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平板玻璃熔窑烟气旋转喷雾干燥法脱硫技术的应用研究

北极星大气网  来源:《中国玻璃》  作者:吴飞 金虎等  2018/6/27 13:42:22  我要投稿  

北极星大气网讯:摘要:本文从平板玻璃熔窑烟气的特点出发,结合现有的烟气脱硫技术,提出一种适合我国玻璃熔窑烟气脱硫技术旋转喷雾干燥吸收法;通过实际工程项目应用运行分析,认为旋转喷雾干燥法作为一种新型的脱硫工艺,适合作为平板玻璃熔窑烟气脱硫的主要工艺进行推广。

1前言

平板玻璃在生产过程中,所用的燃料极其多样,包括天然气、焦炉煤气、发生炉煤气清洁燃料和煤焦油、重油、石油焦粉、调和油高污染燃料,熔窑烟气主要污染物为颗粒物,SO2和NOx。经过多年的自主开发,玻璃熔窑烟气烟尘、SO2和NOx的排放控制技术基本成熟,部分平板玻璃企业已经安装了脱硝脱硫除尘设备,使玻璃熔窑烟气的烟尘SO2和NOx的排放得到了初步控制;然而当前平板玻璃行业SOz排放控制技术,尤其是高硫烟气经过了湿法脱硫的无序不稳定运行,逐渐向半干法脱硫系统化稳定化运行转变。本文主要探讨高硫烟气使用半干法脱硫技术旋转喷雾干燥吸收法RSDA(RotarySprayDryingAbsorption)的优势及该技术在玻璃行业的应用情况分析。

2平板玻璃熔窑原始烟气SO2排放浓度

2.1玻璃熔窑烟气SO2的来源及产生机制玻璃熔窑烟气SO2来源及产生机制主要有两种:燃料型SO2:熔窑燃料燃烧,燃料中的S在高温下与O2反应生成SO2,产生量由燃料含硫率决定。

反应方程式为:

原料型SO2主要是原料中的芒硝分解时产生的SO2。根据实测分析和经验可知,其中有约10%的芒硝参加了其它反应,约90%的芒硝参加分解反应,反应如下:

芒硝分解生成的SO2有约0.25%~0.3%会残留在玻璃液中。

2.2平板玻璃熔窑烟气的SO2的两种主要去处

玻璃液带走SO2:玻璃液中以硫酸盐形式存在,约占玻璃液重量的0.25%~0.30%;烟气中SOx:烟气中以sO:和sO,存在,其中SO2约占98%一99%。

高硫玻璃熔窑烟气SOx浓度主要由燃料的含硫率决定,以600t/d熔化量的玻璃熔窑为例,芒硝用量5t/d,碎玻璃用量15%;燃料石油焦粉或重油含硫率1.8%,燃料产生的so2浓度约为2500mg/Nm3。原料产生的S02浓度约为500mg/Nm,烟气实际排放SO浓度约为3000mg/Nm。

3玻璃熔窑烟气特点及脱硫技术

玻璃熔窑本身的设计特点要求燃料从两侧依次喷入实现动态换火,玻璃熔窑每15~20min换一次火,换火的过程中,二氧化硫、颗粒物都会发生剧烈变化。玻璃熔窑需微正压运行,熔窑压力的是否平稳运行直接影响玻璃品质出现瑕疵甚至整窑玻璃的报废等情况,所以平板玻璃脱硫技术不但要求脱硫除尘效率达到环保要求,同时抗冲击负荷变化能力、系统压力稳定有极高的要求。

目前在平板玻璃熔窑应用的脱硫技术主要有干法、半干法及湿法三大类;三种方法在脱硫效率、投资及操作管理要求等方面相差较大。

3.1湿法脱硫工艺

湿法脱硫工艺主要有单碱法、双碱法、石灰石一石膏法等。

湿法脱硫的优点是脱硫效率稳定达到95%~98%,但系统复杂、占地面积大、腐蚀严重、易堵塞、需定期排水、脱硫产物难以处理、长期连续运行难度大、维修工作量大、操作维护管理复杂。20世纪90年代玻璃行业脱硫技术刚起步时应用较多,对于目前多数未预留脱硫场地的企业来说,已经很难布置,而且很难满足颗粒物排放标准的要求。

3.2干法脱硫工艺

干法脱硫工艺采用干粉状的脱硫剂,如Ca(OH)2、Na2CO3、NaHCO3,等,无需加水操作,脱硫系统简单,操作简便,但脱硫效率低,一般只有50%~60%。对主要应用的燃烧清洁能源天然气、焦炉煤气、发生炉煤气等脱硫效率要求的玻璃企业有一定的应用。

3.3半千法脱硫工艺

半干法技术主要包括:两相流喷雾干燥法TPF—-SDA(Two—-phaseFlowSprayDryingAbsorp—tion)、循环流化床烟气脱硫技术CFB(CirculatingFluidizedBed)、新型循环灰增湿脱硫技术NID(NewIntegratedDesulfurization)、旋转喷雾干燥吸收RSDA(RotarySprayDryingAbsorption)等。

两相流喷雾干燥法是指在脱硫塔内,通过两相流喷枪压缩空气将吸收液(氢氧化钠、碳酸钠等碱性溶液)雾化成雾滴,与烟气混合反应,脱除烟气中的SO:,干燥后的含尘烟气经过布袋除尘器除尘后排人烟囱,系统简单易操作,但是两相流喷枪的雾化效果、吸收剂成本是制约其应用的主要因素。

循环流化床烟气脱硫技术通过循环流化床理论,采用悬浮方式,使吸收剂在脱硫反应器内悬浮、反复循环,与烟气中的SOz充分接触反应来实现脱硫的一种方法。通过喷水将脱硫反应器内温度控制在最佳反应温度下,达到最好的气固紊流混合并不断暴露出未反应的消熟石灰的新表面;同时通过固体物料的多次循环使脱硫剂具有很长的停留时间,从而大大提高了脱硫剂的利用率和脱硫效率。在钙硫比为1.3—1.5时,脱硫效率可达9O%以上;受到玻璃熔窑因熔窑换火、熔化量变化造成烟气量、烟气温度、SO浓度波动较大,对流化床床层压差、雾化喷水量的控制产生很大影响,容易造成脱硫塔内结壁、塌床无法正常运行;而且50—2000g/m高尘烟气对布袋除尘的滤袋冲刷使的滤袋寿命大大缩短。工艺对脱硫石灰品质要求较高,系统阻力较大。

新型循环灰增湿脱硫技术是采用石灰或熟石灰为吸收剂,以吸收剂和循环灰混合增湿至2%~5%后,以流化风为动力借助烟道负压进入反应器,进行脱硫反应。该方法是在CFB脱硫技术上演变而来,脱硫反应速度快,降低反应器高度,结构紧凑、体积小、采用塔外增湿避免塔体内结壁的问题。

旋转喷雾干燥吸收是半干法脱硫工艺的一种。20世纪70年代中期开始尝试使用RSDA工艺吸收烟气中的酸性物质,并且大获成功。1980年第一套SDA装置投入电厂运行,经过20年的发展,现已成为世界上最为成熟的半干法烟气脱硫技术之一,国内主要应用在垃圾焚烧和烧结尾气脱硫上。

RSDA脱硫技术的吸收剂主要为生石灰和熟石灰;一般使用生石灰(CaO)作为吸收剂,生石灰经过消化后制成熟石灰浆液(Ca(OH)z)。消化过程被控制在合适的温度,使得消化后的熟石灰浆液具有非常高的活性。熟石灰浆液通过泵输送至吸收塔顶部的旋转雾化器,在雾化轮接近10000rpm的高速旋转作用下,浆液被雾化成数以亿计的50urn的雾滴。未经处理的热烟气进入吸收塔后,立即与呈强碱性的吸收剂雾滴接触,烟气中的酸性成分(HCI、HF、SO:、SO)被吸收,同时雾滴的水分被蒸发,变成干燥的脱硫产物。这些干燥的产物有少量直接从吸收塔底部排出,大部分随烟气进人吸收塔后的除尘器内被收集,再通过机械或气力方式输送,处理后的洁净烟气通过烟囱排放。根据实际情况,RSDA系统还可以采用部分脱硫产物再循环制浆以提高吸收剂的利用率。几种半干法脱硫工艺的技术经济比较见表l。

综上所述,根据玻璃熔窑烟气的特点,SDA半干法烟气脱硫技术具有快速适应烟气成分、流量、温度、SO2浓度变化的特性,运行维护成本低,脱硫效率高,能够很好的满足高硫平板玻璃行业要求的脱硫效率高、抗冲击负荷变化能力强、系统压力稳定的特性。

4高硫烟气旋转喷雾干燥法脱硫技术应用情况

河南某玻璃企业烟气参数见表2。

设计采用RSDA脱硫技术,以生石灰为吸收剂原料,主要包括石灰浆液消化、储存和输送系统;脱硫循环灰浆液消化、储存和输送系统;烟气分布和脱硫系统;袋式除尘和气力输灰系统;脱硫产物储存和输送系统;烟管路风机系统;电气系统。

影响RSDA运行主要参数包括:生石灰品质、生石灰消化温度、石灰浆液浓度、循环灰浆液浓度、石灰浆液与循环灰浆液比例、脱硫塔出口温度。本项目在固定生石灰品质即同一批次的条件下,石灰浆液浓度20%,循环灰浆液浓度为25%,运行过程中考察生石灰消化温度、石灰浆液与循环灰浆液比例、脱硫塔出口温度对脱硫效率的影响。

4.1生石灰消化温度的影响

生石灰消化温度是指生石灰与水在消化罐内反应消化时浆液的温度。通常消化温度越高石灰消化效果也越好。本次分别对消化温度为60℃,65℃,70℃,75℃,80℃,85℃的石灰浆液脱硫效率进行对比数据见表3。

石灰浆液与循环灰浆液体积比例为1:2;脱硫塔出口温度:85℃

烟气进口SO2浓度是指定消化温度,系统运行脱硫系统进Ellh在线监测SO2浓度平均值;

烟气出口SO2浓度是指定消化温度,系统运行脱硫系统出口lh在线监测SO2浓度平均值;

从表3可以看出,脱硫效率随着消化温度的增加不断提高,消化温度越高提升的效果越明显。

4.2石灰浆液与循环灰浆液比例

石灰浆液与循环灰浆液比例通过气动调节阀控制石灰浆液的用量来实现,本次分别对不同的浆液配比对脱硫效率的影响数据见表4。

消化温度:70℃;脱硫塔出口温度:85℃;烟气进口SO2浓度是指定石灰浆液与循环灰浆液比例,系统运行脱硫系统进口lh在线监测SO2浓度平均值;

烟气出口SOz浓度是指定石灰浆液与循环灰浆液比例,系统运行脱硫系统出口lh在线监测SO2浓度平均值。

从表4可以看出,脱硫效率随着提高脱硫浆液中的石灰浆液配比脱硫效率不断地增加,当达到1:1.25后石灰浆液比例在提高脱硝率增加不明显,达到最大值。

4.3脱硫塔出口温度的影响

脱硫塔出口温度通过调节进脱硫塔浆液量来调节脱硫塔出口温度;本次分别考察脱硫塔出口温度为75℃,80℃,85℃,90℃,95℃,I00℃时对脱硫效率的影响数据见表5。

消化温度:70℃;石灰浆液与循环灰浆液体积比例为1:2。

烟气进口SO2浓度是指定脱硫塔出口温度,系统运行脱硫系统进口lh在线监测SO2浓度平均值。

烟气出口SO2浓度是指定脱硫塔出口温度,系统运行脱硫系统出口1h在线监测SO2浓度平均值。

从表5可以看出,随着脱硫塔出口温度的降低,脱硫效率从66.29%逐渐增加至97.27%;脱硫塔出口温度是通过增加脱硫浆液喷入量即增加钙硫比来提高脱硫效率,同时受到烟气绝热饱和温度影响,脱硫出口温度需高于烟气绝热饱和温度l5~20℃,才能确保下游布袋除尘器、风机、烟囱不受到结露腐蚀,从而达到烟气直排。

5结束语

旋转喷雾干燥吸收法RSDA(RotarySprayDryingAbsorption)脱硫技术能够很好的满足高硫平板玻璃行业要求的脱硫效率高、抗冲击负荷变化能力强、系统压力稳定的目标。随着人们对环境质量的要求日益提高,大气污染排放的标准必然越来越严格,在平板玻璃行业中RSDA脱硫技术会得到更多的应用推广。通过河南某玻璃企业烟气脱硫工程实例可以看出在合适的消化温度、脱硫塔出口温度、石灰浆液与循环灰浆液体积比下RSDA脱硫效率可稳定达到96%~97%。

原标题:平板玻璃熔窑烟气旋转喷雾干燥法脱硫技术的应用研究

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