小苏打粉用于工业锅炉烟道脱硫的试验研究_高培桥.pdf

小苏打粉用于工业锅炉烟道脱硫的试验研究高培桥（山东兖矿国际焦化有限公司，山东 济宁）摘 要：针对工业锅炉启停炉期间 易波动的问题，通过 循环流化床锅炉中试试验平台，试验了小苏打粉钠硫比、粉体粒径、喷射方式、空间温度等对烟道内喷射脱硫效率的影响。试验表明，制约烟道内脱硫的关键因素是温度。尾部烟道 可以满足小苏打粉烟道脱硫的温度要求。在钠硫比为 的条件下，烟气中 排放可稳定在 以内，可作为 锅炉启停炉期间的 达标排放的应急保障措施。采用 目小苏打粉、对侧斜向喷入方式、尾部烟道位置是较为理想的烟道内应急脱硫方式。关键词：小苏打粉；粒径；温度；喷射方式；脱硫效率中图分类号：.文献标识码：文章编号：（）（.，）：，.，.，：；收稿日期：.作者简介：高培桥（），男，山东济宁人，年毕业于中共山东省委党校在职干部研究生班经济管理专业，山东兖矿国际焦化有限公司技术环保部部长，工程师。引用格式：高培桥 小苏打粉用于工业锅炉烟道脱硫的试验研究 煤炭加工与综合利用，（）：烟气干法脱硫技术为气固两相反应，相对于湿法和半干法脱硫系统具有设备简单、占地面积小、投资和运行费用低、操作方便、能耗低等优点。小苏打粉干法脱硫工艺采用碳酸氢钠作为烟气脱硫的吸附剂，通过化学吸附脱除烟气中的等酸性污染物，广泛用于焦化、冶金等行业烟道脱硫，徐大兴、张庆文、邓海龙等诸多研发、技术人员在技术研究和工业应用中总结出较好的工艺经验。目前，将小苏打粉烟道脱硫应于循环流化床锅炉启停炉期间的烟道脱硫鲜有报道，本文重点围绕锅炉启停工况，开展小苏打粉烟道脱硫的试验研究。试验部分.试验原料试验共采用 种不同粒径的工业级小苏打粉，分别为 目、目和 目，纯度均在.以上。试验用煤：采用平均粒径为 南屯煤矿动力煤，表 为试验用煤的工业分析。煤炭加工与综合利用.，表 试验用煤的工业分析空干基水分 干基灰分 干基挥发分 干基固定碳 干基全硫，收到基低温发热量（）.试验装置小苏打粉雾化喷射脱硫试验锅炉为兖矿集团洁净煤技术工程研究中心 循环流化床煤燃烧中试平台。该系统包括循环流化床燃烧炉本体、给料及排渣系统、送风系统、换热系统、烟气净化系统以及测控系统。运行负荷、循环倍率、风量及配风形式、添加剂喷射位置、尾部烟气净化工序等多参数可调，可开展燃烧、脱硫、脱硝等新型工艺的研究开发，为工业装置优化和技术升级提供丰富的基础数据和理论支撑。图 为 循环流化床煤燃烧中试平台流程。图 循环流化床煤燃烧中试平台流程示意 烟道内喷射小苏打粉装置设计能力 ，包括气源、干燥热源、防尘投料仓、上料装置、给料器、混料分散器、喷嘴等，可变频调节给料量和气源量。料仓部分增加流化板气力脉动辅助粉体流动部分，防止料仓内小苏打粉架桥、板结。在 循环流化床锅炉中试平台尾部换热器后烟道位置安装 支 雾化喷枪，进入尾部烟道空间喷射小苏打粉，工艺流程见图。.烟气监测方法布袋除尘后水平烟道装有 套北京雪迪龙科技图 烟道内喷射小苏打粉工艺流程有限公司生产的，包括烟气预处理系统、采样分析系统、控制系统、数据采集系统、显示系统等，分析仪为德国 的 煤炭加工与综合利用 年第 期（、测量范围 ）。为确定小苏打粉的烟气净化效果，在尾部烟道设有采样口。采用 公司生产的 对烟气排放进行同步测试。可同时测量、等组分，包括采样探针、伴热管线、过滤柱、烟气采样泵、烟气成分分析单元。.试验条件为模拟工业锅炉启停炉运行状态，循环循环流化床锅炉中试平台保持.左右热负荷运行，保持尾部烟道有 的稳定温度区间。在小苏打粉烟道脱硫前后各设置 处烟气测点，分别检测烟气净化前后的 排放浓度。污染物脱除效率按下式计算：（）式中，是污染物的脱除效率，；是污染物种类；是任意污染物原始排放浓度，；是任意污染物经过静置式脱硫脱硝装置后的排放浓度，。结果与讨论锅炉烟道内喷射小苏打粉是烟气脱硫的一种方式。影响烟道内脱硫的因素包括钠硫比、粒径、喷射方式、喷射位置、空间温度、停留时间等，可概括为小苏打粉在有效反应区间的停留时间问题。另外，烟道内脱硫对锅炉烟道的腐蚀、磨损、除尘等同样存在一定的关联影响，重点就烟道内喷射小苏打粉对烟气脱硫率的影响进行相关试验研究。.小苏打粉的热重分析采用德国 公司 型同步热分析仪对 目小苏打粉进行热重分析，见图。从曲线可知，小苏打粉分解失重集中在，与锅炉尾部烟道内温度区间吻合。分解过程如下：首先发生化学反应，生成 晶体在 点阵上的质点成核，随着温度升高，振动加剧，形成能导致分解的局部反应中心，分散的核中心进一步成长、扩大，分解速度加快，晶格破坏，晶体生成。与此同时，生成的 和 从反应图 小苏打粉热重分析曲线中心逃逸出来。在烟道内脱硫反应中，化学反应和气体逃逸是快步骤，整个过程以 晶体的形成与长大为控制步骤。因此，的热分解是影响脱硫的控制步骤，温度是制约小苏打脱硫的关键因素。.不同温度对小苏打粉烟道脱硫的影响采用 目小苏打粉、钠硫比为 的条件下，从尾部换热器后喷入，通过调整竖井烟道内三级省煤器的循环水量来达到温度调节的工况，试验结果如图 所示。图 不同温度下的脱硫效率由图 可以看出，在钠硫比相同的条件下，尾部烟道测点温度为 区间的脱硫率仅为.，的脱硫率为.。在 区间，还未导致 晶体破坏、比表面积缩小和孔道结构坍塌等问题，随着尾部烟道空间温度的提高，脱硫率呈现逐步提高趋势。这是因为脱硫过程涉及一个 热激活阶段，即活泼的 粉末与炙热烟气接触后迅速热解转化成，极大提高了钠基颗粒的孔隙率和比表面积，促进 与脱硫剂的接触，年第 期高培桥：小苏打粉用于工业锅炉烟道脱硫的试验研究从而提高了 的脱除率。.不同粒径小苏打粉对烟道脱硫的影响在 温度区间、钠硫比为、从尾部换热器后喷入的工况下，不同粒径的小苏打粉脱硫效率试验结果如图 所示。图 不同粒径小苏打粉的脱硫率由图 可以看出，在钠硫比相同的条件下，喷射 目小苏打粉末的脱硫效率较低，随着粒径减小，脱硫效率逐步提高，说明粒径对小苏打烟道内脱硫效果有较大影响，粒径越细，比表面积越大，越利于气固接触反应，脱硫效果越佳。但考虑工程应用上的经济性，目小苏打粉更为适宜。.不同钠硫比对小苏打粉烟道脱硫的影响在 温度区间、目小苏打粉、从尾部换热器后喷入的工况下，不同钠硫比的小苏打粉脱硫效率试验结果如图 所示。图 温度区间不同钠硫比的脱硫效率从图 中可以看出，随着钠硫摩尔比的增加，尾部烟道喷射小苏打粉脱硫效率增大。钠硫比为 时，烟道内喷射脱硫效率.，烟气排放可稳定在 以下。虽然可满足排放要求，由于喷射量大，会带来运行成本高、小苏打粉烟道内沉积、增加烟道腐蚀、增加灰渣处理成本等问题。在其他环保设施没进入正常工况前，可作为锅炉启炉期间的 达标排放的应急保障措施。在 温度区间、目小苏打粉、从尾部换热器后喷入的工况下，不同钠硫比的小苏打粉脱硫效率试验结果如图 所示。图 区间不同钠硫比的脱硫效率从图 中可以看出，在 的温度区间工况下，随着钠硫摩尔比的增加，尾部烟道喷射小苏打粉脱硫效率增大。试验表明，在 温度区间，不同钠硫比的脱硫效率均低于。.不同喷射方式对小苏打粉烟道脱硫的影响在 温度区间、目小苏打粉、钠硫比为、从尾部换热器后喷入的工况下，不同喷射方式下的小苏打粉脱硫效率试验结果如图 所示。图 不同喷射方式下的脱硫效率由图 可知，支 的小苏打粉喷枪从尾部 换 热 烟 道 同 侧 水 平 喷 入 的 脱 硫 效 率 为.，对侧水平喷入的脱硫效率为.，煤炭加工与综合利用 年第 期对侧斜向喷入的脱硫效率为.。不同的喷射位置，主要表现在小苏打粉的烟道内分散情况和热工环境。结合试验现场分析，同侧水平喷入，大部分随烟气带入尾部烟道空间，分散效果不理想，脱硫效率偏低；从对侧水平喷入，提高了扰动和接触，分散更为均匀，脱硫效果有所改善；从对侧斜向喷入，受折角影响，小苏打粉与烟气逆向悬流对冲式掺混接触，更利于粉体分散，粉体可较为均匀地布满尾部烟道悬浮空间，脱硫效果好。试验结果表明，从对侧斜向喷入更利于粉体分散，脱硫效率高。结 语（）制约烟道内脱硫的关键因素是温度。在 区间，随着尾部烟道空间温度的提高，脱硫率呈现逐步提高趋势。（）在合适的温度区间，钠硫比为 的条件下，通过烟道内喷射小苏打粉，烟气 排放可稳定在 以内。在其他环保设施未进入正常工况前，可作为工业锅炉启停炉期间的 达标排放的应急保障措施。（）综合试验分析，目小苏打粉、对侧斜向喷入方式、尾部烟道位置是较为理想的工业锅炉烟道内应急脱硫方式。参考文献 徐大兴 钠基干法脱硫工艺在焦化厂烟气处理中的应用 燃料与化工，（）：邓海龙，李平，戴波 干法脱硫工艺在干熄焦系统的应用 燃料与化工，（）：张庆文，常治铁，刘 莉，等 干法脱硫及 中低温脱硝技术在焦炉烟气处理中的应用 化工装备技术，（）：李伟明，张祖彬 焦炉推焦烟气脱硫工艺探讨 辽宁化工，（）：孙广明 焦炉烟道气脱硫脱硝工艺探讨 燃料与化工，（）：刘俊明，时元田，李 磊 钠剂干法脱硫工艺在燃气锅炉中的实践应用 冶金动力，（）：，祝 文，岳 琳，谭栋栋，等 浅谈钢铁厂燃气锅炉烟气 干法脱硫除尘超低排放技术 山东化工，（）：徐廷万 焦炉烟气 脱硫与余热回收的一体化应用 四川化工，（）：周英贵，田 昊 镁矿砂回转窑窑尾烟气 干法脱硫工艺的设计应用 硫酸工业，（）：郝艳强 小苏打干法烟气脱硫系统的研究 天津冶金（）：邹文樵，冯仰婕 碳酸氢钠热分解反应非等温动力学研究 华东化工学院学报，（）：欢迎订阅 煤炭加工与综合利用 杂志！电话：网址：.：.订刊联系：投稿联系：年第 期高培桥：小苏打粉用于工业锅炉烟道脱硫的试验研究