用于干法烟气净化的碳酸氢钠研磨工艺

Dipl.-Ing. (FH) Alexander Krauser

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1. 简介

当今采用碳酸氢钠为吸附剂的干法吸附工艺已成为一个有效的烟气净化手段，用于去除烟气中所含的各种污染物。其净化效果可与已知的其它方式相比，如采用石灰乳为吸附剂的喷雾吸附法。干法烟气净化不仅可用于煤电厂、垃圾或替代燃料焚烧厂，还可广泛地用于玻璃、水泥、冶金等行业的工业炉。采用干法烟气净化可以经济地达到烟气排放标准（例如中国的GB 13223）。

 

 

2. 碳酸氢钠用于烟气脱硫的基本原理

碳酸氢钠（小苏打， NaHCO3）可以用作烟气脱硫的吸附剂。它通过化学吸附去除烟气中的酸性污染物，同时，它还可通过物理吸附去除一些无机和有机微量物质。此工艺将碳酸氢钠细粉直接喷入高温烟气。在高温下碳酸氢钠分解生成碳酸钠Na2CO3、H2O和CO2。

 

 

新产生的碳酸钠Na2CO3在生成瞬间有高度的反应活性 ，可自发地与烟气中的酸性污染物进行下列反应:

 

 

一般情况下，烟气温度在140和250 °C之间。由于碳酸氢钠吸附剂的高度活性，通常略微过量的碳酸氢钠（化学计量因子在1.1和1.3之间）就足够 。 

 

原则上碳酸钠（苏打，Na2CO3）也可用于烟气脱硫。碳酸钠的反应活性稍低，但工艺流程几乎不变。本文对碳酸钠脱硫不作进一步阐述。

 

 

3. 碳酸氢钠研磨系统

由于运输和存储的原因，碳酸氢钠原料通常是粗颗粒（d50值约为200微米）。如要达到较高的反应活性，吸附剂必须有较大的比表面积。因此在注入烟气管道前，碳酸氢钠必须研磨至一定细度。比如，要去除SO2碳酸氢钠细度须达到d90 < 20 µm。而去除HCl只要求d90 < 35 µm。如果系统操作正确，可以去除95%以上的SO2；HCl的去除率甚至可达 99%。

 

为了在长期操作中保持所需的碳酸氢钠细度，通常采用带分级机的冲击磨，亦称分级磨，如阿尔派的Powderplex分级磨APP系列。研磨后，吸附剂以气体输送方式运输并通过多个喷嘴直接通入烟气管道，以保证其在管道内均匀分散。这套设备设计简单耐用，与其它烟气净化方式相比，它的投资和运营成本均较低。

 

图1是常规负压流程的示意图，在此流程中碳酸氢钠从贮罐(A)通过一台螺旋输送机(1)定体积地供给下游的APP分级磨(4)。所需的吸附剂的量可由脱硫前后的污染物浓度趋势曲线计算，并通过变频器对螺旋输送机进行控制。在螺旋输送机和分级磨之间须安装旋转阀，用于隔离气流，以免气流影响螺旋输送机的定量进料。碳酸氢钠在分级磨中进行研磨后，细粉由一台物料输送风机(5)气体输送至烟气管道(B)。

 

此操作模式中的积垢问题经常是讨论的焦点。设备的清洗，特别是物料输送风机的清洗过于耗时。此外，在开机和关机过程中风机叶轮上的积垢还可能剥落，导致风机的振动及其运转状态的振荡。

 

因此考虑由负压流程改为正压流程。在新的工作模式下风机安装在分级磨之前，将工艺空气压入研磨系统（图2）。这种工作模式的优点是研磨后的碳酸氢钠不通过风机运输，完全避免了风机的积垢问题。此外，风机的耗电也有所降低，使经营成本更低。

图1： 常规负压流程                                                                         图2：正压流程

 

 

4. 分级磨设计和工作原理

研磨厂的核心设备是一台分级磨。碳酸氢钠粗颗粒在分级磨下半部通过与研磨工具的相互撞击进行研磨。工艺空气从磨机底部沿切线方向进入磨机，并上行将物料运输至动态分级机。分级机的工作原理是物料颗粒所受的力平衡，一方面是空气带颗粒向内通过分级轮的曳力，另一方面是分级轮高速转动引起的离心力。空气带着小颗粒通过分级轮离开分级磨，大颗粒则被分级轮挡回继续研磨。

 

因此，通过调节分级轮转速或工艺空气流量可以得到不同的产品细度。图3的示例显示了阿尔派160APP分级磨达到的产品粒度分布。

 

图3：阿尔派160APP分级磨达到的不同产品粒度分布，大致产量：粒度为d90 = 20 µm可达160 kg/h ±15%；粒度为d90 = 40 µm可达220 kg/h ±15%。

 

 

5. 总结

干法吸附工艺去除气态无机污染物已取得了很大的市场份额，特别是在欧洲。此工艺已经成为去除氯化氢，氟化氢和硫氧化物的标准工艺之一，尤其适合于焚烧厂烟气的在线净化。

通过工艺及设备技术的最新发展，干法烟气净化工艺的性能完全可以与高效的湿法工艺相媲美 。采用碳酸氢钠的干法烟气净化工艺的适用性和经济性需要每个个案单独分析。

采用阿尔派Powderplex分级磨APP的碳酸氢钠研磨系统为此成就作出了重要贡献。研磨系统的灵活定制，简单耐用的设备设计极大地提高了设备的可用性和烟气净化流程的可靠性。