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          用于干法煙氣凈化的碳酸氫鈉研磨工藝

          Dipl.-Ing. (FH) Alexander Krauser
          HOSOKAWA Alpine AG
          Peter-D?rfler-Str. 13-25
          86199 Augsburg
          Tel.: +49(0)821 / 5906-384
          Fax: +49(0)821 / 5906-438
          a.Krauser@Alpine.Hosokawa.com
           
           
           
          1. 簡介
          當今采用碳酸氫鈉為吸附劑的干法吸附工藝已成為一個有效的煙氣凈化手段,用于去除煙氣中所含的各種污染物。其凈化效果可與已知的其它方式相比,如采用石灰乳為吸附劑的噴霧吸附法。干法煙氣凈化不僅可用于煤電廠、垃圾或替代燃料焚燒廠,還可廣泛地用于玻璃、水泥、冶金等行業的工業爐。采用干法煙氣凈化可以經濟地達到煙氣排放標準(例如中國的GB 13223)。
           
           
          2. 碳酸氫鈉用于煙氣脫硫的基本原理
          碳酸氫鈉(小蘇打, NaHCO3)可以用作煙氣脫硫的吸附劑。它通過化學吸附去除煙氣中的酸性污染物,同時,它還可通過物理吸附去除一些無機和有機微量物質。此工藝將碳酸氫鈉細粉直接噴入高溫煙氣。在高溫下碳酸氫鈉分解生成碳酸鈉Na2CO3、H2O和CO2。
           
           
          新產生的碳酸鈉Na2CO3在生成瞬間有高度的反應活性 ,可自發地與煙氣中的酸性污染物進行下列反應:
           
           
          一般情況下,煙氣溫度在140和250 °C之間。由于碳酸氫鈉吸附劑的高度活性,通常略微過量的碳酸氫鈉(化學計量因子在1.1和1.3之間)就足夠 。 
           
          原則上碳酸鈉(蘇打,Na2CO3)也可用于煙氣脫硫。碳酸鈉的反應活性稍低,但工藝流程幾乎不變。本文對碳酸鈉脫硫不作進一步闡述。
           
           
          3. 碳酸氫鈉研磨系統
          由于運輸和存儲的原因,碳酸氫鈉原料通常是粗顆粒(d50值約為200微米)。如要達到較高的反應活性,吸附劑必須有較大的比表面積。因此在注入煙氣管道前,碳酸氫鈉必須研磨至一定細度。比如,要去除SO2碳酸氫鈉細度須達到d90 < 20 μm。而去除HCl只要求d90 < 35 μm。如果系統操作正確,可以去除95%以上的SO2;HCl的去除率甚至可達 99%。
           
          為了在長期操作中保持所需的碳酸氫鈉細度,通常采用帶分級機的沖擊磨,亦稱分級磨,如阿爾派的Powderplex分級磨APP系列。研磨后,吸附劑以氣體輸送方式運輸并通過多個噴嘴直接通入煙氣管道,以保證其在管道內均勻分散。這套設備設計簡單耐用,與其它煙氣凈化方式相比,它的投資和運營成本均較低。
           
          圖1是常規負壓流程的示意圖,在此流程中碳酸氫鈉從貯罐(A)通過一臺螺旋輸送機(1)定體積地供給下游的APP分級磨(4)。所需的吸附劑的量可由脫硫前后的污染物濃度趨勢曲線計算,并通過變頻器對螺旋輸送機進行控制。在螺旋輸送機和分級磨之間須安裝旋轉閥,用于隔離氣流,以免氣流影響螺旋輸送機的定量進料。碳酸氫鈉在分級磨中進行研磨后,細粉由一臺物料輸送風機(5)氣體輸送至煙氣管道(B)。
           
          此操作模式中的積垢問題經常是討論的焦點。設備的清洗,特別是物料輸送風機的清洗過于耗時。此外,在開機和關機過程中風機葉輪上的積垢還可能剝落,導致風機的振動及其運轉狀態的振蕩。
           
          因此考慮由負壓流程改為正壓流程。在新的工作模式下風機安裝在分級磨之前,將工藝空氣壓入研磨系統(圖2)。這種工作模式的優點是研磨后的碳酸氫鈉不通過風機運輸,完全避免了風機的積垢問題。此外,風機的耗電也有所降低,使經營成本更低。
          圖1: 常規負壓流程                                                                         圖2:正壓流程
           
           
          4. 分級磨設計和工作原理
          研磨廠的核心設備是一臺分級磨。碳酸氫鈉粗顆粒在分級磨下半部通過與研磨工具的相互撞擊進行研磨。工藝空氣從磨機底部沿切線方向進入磨機,并上行將物料運輸至動態分級機。分級機的工作原理是物料顆粒所受的力平衡,一方面是空氣帶顆粒向內通過分級輪的曳力,另一方面是分級輪高速轉動引起的離心力??諝鈳е☆w粒通過分級輪離開分級磨,大顆粒則被分級輪擋回繼續研磨。
           
          因此,通過調節分級輪轉速或工藝空氣流量可以得到不同的產品細度。圖3的示例顯示了阿爾派160APP分級磨達到的產品粒度分布。
           
          圖3:阿爾派160APP分級磨達到的不同產品粒度分布,大致產量:粒度為d90 = 20 μm可達160 kg/h ±15%;粒度為d90 = 40 μm可達220 kg/h ±15%。
           
           
          5. 總結
          干法吸附工藝去除氣態無機污染物已取得了很大的市場份額,特別是在歐洲。此工藝已經成為去除氯化氫,氟化氫和硫氧化物的標準工藝之一,尤其適合于焚燒廠煙氣的在線凈化。
          通過工藝及設備技術的最新發展,干法煙氣凈化工藝的性能完全可以與高效的濕法工藝相媲美 。采用碳酸氫鈉的干法煙氣凈化工藝的適用性和經濟性需要每個個案單獨分析。
          采用阿爾派Powderplex分級磨APP的碳酸氫鈉研磨系統為此成就作出了重要貢獻。研磨系統的靈活定制,簡單耐用的設備設計極大地提高了設備的可用性和煙氣凈化流程的可靠性。
           
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