处理之后离开吸收塔。
预处理工段生成的包括结晶盐和其他不溶物的固体废物通过预处理塔排污管道运输至压滤机，压滤机压滤之后产物为含水较少的固体废物和pH在2.5-3.5的滤液。将其中所含滤液通过滤液管道运输至白泥浆液箱，用于白泥制浆，利用剩余酸性中和白泥碱性；固体废物通过填埋的方式处理、低品质石膏排出。
白泥在送至燃煤电厂之后，先制备白泥浆液，在使用滤液进行制浆的条件下中和部分白泥碱性，白泥在预处理塔内参与脱硫反应后以固废或低品质石膏形式排出。
预处理工段与达标吸收工段分工明确，前者主要功能为起到初步脱硫作用的同时将脱硫系统中的多余的离子与杂质排出，同时降低烟气温度提高脱硫效率。达标吸收工段则为主要烟气SO2吸收结构，通过浓缩塔对烟气的净化与白泥浆液分级旋流器对白泥浆液进行分级、产出低品质石膏，保证吸收塔的高指标运行，提高吸收塔生成石膏品质，吸收塔生成石膏通过石膏排出管道至石膏旋流器，旋流器处理后的石膏再经过石膏脱水皮带脱水，最后运输至石膏建材公司。经过石膏旋流器与石膏脱水皮带处理得到水分输送至白泥浆液箱制浆。
本发明提供的一种白泥脱硫的方法，充分利用双塔结构优势，预处理塔起到初步脱硫、净化烟气与集中排放脱硫系统中高浓度离子与杂质。将系统污染物集中处理，最后以固态形式排出，实现在利用双塔结构保证脱硫效率的同时通过脱硫剂的替换降低运行成本；预处理塔、白泥分级旋流器的设置对吸收塔进塔烟气和白泥浆液都进行了预处理，减少了进入吸收塔的杂质含量，能够提升石膏品质。
采用上述技术方案，本发明的有益效果为：
本发明提出了白泥脱硫的方法，采用分段脱硫设计，能够在不改变现有双塔结构的条件下，通过调整双塔氧化状况实现石灰石石膏法脱硫改变为白泥脱硫，在保证吸收塔高指标运行的情况下解决白泥脱硫杂质含量高的不足，白泥所含的高盐分通过浓缩结晶方式以固态形式处理，降低处理难度；最后通过浓缩塔排浆经过压滤之后将其中所含pH为2.5-3.5的滤液通过压滤液管道或真空皮带滤液管道运输至白泥浆液箱，利用滤液的酸性中和白泥自身的高碱性，提高白泥解离效率，同时利用白泥自身的碱性降低CaCO3碱度的消耗；固体废物通过填埋的方式处理，通过控制进入吸收塔杂质的量保证吸收塔生成石膏品质得到提高。本发明效果显著，结构简单，投资及运行成本低，可为企业带来显著经济效益，并具有良好的环境与社会效益。
附图说明
图1为本发明的完全白泥脱硫工艺流程框架图。
图2为本发明的部分白泥脱硫工艺流程框架图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。本发明适用于完全白泥脱硫和部分白泥脱硫。
如图1，完全白泥脱硫工艺流程框架图，包括两个主要工段，预处理工段，达标吸收工段。两工段分工明确，承担不同脱硫任务。包括以下步骤：
步骤1，预处理与达标吸收两工段内需要提供不同品质的白泥浆液，在用于吸收脱硫剂白泥分级处理，白泥分级旋流器将80％一级白泥浆液打入吸收塔，其粒径分布在10-80μm，其密度控制在1200-1250kg/m3，将20％二级白泥浆液打入预处理塔，其粒径分布在80-200μm，其密度控制在1250-1350kg/m3。
步骤2，燃煤电厂锅炉所产生烟气在经过SCR、电除尘器处理之后首先进入预处理塔，烟气进入预处理塔与自上而下喷淋的预处理塔浆液同向接触，所喷淋的循环浆液pH为2.5-3.5左右，吸收烟气中20％左右的SO2和其他粉尘等杂质，实现初步污染物去除任务。同时能够对烟气进行降温，通过利用烟气所携带的热量实现塔内循环浆液的浓缩减量，烟气所携带的热量将预处理塔内循环浆液中的水分蒸发，使得循环浆液中所含有的离子浓度增大、盐分结晶析出，预处理塔内循环浆液水分的蒸发能够实现脱硫废水的消耗，将污染物从液态转移到固态。
步骤3，预处工段产生的的包括结晶盐和其他不溶物的固体废物运输至压滤机，压滤机压滤之后产物为含水较少的固体废物和pH在2.5-3.5的滤液。将其中所含滤液用于白泥制浆，利用剩余酸性中和白泥碱性；固体废物通过填埋的方式处理、低品质石膏排出。
步骤4，烟气经过预处工段之后的烟气在经过除雾器净化，除去蒸发水汽所携带盐分之后进入吸收塔，在烟气自下往上的运动过程中与设置于吸收塔上部喷淋装置向下喷淋的循环浆液进行逆向接触，将烟气中剩余70％左右的SO2和粉尘等其他杂质的吸收与进一步降温，烟气中的SO2等污染物被循环浆液吸收进入液相，塔内pH控制在4.5-5.5提高氧化效率，其中主要污染物SO2与循环浆液中的溶解的CaCO3反应生成CaSO4，以脱硫副产物石膏的形式排出吸收塔。烟气在经过吸收塔顶部两层除雾器处理之后离开吸收塔。在达标吸收工段使用2-3台氧化风机进行强制氧化，实现SO2达标排放，同时产生质量较高副产品石膏，其杂质质量分数控制在3％以内。
步骤5，达标吸收工段内吸收塔生成石膏通过石膏排出管道至石膏旋流器，旋流器处理后的石膏再经过石膏脱水皮带脱水，最后运输至石膏建材公司。经过石膏旋流器与石膏脱水皮带处理得到水分输送至白泥浆液箱制浆。
使用总溶解性固体质量分数在线测量装置对吸收塔内脱硫浆液品质进行控制，预处理工段脱硫浆液品质较差，达标吸收工段脱硫浆液品质要求高，需将预处理工段总溶解性固体含量控制在100g/L以内，将达标吸收工段纵容鞋型固体质量浓度控制在40g/L以内。在脱硫塔内总溶解性固体超标时，可通过排浆，添加补给水，调整进入脱硫塔内白泥质量的方式降低总溶解性固体质量浓度。
使用总溶解性固体质量分数在线测量装置与密度测量装置对吸收塔内石膏品质进行控制，连续监测浆液中总溶解固体质量浓度。需要根据经验公式：
浆液固体质量分数＝(浆液密度+总溶解固体质量浓度-30)×0.1444-142.82；
通过控制浆液密度保证在排出浆液时浆液固体质量分数大于20％，保证石膏晶种成长完全，易于脱水。
如图2，部分白泥脱硫工艺流程框架图，包括两个主要工段，预处理工段，达标吸收工段。两工段分工明确，承担不同脱硫任务。包括以下步骤：
步骤1，预处理与达标吸收两工段内需要提供不同的脱硫剂，在预处理工段使用品质较差的白泥制浆，占总脱硫剂30％，打入预处理塔；在达标吸收工段使用石灰石粉进行制浆，占总脱硫剂70％，打入吸收塔进行脱硫，两者密度均控制在1300kg/m3左右。
步骤2，燃煤电厂锅炉所产生烟气在经过SCR、电除尘器处理之后首先进入预处理工段，烟气进入预处理塔与自上而下喷淋的浓缩塔浆液接触，所喷淋的循环浆液pH为4.0-4.5左右，吸收烟气中30％左右的SO2和其他粉尘等杂质，实现初步污染物去除任务。同时能够对烟气进行降温，通过利用烟气所携带的热量实现塔内循环浆液的浓缩减量，烟气所携带的热量将浓缩塔内循环浆液中的水分蒸发，使得循环浆液中所含有的离子浓度增大、盐分结晶析出，浓缩塔内循环浆液水分的蒸发能够实现脱硫废水的消耗，将污染物从液态转移到固态。预处理工段安装两台氧化风机，两用一备，保证所吸收二氧化硫能够被完全氧化。
步骤3，预处工段产生的的包括含杂质较多低品质石膏经过脱水，运输至石膏厂作为低品质原料使用，压滤液进入白泥制浆系统进行重复利用。
步骤4，烟气经过预处理工段之后的烟气进入达标吸收工段的吸收塔，烟气自下往上的运动过程中与设置于吸收塔上部喷淋装置向下喷淋的循环浆液进行逆向接触，将烟气中剩余70％左右的SO2和粉尘等其他杂质的吸收与进一步降温，烟气中的SO2等污染物被循环浆液吸收进入液相，塔内pH控制在4.5-5.5提高氧化效率，其中主要污染物SO2与循环浆液中的溶解的CaCO3反应生成CaSO4，以脱硫副产物石膏的形式排出吸收塔。烟气在经过吸收塔顶部两层除雾器处理之后离开吸收塔。在达标吸收工段使用三台氧化风机，三用一备，进行强制氧化，实现SO2达标排放。
步骤5，达标吸收工段产生质量较高副产品石膏，其杂质质量分数控制在3％以内，含水率可控制在10％以内的优级石膏，运输至石膏建材公司。石膏脱水处理得到水分输送至石灰石制浆系统进行重复利用。
使用总溶解性固体质量分数在线测量装置对吸收塔内脱硫浆液品质进行控制，预处理工段脱硫浆液品质较差，达标吸收工段脱硫浆液品质要求高，需将预处理工段总溶解性固体质量浓度控制在90g/L以内，将达标吸收工段总固体质量浓度控制在40g/L以内。在脱硫塔内总溶解性固体超标时，可通过排浆，添加补给水，调整进入脱硫塔内白泥质量的方式降低总溶解性固体质量浓度。
使用总溶解性固体质量分数在线测量装置与密度测量装置对吸收塔内石膏品质进行控制，连续监测浆液中总溶解固体质量浓度。需要根据经验公式：
浆液固体质量分数＝(浆液密度+总溶解固体质量浓度-30)×0.1444-142.82；
通过控制浆液密度保证在排出浆液时浆液固体质量分数大于20％，保证石膏晶种成长完全，易于脱水。
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明：
实施例1
一种完全使用白泥脱硫的方法，包括以下步骤，在1h的时间跨度内，330MW机组，负荷80％时，预处理工段内原烟气体积流量1000000m3/h，其SO2质量浓度1500mg/m3，同时添加0.3t白泥制备白泥浆液通入预处理塔内，SO2质量浓度缩减至1300mg/m3左右，控制预处理塔内pH在2.5-2.6间波动，总溶解性固体在75g/L以内，期间浆液循环氧化产生固体废弃物包括石膏约0.5t；烟气通过除雾器后进入达标吸收工段，添加1.5t制备白泥浆液通入吸收塔内，使用氧化风机进行强制氧化，控制吸收塔内pH在5.3-5.4间波动，总溶解性固体在25g/L以内，烟气SO2浓度缩减至30mg/m3左右，满足排放标准，同时产生约3.5t优级石膏。
实施例2
一种部分使用白泥脱硫的方法，包括以下步骤，在1h的时间跨度内，330MW机组，负荷80％时，预处理工段内原烟气体积流量1000000m3/h，其SO2质量浓度1500mg/m3，同时添加0.8t制备白泥浆液通入预处理塔内，使用氧化风机进行强制氧化，SO2质量浓度缩减至1000mg/m3左右，控制预处理塔内pH在4.2-4.4间波动，总溶解性固体在80g/L以内，满足预处理要求，期间浆液循环强制氧化产生低级石膏约1.3t；烟气通过除雾器后进入达标吸收工段，添加2.5t石灰石粉末制备石灰石浆液通入吸收塔内，使用氧化风机进行强制氧化，控制吸收塔内pH在5.3-5.4间波动，溶解性固体在20g/L以内，烟气浓度缩减至20mg/m3左右，满足排放标准，同时产生约2.5t优级石膏。
Claims (5)
1.白泥脱硫的方法，其特征在于，使用白泥作为脱硫剂进行双塔脱硫有两种方式：预处理塔和吸收塔都采用白泥，或者预处理塔采用白泥脱除20％-30％SO2、吸收塔继续使用石灰石脱除剩余SO2；在白泥脱硫过程中应用多种监测指标进行控制，监测内容包括白泥浆液密度与所含固体颗粒粒径；石膏浆液总溶解固体质量浓度与密度。
2.根据权利要求1所述的白泥脱硫的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)完全使用白泥作为脱硫剂，或部分使用白泥作为脱硫剂；
(2)在完全使用白泥作为脱硫剂的情况下，对白泥浆液进行分级处理后再按白泥品质和双塔需要处理SO2比例分配至预处理塔和吸收塔；
在部分使用白泥作为脱硫剂的情况下，对预处理塔石膏浆液与吸收塔石膏浆液设置配套皮带机及运输系统，进行石膏分类利用；
(3)吸收塔脱硫废水全部进入预处理塔进行处理；
(4)连续监测浆液中总溶解固体质量浓度；
(5)脱硫废水零排放通过污泥的填埋或预处理塔产生的低品质石膏的排放实现。
3.根据权利要求2所述的白泥脱硫的方法，其特征在于，步骤(2)中的完全使用白泥时需要对白泥进行分级处理，控制白泥浆液分级方式为：
使用旋流器对白泥进行分级处理，其中，一级白泥浆液粒径分布在10-80μm，其密度控制在1200-1250kg/m3，二级白泥浆液粒径分布在80-200μm，其密度控制在1250-1350kg/m3。
4.根据权利要求2所述的白泥脱硫的方法，其特征在于，步骤(4)中的浆液固体质量分数计算为：
浆液固体质量分数＝(浆液密度+总溶解固体质量浓度-30)×0.1444-142.82；
通过控制浆液密度保证在排出浆液时浆液固体质量分数大于20％。
5.根据权利要求2所述的白泥脱硫的方法，其特征在于，在使用全白泥脱硫时，预处理塔产生的酸性液体用于白泥的制浆，调节白泥浆液pH在7-8，中和部分白泥碱度。
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