燃煤煙氣脫氯實現(xiàn)脫硫廢水零排放技術(shù)及其影響

環(huán)保網(wǎng)訊:脫硫廢水零排放已成為環(huán)保的熱點問題，燃煤煙氣脫氯是一項實現(xiàn)脫硫廢水零排放的新技術(shù)，其原理是將堿基溶液霧化噴入除塵器之前的煙道內(nèi)，脫除煙氣中的HCl等強酸性氣體并固化到飛灰中，從而大幅度減少脫硫廢水量。將減量后的脫硫廢水作為堿基溶劑回噴入煙道，從而實現(xiàn)脫硫廢水零流量排放。

當(dāng)采用NaOH作為堿基且Na/Cl摩爾比約為5時，脫氯效率可達到70%以上，一臺300MW機組的脫硫廢水量可由3.1m3/h降至0.88m3/h。煙氣脫氯不僅脫除煙氣中的HCl，還會脫除部分SO3和SO2等酸性氣體，對于預(yù)防煙道低溫腐蝕和減輕大氣污染具有重要意義，尤其對于超低排放下的防腐與控制更具有重要價值，對于電除塵和脫硫系統(tǒng)的運行也具有一定的積極意義。煙氣脫氯實現(xiàn)脫硫廢水零排放技術(shù)相比其它脫硫廢水處理技術(shù)，具有系統(tǒng)簡單、成本低、安全性好、適應(yīng)性強、無二次污染等優(yōu)點，具有良好的應(yīng)用前景。

引言

在燃煤發(fā)電過程中，煤中氯等微量元素在鍋爐燃燒區(qū)域內(nèi)絕大部分會釋放出來并進入煙氣中。對于燃煤過程中氯的遷移機理而言，Takeda等人的研究顯示，在煤的熱解、燃燒和汽化過程中，氯元素主要以HCl的形式釋放出來。

本文將介紹一種新型脫硫廢水處理技術(shù)——半干法煙氣脫除氯化氫實現(xiàn)脫硫廢水零排放技術(shù)。其主要原理是向除塵器前煙道內(nèi)噴入堿基溶液脫除煙氣中HCl氣體，降低脫硫塔入口煙氣氯離子濃度，從而減少脫硫廢水水量。再將減量后的脫硫廢水作為堿基溶劑回噴入煙道，最終實現(xiàn)脫硫廢水零排放，該技術(shù)有效解決了煙道蒸發(fā)技術(shù)所存在的脫硫廢水量偏大所帶來的問題。因為堿基溶液與HCl的反應(yīng)過程介于干態(tài)和濕態(tài)之間，因此稱為半干法煙氣脫除氯化氫技術(shù)，簡稱煙氣脫氯技術(shù)。基于煙氣脫氯技術(shù)的特點，本文在已有機理研究成果的基礎(chǔ)上，重點分析其對脫硫廢水水量、尾部煙氣溫度、酸露點以及尾部大氣污染物排放的影響，并與現(xiàn)有的其它脫硫廢水零排放技術(shù)進行技術(shù)經(jīng)濟比較，為進一步工程應(yīng)用提供參考。

01煙氣脫氯實現(xiàn)脫硫廢水零排放的理論基礎(chǔ)

1.1脫硫廢水水量的計算及其影響因素

脫硫廢水產(chǎn)生的根本原因是脫硫漿液的循環(huán)利用，導(dǎo)致脫硫塔內(nèi)氯離子等富集。為維持脫硫塔內(nèi)離子平衡，從而形成脫硫廢水。脫硫漿液中氯離子濃度是脫硫系統(tǒng)運行過程中的控制指標(biāo)，目前，燃煤電廠通?？刂泼摿驈U水氯離子濃度為8000mg/m3一15000mg/m3。

煙氣中絕大多數(shù)HCl可以在脫硫系統(tǒng)中被脫除。根據(jù)脫硫塔內(nèi)氯離子平衡可得下式.

式(1)中：QP為工業(yè)水量，m3/h;QF為煙氣流量，m3/h;Qw為廢水流量，m3/h;Qg為石膏產(chǎn)量，kg/h;Cp工業(yè)水中氯離子濃度，mg/L;Cm為吸收塔進口煙氣中氯離子濃度，mg/m3;Cn為吸收塔出口煙氣中氯離子濃度，mg/m3;CW為廢水中氯離子濃度，mg/L;Cg為石膏中氯離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

由式(1)可知脫硫廢水水量與煙氣中HCl含量、脫硫塔內(nèi)漿液氯離子濃度、脫硫工藝用水水質(zhì)等因素有關(guān)。其中QP、Cp、QF由機組脫硫系統(tǒng)工藝所決定。

表1為某300MW機組脫硫系統(tǒng)的運行參數(shù)，由其可知，脫硫塔工藝用水所帶入的氯離子、吸收塔出口煙氣和石膏所帶走的氯離子對脫硫廢水水量的影響可忽略不計。從而可將式(1)簡化為:

表1某300MW機組脫硫系統(tǒng)運行參數(shù)

由式(2)可知，當(dāng)進入脫硫塔內(nèi)的煙氣量一定，脫硫廢水水量只與煙氣中HCl的濃度和脫硫塔內(nèi)氯離子的控制濃度有關(guān)。當(dāng)氯離子控制濃度一定時，脫硫廢水的水量直接取決于脫硫塔入口煙氣中的HCl濃度。若大幅度減少脫硫塔入口煙氣HCl濃度，則可大量減少脫硫廢水的水量。

1.2系統(tǒng)設(shè)計

煙氣脫氯技術(shù)以空預(yù)器至除塵器之間的煙道為反應(yīng)器，利用噴嘴將堿基溶液霧化噴入煙道內(nèi)，吸收煙氣中HCl。堿基溶液液滴及反應(yīng)生成物被煙氣蒸發(fā)干燥，并被飛灰吸附隨煙氣進入除塵器，最后被除塵器脫除。如果HCl脫除效率能達到較高水平，脫硫廢水水量將大幅度減小。將減量后的脫硫廢水作為堿基溶劑回噴至煙道后，即可實現(xiàn)脫硫廢水零排放，其系統(tǒng)流程如圖1所示。

圖1煙氣脫氯實現(xiàn)脫硫廢水零排放技術(shù)系統(tǒng)圖

1.3HCl脫除效率

SO2等酸性氣體在煙氣脫氯的過程中與HCl之間存在著復(fù)雜的相互影響和競爭關(guān)系。文獻通過對垃圾焚燒電廠煙氣脫酸的數(shù)值模擬及實驗研究表明，HCl的脫除效率要遠高于SO2。其主要原因是HCl的酸性強于SO2，且其相對SO2更易溶于水。在反應(yīng)過程中，HCl的傳質(zhì)阻力要比SO2小，從而保證堿基溶液噴入煙道后必然會優(yōu)先脫除大量HCl氣體。

煙氣脫氯的效率與化學(xué)當(dāng)量比(堿基物質(zhì)與煙氣中HCl的摩爾比)、漿液液滴粒徑和堿基溶液濃度等密切相關(guān)。文獻研究表明煙氣溫度和煙氣中HCl濃度對HCl的脫除效率影響較小，解海衛(wèi)等實驗研究表明，吸收液濃度的變化對于SO2的脫除影響較大，對HCl影響很小，可忽略不計。

減仁德等對垃圾與煤混燒煙氣脫酸進行模擬及實驗研究，其結(jié)果表明，隨著吸收液液滴粒徑的增大，脫酸效率逐漸降低，但在粒徑小于270μm的范圍內(nèi)，HCl的脫除效率仍高于70。文獻中研究證明當(dāng)鈣氯化學(xué)當(dāng)量比大于2，煙氣溫度不高于225℃，HCl脫除效率均達70%以上。反應(yīng)溫度越低，氣液反應(yīng)時間越長，HCl的脫除效率越高。

不過，目前有關(guān)煙氣脫氯的研究基本上都是針對高氯含量的垃圾焚燒煙氣，所以本文作者首先針對低氯濃度燃煤煙氣的脫氯進行了數(shù)值模擬及實驗研究，其結(jié)果見圖2(其中實驗氣氛中沒有加入SO3，采用NaOH作為堿基，當(dāng)Na/Cl摩爾比為5左右時，雖然相對高濃度的SO2對脫除HCl有干擾，但氯化氫的脫除效率仍可達到70%以上，同時對SO3的脫除效率也可達到50%以上。

雖然隨著Na/Cl繼續(xù)增人，脫氯效率逐漸提高，但上升趨勢趨于平緩。當(dāng)Na/Cl增至8，脫氯效率升至80%與Na/Cl為5相比，需要多消耗60%氫氧化鈉，脫氯效率才提高10%。綜合反應(yīng)效率及運行成本，選取Na/Cl=5較為成合適。

圖2Na/Cl摩爾比對脫氯效率的影響

02煙氣脫氯對機組的影響

基于以上對煙氣脫氯技術(shù)的研究，仍以表1所對應(yīng)的300MW機組作為研究對象，得出煙氣脫氯技術(shù)對機組的影響，主要包括對脫硫廢水水量、煙溫、酸露點、靜電除塵器和脫硫系統(tǒng)的影響。

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