双碱法脱硫塔原理深度解析## 一、双碱法脱硫工艺概述双碱法脱硫工艺，一般指钙钠双碱法脱硫工艺。该工艺是为了克服石灰/石灰石法烟气脱硫容易结垢的缺点而发展起来的。它采用纯碱吸收二氧化硫、石灰还原再生，再生后吸收液循环使用。与石灰/石灰石法相比，双碱法具有吸收速度快的优势，能够降低液气比，从而降低运行费用。而且，其在塔内使用钠碱清液吸收，可大大降低结垢机会，同时纯碱循环利用，提高了脱硫剂的利用率，比较适合中小型锅炉厂进行脱硫改造。## 二、双碱法脱硫的化学反应原理双碱法脱硫的基本化学原理可分为脱硫过程和再生过程两部分。### （一）脱硫过程脱硫过程的反应视吸收液酸碱度不同而异。当碱性较高（PH>9）时，启动反应为碳酸钠与二氧化硫反应生成亚硫酸钠和二氧化碳，即Na₂CO₃ + SO₂ → Na₂SO₃ + CO₂。随着反应进行，碱性降低，主要反应变为氢氧化钠与二氧化硫反应生成亚硫酸钠和水，即2NaOH + SO₂ → Na₂SO₃ + H₂O。当碱性到中性甚至酸性（5<PH<9）时，则按亚硫酸钠与二氧化硫和水反应生成亚硫酸氢钠的反应进行，即Na₂SO₃ + SO₂ + H₂O → 2NaHSO₃。### （二）再生过程（石灰乳再生）在再生过程中，石灰乳起到关键作用。亚硫酸氢钠与氢氧化钙反应生成亚硫酸钠、亚硫酸钙和水，即2NaHSO₃ + Ca(OH)₂ → Na₂SO₃ + CaSO₃ + 2H₂O。亚硫酸钠也会与氢氧化钙反应，生成氢氧化钠和亚硫酸钙，即Na₂SO₃ + Ca(OH)₂ → 2NaOH + CaSO₃。在石灰浆液达到过饱和状况时，亚硫酸氢钠很快跟氢氧化钙反应从而释放出钠离子，亚硫酸根离子跟钙离子反应，反应生成的亚硫酸钙以半水化合物形式慢慢沉淀下来，使钠离子得到再生。从理论上来说，碳酸钠只是作为一种启动碱，起动后实际消耗的是石灰，不过在清渣时会带出一些纯碱，因而有少量损耗。## 三、双碱法脱硫塔的工艺流程### （一）烟气进入阶段采用锻钢炉的烟气经换热降温至≤200℃后，经烟道从塔底进入脱硫塔。脱硫塔以空塔喷淋结构为主，空速小（4.0m/s），塔压力降小（≤600Pa），能够将集中除尘、脱硫、排烟气等功能集于一体。### （二）吸收反应阶段在脱硫塔内布置若干层数十支喷嘴，这些喷嘴会喷出细微液滴，使其雾化均布于脱硫塔容积内。烟气进入脱硫塔后向上升起，与向下喷淋的脱硫液以逆流式洗涤，实现气液充分接触，从而使烟气中二氧化硫和灰尘被脱硫液充分吸收、反应，达到脱尘除二氧化硫的目的。在喷淋塔内设置的高效雾化系统，会使该区段空间充满着由雾化器喷出的粒径为100 - 300μm的雾化液滴，烟气较长时间内在雾化区中穿行，二氧化硫有充足的机会与脱硫液接触，并不断与雾滴相碰而被脱除，同时残留烟尘被带上“水珠”，因质量增大而下沉。### （三）净烟气排出阶段经脱硫洗涤后的净烟气经塔顶除雾器脱水，经脱硫塔上部进入烟囱排入大气。由于设计的特殊性，经脱硫后的烟气通过塔顶除雾器时，能将烟气中的液滴分离出来，达到同时除尘除雾的效果，最终使洁净烟气达标排放。### （四）脱硫循液处理阶段脱硫循液经塔内气液接触除二氧化硫后，经塔底管道流入沉淀池，在此将灰尘沉淀下来。清液经上部溢流进入反应再生池，在池内与石灰乳液制备槽引来的石灰乳进行再生反应。再生液流入泵前循槽补入碳酸钠，由泵打入脱硫塔顶，用于脱除二氧化硫并循环使用。其中，再生产出的亚硫酸钙及烟气中过剩氧生成的硫酸钙于沉淀池中沉淀分离。## 四、双碱法脱硫塔的系统组成### （一）烟气系统来自锻钢的烟气经烟道引风机直接进入脱硫塔。脱硫塔制作完毕喷砂处理后，会进行氧树脂防腐6遍，塔内部件主要是喷嘴和防雾器，均为304不锈钢材质。当脱硫泵出现故障时，脱硫暂停反应，烟气可通过烟囱直接排入大气。### （二）脱硫塔二氧化硫吸收系统这是脱硫塔的核心系统之一。烟气在脱硫塔内与向下喷淋的脱硫液逆流接触，进行充分的汽液混合。该系统通过合理布置喷嘴，使脱硫液形成均匀的雾化区，让烟气中的二氧化硫有更多机会与脱硫液发生反应。同时，该系统还能保证气液接触的时间和面积，提高二氧化硫的吸收效率。### （三）吸收剂制备与补充系统该系统负责制备和补充吸收剂。在脱硫过程中，需要不断补充碳酸钠和石灰乳等吸收剂，以保证脱硫反应的持续进行。碳酸钠作为启动碱，在反应开始时起到重要作用；石灰乳则在再生过程中使吸收剂得以循环利用。### （四）再生池系统再生池是实现吸收剂再生的关键场所。在再生池中，脱硫循液与石灰乳发生再生反应，使钠离子得到再生，生成的亚硫酸钙沉淀分离。再生池的设计和运行对于保证吸收剂的循环使用和脱硫效率至关重要。### （五）石膏脱水处理系统再生产出的亚硫酸钙及氧化生成的硫酸钙沉淀在沉淀池中，需要通过石膏脱水处理系统进行处理。该系统将沉淀的亚硫酸钙和硫酸钙进行脱水，使其成为可利用的石膏产品，同时也减少了废弃物的排放。## 五、双碱法脱硫塔的优势### （一）运行成本较低双碱法脱硫工艺吸收速度快，可降低液气比，从而降低了运行过程中的能耗和药剂消耗。而且，纯碱可以循环利用，理论上只消耗石灰，进一步降低了脱硫剂的成本。### （二）减少结垢问题在塔内使用钠碱清液吸收二氧化硫，大大降低了结垢的机会。与石灰/石灰石法相比，双碱法能够有效避免因结垢导致的设备堵塞和维护困难等问题，提高了设备的运行稳定性和使用寿命。### （三）脱硫效率较高通过合理的工艺流程和系统设计，双碱法脱硫塔能够使烟气中的二氧化硫与脱硫液充分接触反应，脱除90%以上的二氧化硫，达到较好的脱硫效果，满足环保要求。### （四）适用性强双碱法脱硫工艺比较适合中小型锅炉厂进行脱硫改造，能够在不同规模的企业中发挥作用，具有较强的适用性和灵活性。## 六、双碱法脱硫塔存在的问题及解决方向### （一）存在的问题1. 二氧化碳消耗氢氧化钙量大：氢氧化钠或碳酸钠与二氧化硫反应的同时也会与二氧化碳反应，由于烟气中二氧化碳含量远远高于二氧化硫含量，二氧化碳与氢氧化钠反应后生成碳酸钠，导致大量碳酸钠排入置换系统，从而使二氧化碳消耗的氢氧化钙量很高。2. 硫酸钠影响脱硫效率：亚硫酸钠与石灰反应较快，但硫酸钠与氢氧化钙很难反应，随着脱硫循环水中硫酸钠含量不断增加，脱硫效率会不断下降，导致烟气排放超标，同时也会使烧碱消耗量大大增加。3. 反应效率控制困难：亚硫酸钠与石灰反应段无有效手段控制反应效率，无法控制置换效率，导致未经置换的亚硫酸钠氧化为硫酸钠，造成浪费并影响脱硫效率。4. 结垢问题依然存在：因为置换系统无法分辨氢氧化钠和氢氧化钙，故氢氧化钙在喷淋水中的含量会较高，导致结垢现象仍无法完全避免。### （二）解决方向1. 优化工艺参数：通过调整烟气的温度、流速、液气比等工艺参数，提高二氧化硫的吸收效率，减少二氧化碳与吸收剂的反应，降低氢氧化钙的消耗。2. 改进吸收剂配方：研究开发新型的吸收剂配方，提高吸收剂对二氧化硫的选择性，减少与二氧化碳的反应，同时增强对硫酸钠的处理能力。3. 加强反应控制：采用先进的监测和控制技术，对再生反应过程进行实时监测和控制，提高反应效率，减少硫酸钠的生成。4. 防垢技术研究：进一步研究防垢技术，如采用特殊的材质和涂层，减少氢氧化钙在设备表面的沉积，降低结垢的风险。总之，双碱法脱硫塔在工业脱硫领域具有重要的应用价值，但也存在一些问题需要不断改进和完善。通过深入研究其原理、工艺流程和系统组成，以及采取有效的解决措施，可以提高双碱法脱硫塔的性能和稳定性，更好地满足环保要求。