新型脱硫添加剂在脱硫装置中的使用探讨

黄锦灿

摘 要：随着社会的发展和自然环境的恶化，低碳发展、绿色生产的观念日益深入人心，为此国家还出台了一系列的法律法规。陶瓷生产的燃料主要是煤炭和柴油，在煤炭燃烧的过程中，会产生大量的含硫气体，这些气体在排放之前如果不经过处理就会造成严重的酸雨危害。所以，气体脱硫对于陶瓷业的绿色生产具有重要的意义。本文在分析新型脱硫添加剂种类的基础上，对新型脱硫添加剂在脱硫装置中的使用进行了探讨。

关键词：新型脱硫添加剂；脱硫装置；应用随着社会的发展和人们整体素质的提高，人们的低碳环保意识也越来越强。我国是一个以煤炭为主要能源的国家，尤其是在陶瓷业的发展中，煤炭是最重要的生产能源。煤炭燃烧会产生大量的含硫气体，这些气体的排放会造成严重的酸雨危害，对人们的身体健康和日常生活带来严重的威胁。目前，在烟气脱硫方面脱硫装置的使用是最主要的办法。随着化工业的发展，脱硫添加剂的种类越来越多，探讨新型脱硫添加剂在脱硫装置中的使用对烟气脱硫，对维护大气健康具有重要的意义。

一、研究背景

清远市贝斯特瓷业有限公司地处广东省清远市清新县佛山禅城（清新）产业转移工业园，占地面积约270亩。计划建成二条釉面砖生产线。生产产品为吸水率在16%以下的釉面砖，计划单窑日产量在2.4万平方米左右，2条生产线年总产量在1400万平方米左右，产品规格是250毫米×330毫米、250毫米×400毫米、300毫米×300毫米、300毫米×450毫米，300毫米×600毫米的釉面砖[1]。釉面砖生产属于陶瓷业生产，在生产的过程中需要消耗大量的生物燃料，会产生大量的含硫气体。根据我国最新的与气体排放相关的法规条文，贝斯特瓷业有限公司在生产的过程中需要建设完善的烟气脱硫装置，对煤炭燃烧产生的烟气进行脱硫，脱硫结束达到相关标准之后再排放。在以前的脱硫过程中，贝斯特公司脱硫塔使用单一的氢氧化钠溶液来进行喷淋脱硫，不仅脱硫的效果不好，而且成本还非常高。为了提高脱硫效率，降低脱硫成本，笔者与贝斯特公司共同努力，尝试混合使用三种新型的脱硫添加剂。

二、陶瓷业二氧化硫气体的生成

建筑陶瓷的生产过程如下：坯用原料配料—球磨—制浆—泥浆过筛除铁—喷雾制粉—粉料陈腐—砖坯成型—干燥—施釉—烧成—深加工等。在喷雾制粉阶段和烧成阶段都需要使用燃气来进行燃烧，才能实现制粉的目的，才能达到砖坯的烧成效果。燃气在燃烧的过程中会排放烟气，排放的烟气的主要成分包括：二氧化硫、NOX、氯离子、氟离子、粉尘、镉、铅、汞等金属离子。所以，陶瓷生产过程中的烟气不经过处理之后就排放会对大气环境造成严重的污染，产生严重的危害。

陶瓷业烟气中二氧化硫气体的来源主要是燃料中硫的氧化和陶瓷原料中硫的氧化，在这两种来源中，燃料中硫的氧化是最主要的来源[1]。通过研究发现，燃料中的可燃硫化物和有机硫化物的燃烧是二氧化硫产生的根源，陶瓷窑内二氧化硫的生成量在很大程度上会受燃料量的影响。陶瓷原料在燃烧的过程中生成的二氧化硫，一部分来自粗颗粒黄铁矿在高温作用下的氧化，还有一部分来自原料中的天然硫酸盐辅助矿物的分解，与第一部分相比，这部分产生的二氧化硫的含量比较少[2]。

根据相关报道，一般情况下，以重油、煤炭和柴油为原料的陶瓷窑生成的二氧化硫的浓度在800毫克每立方米和5000毫克每立方米之间，其中燃烧煤炭产生的二氧化硫的浓度大约是2000毫克每立方米，燃烧重油产生的二氧化硫的浓度大约是1000毫克每立方米，在使用喷雾干燥塔对其进行处理之前的二氧化硫的浓度大约是500毫克每立方米。

我国陶瓷行业排放的二氧化硫的实际情况如下表所示：

陶瓷行业喷雾干燥塔中二氧化硫的浓度

陶瓷行业窑炉中二氧化硫的浓度

通过对上述表格进行分析可以得知，陶瓷窑和喷雾干燥塔中的二氧化硫的浓度受燃料的影响非常严重，产生二氧化硫的浓度从小到大的顺序是：燃气—水煤浆—燃油—燃煤。并且根据统计显示，在目前的陶瓷窑生产中，产生的二氧化硫的浓度要远远高于国家的相关规定，所以，对新型脱硫添加剂在脱硫装置中的研究呈现出迫不及待之势。

目前我国的陶瓷窑基本上使用的湿法技术对烟气进行脱硫。通过在脱硫塔中加入不同的吸收剂，和烟气进行反应，然后生成不同的硫酸物质。比如，在脱硫塔中加入钙基，和烟气进行反应之后就会生成硫酸钙；在脱硫塔中加入加入钠基，在和烟气反应之后就会生成硫酸钠。

三、脱硫塔的设置

在陶瓷窑中，燃烧煤炭产生SOx气体的反应原理如下面的公式所示：

FeS2+O2 FeS+SO2

4 FeS+7O2 2Fe2O3+4SO2

SOx气体的生成原理是在陶瓷生产的过程中，陶瓷窑内的温度会增高，粘土、煤中的硫化物杂质在高温作用下会被氧化，在氧化作用下就会产生大量的SOx气体。在瓷窑生产的过程中，去除SOx气体的装置可以设计如下：

这个装置的名称是湍球塔，其中1代表的是脱水板，2代表的是喷淋器，3代表的是限位栅板，4代表的是支承栅板，5代表的是球星填料，6代表的是入孔。这个装置的运用原理分析如下：陶瓷窑产生的烟气在陶瓷多管进行过滤，然后在除尘器中进行除尘，然后再进入湍球塔，在湍球塔中，气流通过筛板，其中的小球会产生湍动旋转，然后会发生碰撞，进而吸收剂就会从上到下的进行喷淋，将小球表面润湿，然后进行吸收。在这个过程中，在湍球塔中气体、液体和固体会相互接触，小球表面的液膜会不断的得到更新，从而增强了液相和气相之间的传质和接触，从而促使二氧化硫的吸收率得以提高。

三、新型脱硫添加剂在脱硫装置中的应用

贝斯特窑炉使用的燃料是水煤浆，使用两个喷淋塔进行喷淋烟气脱硫，喷淋液是氢氧化钠溶液。在脱硫的过程中出现了以下问题，一方面，碱液的消耗量过大，脱硫的成本过高；另一方面，脱硫之后烟气中的二氧化硫和粉尘严重超标。通过对贝斯特窑炉4月5日到4月10日六天的观测发现，在六天中平均每天投入烧碱1250千克，在投入碱液之后，烟气中的二氧化硫六天的平均浓度是99.76毫克，而二氧化硫的排放标准规定的是50毫克，由此可见脱硫烟气中的二氧化硫超标现象严重。受厂方委托，通过对脱硫现场进行考察之后，建议混合使用三种脱硫药剂：第一种，脱硫添加剂FD-10，液体，PH7.5-8.0，表面活性剂混合物，具有快速渗透和润湿烟气的颗粒物，能有效促进汽液的反应，实现高效脱硫除尘，使用浓度约150PPM。第二种，脱硫辅助剂AC-80，粉剂，主要成份为钙基质，碱性。能代替和辅助氢氧化钠，反应吸收烟气中的二氧化硫，降低氢氧化钠的使用量，节约成本。当中的辅助剂使其不易结垢，防止堵塞喷嘴，并对喷淋塔的钢质具有预膜缓蚀作用，保护设备使用寿命。第三种，脱硫添加剂FD-601：粉剂。良好的PH值调节作用，并使喷淋碱液在较低的PH值下，仍保持对二氧化硫的吸收稳定性。能使钙基喷淋药剂具有一定程度的再生性，从而降低氢氧化钠的使用量，降低生产成本。通过这三种脱硫添加剂的使用，贝斯特陶瓷窑烟气中的二氧化硫达到了排放标准，同时，脱硫成本也得到了有效的控制。

（一）脱硫添加剂FD-10和AC-80在脱硫中的应用。脱硫添加剂FD-10是一种活性混合物，具有很好的润湿性和参透性，同时具有非常好的除尘作用，所以在烟气脱硫中的效果非常好。使用FD-10脱硫添加剂主要考虑的因素有三种，分别是：降低活化能、减小传质阻力、提高吸收剂的反应速度。FD-10脱硫添加剂的表面活性可以有效的降低石灰乳的表面张力和粘度，可以增强Ca（OH）2的溶解度，进而增强二氧化硫的吸收率。通过相关的实验发现，在脱硫装置中，如果这种添加剂的剂量在2.5%—3%之间的时候，对于含硫率在4%左右的煤炭可以将脱硫率控制在92%以上，可以将脱硫效率增加18%。

因为脱硫辅助剂AC-80的主要成分是钙，呈现出碱性的特征，所以使用脱硫辅助剂AC-80去除二氧化硫，在反应之初，在湍球塔内部，当吸收液和烟气产生比较复杂的传质时，吸收液中的碱性物质就会和二氧化硫产生酸碱中和反应，从而生成水和盐，实现二氧化硫的净化。使用的吸收液可以通过石灰进行再生，经过一段时间的反应之后，Na2CO3就会转化为NaOH，这个过程在湍球塔内会循环往复的发生。具体的反应过程分析如下：

第一，在吸收阶段的反应分析：

Na2CO3+SO2→Na2SO3+CO2

2NaOH+SO2→Na2SO3+H2O

Na2SO3+SO2+H2O→2NaHSO3

第二，在再生阶段的反应分析：

NaHSO3+Ca（OH）2→NaOH+CaSO3+H2O

在贝斯特窑炉使用FD-10和AC-80脱硫添加剂之前，每日的脱硫指标如下：

通过上述上述数据分析可知，4月5日、6日、7日、8日，每天的烟气经过脱硫之后的二氧化硫指标都在50毫克以上，并且远远大于50毫克，说明，经过脱硫之后的烟气中的二氧化硫含量还是严重超标。针对这样的情况，在4月9日18时——19时，在贝斯特窑炉的脱硫塔中添加了FD-10脱硫添加剂，同时加入的还有AC-80和氢氧化钠。加入这些添加之后，对其中喷淋液的酸碱值进行监测，通过氢氧化钠将喷淋液的酸碱值维持在9-10。然后按照补充水量添加FD-10脱硫添加剂和AC-80脱硫添加剂。通过这两种脱硫添加剂的添加，贝斯特窑炉中的二氧化硫得到有效的控制，数值下降。但是当烟气中的酸碱值下降到8.5以下时，二氧化硫数值上升较大。

FD-10脱硫添加剂和脱硫辅助剂AC-80在贝斯特窑炉中应用的具体效果如下表所示：

通过对上述表格进行分析之后可知，4月9日投入FD-10脱硫添加剂的当天，贝斯特窑炉中的二氧化硫浓度并没有明显的下降，反而相较于4月6日、7日和8日，烟气中二氧化硫的浓度有了很大的升高，这种情况一直持续到4月10日，（据查为厂方工人在检修堵塞的喷嘴）但是4月10日，烟气中的二氧化硫的浓度相较于4月9日有所下降。4月11日，贝斯特窑炉中的二氧化硫浓度有了明显的下降（从118.71毫克下降到53.3毫克），接近排放标准的50毫克。通过数据对比分析可知，FD-10脱硫添加剂的投入产生了很好的脱硫效果。4月11日贝斯特窑炉烟气中的二氧化硫含量有了明显的下降，之后，将脱硫辅助剂AC-80投入其中。通过上述数据表明，在4月12日到4月15日中间，贝斯特窑炉烟气中二氧化硫的浓度最大的时候是45.39毫克，最小的时候只有26.99毫克，说明脱硫辅助剂AC-80的加入产生了有效的脱硫作用。通过对上表的分析可知，经过连续七天的观察，在投入脱硫辅助剂AC-80之后，贝斯特窑炉烟气中的二氧化硫的平均值下降到了21.87毫克，相较于使用烧碱的99.76千克有了很大的改善，同时远远小于规定的50毫克，达到了排放标准。但是，其中烟气中的二氧化硫含量依然有明显的变化：4月12日烟气中的二氧化硫含量是39.36毫克，在4月13日就增加到了45.39毫克；在4月14日烟气中的二氧化硫含量是26.99毫克，在4月15日就增加到了40.09毫克。说明这两种添加剂的使用能够在一定程度上起到脱硫的作用，但是脱硫效果还不是很稳定。

（二）脱硫添加剂FD-601在脱硫过程中的作用。脱硫添加剂FD-601在使用的过程中会引起孔隙率和比表面积发生改变，孔隙率和比表面积的改变会对溶解度产生影响，同时因为脱硫添加剂FD-601具有一定的缓冲能力和表面活性，可以提高CaCO3的溶解度，可以提高二氧化硫的吸收效率，从而可以促使二氧化硫的吸收率得以提高。通过研究发现，钙基脱硫剂的溶解度和溶解效率对增强脱硫反应的效率具有重要的作用。

第一，脱硫添加剂FD-601的种类和应用效果。在脱硫的过程中使用的添加剂的主要成分有以下几种，分别是：复合硫质催化剂、含羧基盐类、CP活化剂。这种添加剂的主要作用有以下几种，分别是：（1）提高二氧化硫气液传质的速度和效率，提高二氧化硫的吸收率。在气液界面位置，这种添加剂能够和二氧化硫结合、溶解，促使大量的H+产生，从而使得H+可以从液膜向液相传递，并且在这个过程中，浆液中酸碱值的下降速度也不会很快，可以有效的减小气相阻力，从而促进二氧化硫的吸收。（2）在脱硫装置中加入添加剂可以提高液相中添加剂的溶解度，可以加快添加剂的溶解。在固体和液体相交的位置，添加剂能够为CaCO3的溶解提供一个良好的酸性环境，从而促使液相阻力的减小，有效的加速添加剂的溶解。（3）添加剂中的活性成分可以有效的提高添加剂表面的活性，促使添加剂的分散性得以增强，以缓解设备中的结垢堵塞情况。

第二，脱硫添加剂的实验效果。在该厂的脱硫装置中添加上述脱硫剂，脱硫系统的脱硫效率有了明显的提高，在负荷相同、燃煤硫分相同、浆液条件相同的情况下，当碱性值降低时，在脱硫塔中加入脱硫添加剂大约将脱硫率提高了4%。这个结果说明，脱硫添加剂的添加能够有效的提高脱硫效率。

因为脱硫过程的变化，在4月15日，在脱硫塔中加入了另外一种脱硫添加剂FD-601，这种脱硫添加剂的脱硫效果如下表所示：

通过对上表的分析可知，4月15日添加脱硫添加剂FD-601之后，4月16日贝斯特窑炉中的烟气含量就下降到了33.55毫克，在4月17日之后的时间里，烟气中的二氧化硫的含量一直控制在25毫克以下，说明脱硫添加剂FD-601起到了很好的脱硫效果。

四、脱硫成本分析

在4月9日之前，在4月5日到4月9日五天的时间里贝斯特窑炉烟气脱硫消耗烧碱共6625千克。贝斯特窑炉在脱硫的过程中，平均每天需要投入烧碱1418.74千克。在4月9日到4月15日这段时间中，贝斯特窑炉烟气脱硫消耗烧碱共5050千克，平均每天投入的烧碱量下降到了841.66千克。在4月15日到4月23日这段时间中，贝斯特窑炉烟气脱硫消耗烧碱共5975千克，平均每天投入的烧碱量下降到了633.88千克。虽然，在使用脱硫添加剂之后，脱硫添加剂总投入为11000元，但是减少了3420千克的烧碱，总体来说经济成本得到了有效的控制。

结语：在陶瓷窑生产的过程中，因为使用的燃烧的主要煤炭、燃油等物体，很容易产生二氧化硫气体.二氧化楼气体不经过处理就排放会形成严重的酸雨危害，会对人的身体健康产生严重的威胁。随着低碳经济的发展，陶瓷企业要想获得很好的发展，就要使用合理的装置对生产过程中产生的二氧化硫气体进行净化，以达到气体的排放标准。目前，我国的脱硫方法主要有三种，分别是干法脱硫、半干法脱硫和湿法脱硫。每种脱硫方法使用的脱硫添加剂都不同，本文以脱硫添加剂FD-10、脱硫添加剂FD-601、脱硫辅助剂AC-80为例，对脱硫添加剂在脱硫装置中的应用进行了有效的探讨和分析，通过实际的数据说明，在烟气脱硫的过程中使用上述添加剂之后，烟气中二氧化硫的含量从严重超标的99.76毫克有效的控制到了30毫克以下，并且有效的节省了其中烧碱的使用量，使得脱硫成本得到了有效的控制。通过上述分析说明，脱硫添加剂FD-10、脱硫添加剂FD-601、脱硫辅助剂AC-80这三种脱硫添加剂能够有效的促使脱硫效率得以提高，通过对这三种脱硫添加剂的研究，以期对未来的脱硫事业产生积极的影响。

参考文献：

[1] 宫俊亭，谢飞.PBA添加剂在湿法脱硫系统中的应用[J].电力科技与环保，2011，（6）：24-26.

[2] 段振亚，黄文博，董亚春等.添加剂对WX/U脱硫装置脱硫性能增强作用的试验研究[J].青岛科技大学学报（自然科学版），