林偉民 呂躍東 廣西東糖投資有限公司 廣西 南寧 (530022)
白泥是制漿造紙企業(yè)在堿回收過程中產(chǎn)生的固體廢渣,其主要成分是CaCO3。目前,我國制漿造紙企業(yè)的白泥處置絕大多數(shù)都是拉去填埋,一方面占用了土地資源,另一方面填埋所花費的成本費用較高。
橫縣東糖糖業(yè)有限公司紙業(yè)分公司(以下簡稱“橫縣東糖紙業(yè)”)在2009年擴建二期6.8萬噸漂白蔗渣漿技改項目時配套75噸鍋爐上馬了一套白泥脫硫系統(tǒng),該系統(tǒng)于2010年6月投入運行至今已有四年時間,使用一直比較正常,脫硫效率較高,鍋爐煙氣經(jīng)脫硫系統(tǒng)處理后符合國家環(huán)保的排放要求。現(xiàn)將橫縣東糖紙業(yè)白泥脫硫的使用情況介紹如下:
橫縣東糖紙業(yè)白泥脫硫主要由煙氣系統(tǒng)、吸收及氧化系統(tǒng)、白泥漿液制備系統(tǒng)、石膏脫水系統(tǒng)、工藝水系統(tǒng)等組成。其工藝流程如圖1所示:
圖1 鍋爐煙氣脫硫工藝流程圖
煙氣系統(tǒng)包括煙氣引風機、煙氣擋板門、旁路擋板門等。該系統(tǒng)的作用是將電除塵之后的鍋爐煙氣經(jīng)煙氣引風機引入吸收塔進行脫硫處理,經(jīng)脫硫后的煙氣引到煙囪排放。
吸收及氧化系統(tǒng)是煙氣脫硫的核心,該系統(tǒng)主要包括吸收塔、除霧器、漿液循環(huán)泵和氧化風機等設備。在吸收塔內(nèi),煙氣中的SO2被吸收漿液洗滌并與漿液中的CaCO3發(fā)生反應,反應生成的亞硫酸鈣在吸收塔底部的循環(huán)漿池內(nèi)被氧化風機鼓入的空氣強制氧化,最終生成石膏,石膏漿液由泵送入石膏處理系統(tǒng)脫水。煙氣經(jīng)過煙道上的二級除霧器除去脫硫后煙氣夾帶的細小液滴,使煙氣在含霧量低于75mg/Nm3(標準立方)后從頂部離開吸收塔。
該系統(tǒng)包括白泥沖渣池、白泥漿液制備桶、白泥漿液泵等。堿回收車間的白泥由運輸車運至白泥沖渣池,開啟白泥漿液泵進行沖渣,配成的白泥漿液自流到白泥漿液制備桶內(nèi)儲存,根據(jù)脫硫需要由白泥漿液泵送入吸收塔參與脫硫反應。
石膏脫水系統(tǒng)包括事故池、石膏漿液泵、水力旋流器、石膏脫水機等。在吸收塔漿液池中石膏不斷產(chǎn)生,為了使?jié){液密度保持在工藝指標規(guī)定范圍內(nèi),需將石膏漿液(18%~22%固體含量)從吸收塔底的排放閥排入事故池,石膏漿液通過石膏漿液泵送至水力旋流器進行石膏一級脫水,使水力旋流器底流石膏固體含量50%左右,底流直接送至石膏真空皮帶脫水機進一步脫水至含水10%以下,然后用車將石膏運送到石膏庫。
本系統(tǒng)包括工藝水池和工藝水泵。其作用是提供除霧器沖洗用水、吸收塔補充水和氧化空氣冷卻用水等。
白泥的主要成分是碳酸鈣,其化學成份分析情況見表1:
表1 國內(nèi)部分制漿造紙企業(yè)白泥化學成份分析結果
白泥脫硫的化學反應分以下三步完成:
第一步:在脫硫吸收塔內(nèi),煙氣中的SO2首先被漿液中的水吸收,形成亞硫酸,并部分離解:
第二步:與吸收塔漿液中的CaCO3細顆粒反應生成CaSO3·1/2 H2O細顆粒:
第三步:CaSO3·1/2 H2O被鼓入的空氣中的氧氣氧化,最終生成石膏CaSO4·2H2O
上述反應中第一步很關鍵,根據(jù)SO2的化學特性,SO2在水中能發(fā)生離解反應,易于被水吸收,只要有足夠的水,就能將煙氣中絕大部分SO2吸收下來。但隨著漿液中HSO3-和SO32-離子數(shù)量的增加,第一步的反應式會向逆方向移動,漿液的吸收能力不斷下降,直至完全消失。因此要保證系統(tǒng)良好的吸收效率,不僅要有充分的漿液量和充分的氣液接觸面積,還要保證漿液的充分新鮮。上述反應中第二和三步其實是更深一步的反應過程,目的就是不斷地去掉漿液中的H SO3-和SO32-離子,以保持漿液有充分的吸收能力,以推動第一步反應持續(xù)向右進行。
橫縣東糖紙業(yè)經(jīng)過四年的應用和實踐,對白泥脫硫的操作控制總結出以下幾方面的經(jīng)驗:
吸收塔漿液池中的pH值控制很重要,低pH吸收液對SO2吸收能力較差,高pH值吸收液雖然對SO2吸收能力較強,但是對CO2也有較強的吸收能力,由于煙氣中含有大量的CO2,用所制備的白泥脫硫劑溶液洗滌氣體時,CO2與白泥脫硫劑的反應導致了吸收液用量增加。此外,高pH會增加脫硫產(chǎn)物亞硫酸鈣、硫酸鈣的過飽和度,產(chǎn)生結垢問題。經(jīng)實踐證明,最佳的pH值應控制在5.5~6.5的范圍內(nèi)。在實際操作中,穩(wěn)定吸收塔漿液池中的pH值是通過注入白泥漿液來進行調(diào)節(jié)與控制。本公司脫硫系統(tǒng)配置有一套PLC控制系統(tǒng),操作人員可在控制室內(nèi)通過LCD及鍵盤和鼠標對脫硫系統(tǒng)進行監(jiān)視和控制操作。當pH值下降到設定值以下,系統(tǒng)將會及時補充白泥漿液,確保pH值控制在5.5~6.5之間,滿足煙氣脫硫的正常運行。
吸收塔內(nèi)漿液的密度應控制在1100~200 g/L之間,過低會導致漿液內(nèi)石膏結晶困難及皮帶機脫水困難,過高則會使系統(tǒng)磨損增大,另外容易結塊,影響循環(huán)泵的正常運行。為了使?jié){液密度控制在工藝指標范圍內(nèi),運行過程中需不斷將石膏漿液定期排放到事故池,通過石膏漿液泵送至石膏脫水系統(tǒng)進行回收處理,保持吸收塔內(nèi)漿液密度。石膏是脫硫漿液與SO2反應后形成的硫酸鈣混合物,要保證石膏的品質,需在吸收塔底部鼓入空氣對脫硫中間產(chǎn)物亞硫酸鈣進行強制氧化。氧化風機的風量可通過PLC控制系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)控制,也可人工手動進行控制。
橫縣東糖紙業(yè)的白泥脫硫系統(tǒng)于2010年6月投入運行,至今使用一直比較正常。2011年5月和2012年10月廣西區(qū)環(huán)境監(jiān)測中心站分別兩次對該脫硫系統(tǒng)進行監(jiān)測,其脫硫效率都在95%以上,具體監(jiān)測數(shù)據(jù)詳見表2:
表2 橫縣東糖紙業(yè)6.8萬噸漂白蔗渣漿項目環(huán)保驗收監(jiān)測情況
另外,從煙氣在線監(jiān)測的數(shù)據(jù)來看,脫硫塔出口煙氣的二氧化硫濃度絕大多數(shù)都在200mg/Nm3以下,有少部分在200-300mg/Nm3之間。
國家環(huán)保部2011年7月29日發(fā)布的G B 13223-2011“火電廠大氣污染物排放標準”中規(guī)定位于廣西區(qū)的現(xiàn)有鍋爐二氧化硫排放濃度為400mg/Nm3。上述監(jiān)測數(shù)據(jù)表明,橫縣東糖紙業(yè)的白泥脫硫系統(tǒng)使用效果良好,經(jīng)該系統(tǒng)處理后的鍋爐煙氣符合國家環(huán)保部規(guī)定的達標排放要求。
從橫縣東糖紙業(yè)四年來的應用實踐證明,白泥脫硫在技術上是可行的,不僅脫硫效率高,而且操作控制容易。國家提倡廢物綜合利用,白泥脫硫是一個以廢治廢的典型例子。在經(jīng)濟性方面,利用白泥脫硫一方面可減少白泥填埋的成本,另一方面用白泥代替其它脫硫劑,不需再花費采購脫硫劑的費用。本文重點介紹白泥脫硫的技術,關于白泥脫硫的經(jīng)濟性待下一步再作詳細的分析討論。為有利于開展白泥的綜合利用,在此提出以下兩點建議:
(1)近幾年來由于受國際經(jīng)濟大環(huán)境的影響,我國制漿造紙行業(yè)不景氣,在這樣的情況下,企業(yè)投資建設白泥脫硫系統(tǒng)有一定的困難。白泥脫硫屬于資源綜合利用,希望政府對白泥脫硫能給予一定的政策和資金扶持,促進和推動制漿造紙企業(yè)開發(fā)白泥的利用。
(2)火電廠目前基本是采用石灰石脫硫,大量開采石灰石,消耗了石灰石資源,建議制漿造紙企業(yè)與電廠合作,互惠互利,推廣白泥脫硫,解決白泥出路問題,節(jié)省石灰石資源,對企業(yè)雙方都是一個比較好的選擇。