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烟气吸收塔喷淋系统喷嘴垢样的成分分析及溶解研究

更新时间:2009-03-28

随着中国工业的快速发展,城市污泥急剧增长,严重污染了环境,因此,对废弃污泥的处理越来越成为一个严峻的问题[1-4]。由二氧化硫排放导致的硫酸型酸雨给人们生活环境和社会经济发展造成了严重的影响,主要体现在对水生态和陆地生态系统的破坏[5]。目前二氧化硫污染已成为制约我国经济、社会可持续发展的重要因素,随着我国对二氧化硫排放标准的日趋严格,控制二氧化硫排放已成为环保监管部门对运行企业的重点要求。

这些问题我们是解答不了的,因为除了按书本章节背了一些理论外,其他就不甚了了。巴克夏被问得支支吾吾,满头冒汗,求援似的望着我。我灵机一动,连忙遮掩:“大家问的都是关于农作物的疾病与虫害部分,将来会讲到的,现在暂不涉及——”

烟气脱硫是当前运用最广、效率最高的脱硫技术,可分为干法、半干法、湿法三种工艺,其中湿法脱硫技术以效率高、运行可靠、操作简单等优势应用最为广泛[6]。湿法脱硫系统位于除尘系统之后的烟道末端,应用液体吸收剂洗涤或吸收,从而脱除烟气中的二氧化硫。成都市兴蓉污泥处理有限责任公司运用的钠碱法脱硫是对碱性水溶液脱硫技术的改进,采用NaOH水溶液吸收SO2[7-8]。主要发生如下反应:

2NaOH + SO2 → Na2SO3 + H2O

Na2SO3 + SO2 + H2O → 2NaHSO3

图2(a)、(b)和(c)分别是喷嘴垢样在500、5000和50000倍电镜扫描下的电镜图,在视野范围内,晶体较小,晶型较密集,表面粗糙,晶体有部分聚结现象。从形貌上来看,可以大致判断出该垢样不止含有一个物相,而是多种物相的混合。

2NaHSO3 + 2NaOH + O2 → 2Na2SO4 + 2H2O

由于钠碱法脱硫过程产生大量的SO42-和SO32-等阴离子,这些阴离子与循环系统料液或自来水中的Ca2+离子结合,形成低溶解度的CaSO4、CaSO3等难溶物。同时污泥焚烧后带入的F-使脱硫系统中也含有难溶的CaF2。这些难溶物的存在会造成湿法塔烟气脱硫系统吸收塔、氧化槽、管道、喷嘴等部位的结垢和堵塞,导致二次污染、运转效率低下或不能运行等严重的后果。因此湿法脱硫虽广泛使用,但其在运行中易产生结垢,造成烟气脱硫吸收塔喷淋系统喷嘴堵塞、脱硫产物难处理等问题[9]。结垢堵塞问题成为了热电及焚烧行业采用湿法脱硫处置烟气的行业问题。为此,我们对成都市地区污泥处理过程中湿法塔脱硫系统喷嘴垢样成分进行分析,并提出合理的溶垢措施。

1 材料与方法

1.1 化学试剂与垢样

Na2CO3和HCl均为分析纯,购自国药集团化学试剂有限公司;垢样取自成都市兴蓉污泥处理有限责任公司湿法塔喷淋系统的喷嘴。

黑河下游额济纳绿洲抢救与生态保护工程实施浅谈…………………………………………………… 罗 放(18.34)

1.2 垢样成分测试

取一定量喷嘴垢样,用二次水和无水乙醇冲洗三次,在电热恒温鼓风干燥箱内60℃下干燥24小时,碾磨成粉后,对其做X射线粉末衍射分析,再将测得的衍射峰与标准X-射线衍射卡片对比,以确定污垢的主要组成物质。通过扫描电镜(SEM)观察垢样的微观形貌,采用能量色散X射线光谱 (EDS)分析垢样的元素组成。

1.3 垢样溶解

采用物相转化法对垢样进行清洗。物相转化就是将难溶于酸的水垢转化成易溶于酸的水垢,即采用Na2CO3进行物相转化,将硫酸钙(亚硫酸钙)垢样转化成碳酸钙垢样后,再用HCl溶解。

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2 结果和讨论

2.1 X射线粉末衍射(XRD)

XRD图谱(图1)显示,该喷嘴垢样的主要成分为CaSO4.(H2O)2、CaF2和CaSO3.(H2O)0.5

  

图1 喷嘴垢样的X-射线衍射谱

2.2 扫描电子显微镜(SEM)

通过扫描电镜可以观察到喷嘴垢样中的典型晶体结构,这些典型晶体结构大量出现在扫描电镜视野内,是垢样的主要成分。图2是不同倍数下电镜的扫描图,由此对喷嘴垢样进行初步分析。

2Na2SO3 + O2 → 2Na2SO4

2.3 能量色散X射线光谱(EDS)

通过扫描电镜可以观察到喷嘴垢样的典型晶体构型,这些典型晶体构型大量出现在扫描电镜视野内,是垢样的主要成分。对该垢样的典型晶体构型进行能谱面扫描,可以判断其元素组成及原子比,也可以表明垢样中的主要成分。结果见图3和表1。

2.4.2 垢样溶解步骤及溶解率计算

(1)取六份垢样,分别标为a、b、c、d、e和f,其原始质量如表2所示。

  

图2 喷嘴垢样的扫描电子显微镜图

  

图3 喷嘴垢样的能量色散X射线光谱

 

1 喷嘴垢样晶型主要元素原子比

  

元素CaNaFeSFOC原子比(%)15.260.580.3512.3514.1356.760.57

2.4 垢样溶解

综合上述表征可知,喷嘴垢样的主要组分包含CaSO4·(H2O)2、CaF2和CaSO3·(H2O)0.5,同时含有少量的碳酸盐、钠盐和铁盐,这些垢样造成烟气脱硫吸收塔喷淋系统喷嘴堵塞、脱硫产物难处理等问题。因此,在工业生产中一方面要防止垢CaSO4和CaF2生成,另一方面对已形成的垢样,需要寻找溶垢效率高且成本低的试剂和操作简便的有效方法;目前出现的溶解硫酸钙技术均为专利技术,成本较高,不利于推广,因此对这方面进行研究是十分必要的,它具有广泛的实用价值。

在这里,我们根据实际垢样,采用物相转化法对该垢样进行清洗。物相转化就是将难溶于酸的水垢转化成易溶于酸的水垢,即采用Na2CO3物相转化,将硫酸钙(亚硫酸钙)垢样转化成碳酸钙垢样后,再用HCl溶解,可以有效提高难溶硫酸盐污垢的溶解能力。实践证明,这种方法既有效又快捷。对应的化学反应为:

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CaSO4/CaSO3与Na2CO3反应以后,我们对其反应产物进行XRD分析(图4),结果显示形成的沉淀物大多为碳酸钙,另有少量未转化的CaF2共存。

CaSO3 + CO32- = CaCO3 + SO32-

2.4.1 物相转化后垢样的XRD分析

CaCO3 + 2H+ = Ca2+ + CO2 + H2O

CaSO4 + CO32- = CaCO3 + SO42-

由图3可观察到,喷嘴垢样中的晶型大小形状不一,进一步证实其含有多种物相。通过对其进行能谱分析及计算(见表1),这类晶型主要由Ca、Na、Fe、S、F、O和C构成,其所占原子比例分别为15.26%、0.58%、0.35%、8.22%、28.26%、46.76%和0.57%。假设垢样中的F元素均以CaF2的形式存在,则垢样中含7.06%的CaF2。C元素的存在可知垢样中还含有少量的碳酸盐。Na和Fe元素的存在表明垢样中还含有未彻底溶解的钠盐或铁盐。据原子比可知,氧硫原子比例为4.6,大于4,结合X射线衍射的结果可以判断多出的一部分氧包含CaSO4和CaSO3结晶水中的氧以及部分钠盐或者铁盐晶体中的氧。

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图4 物相转化后喷嘴垢样X-射线衍射谱

(2)将六份垢样浸泡在100 g/L Na2CO3溶液中,在40℃水浴中转化24h(a,b),48h(c,d)和72h(e,f)。

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(3)转化一定时间后,取出来用5%盐酸溶解24h,过滤洗涤数次,烘干,称量,计算溶解率如表3所示。

3.2.1 护士在洗手、手消毒、戴手套、戴口罩方面执行情况良好 调查结果显示,86.14%的护士在诊疗和护理患者前洗手,90.66%的护士护理患者从污染部位移到清洁部位时洗手;在接触未明确诊断的患者时几乎没有人不戴口罩的;接触患者血液、体液、分泌物等物质时戴手套及在接触患者黏膜或者破损皮肤时戴手套,从调查显示看,执行情况也良好,分别达83.74%和81.76%;说明医院在洗手、手消毒、戴手套、戴口罩等相关知识的培训力度和质量相对较高,护士们大大地提高了对标准预防行为的依从性,也提高了感染性疾病的预防控制水平。

 

2 喷嘴垢样的原始质量

  

垢样编号abcdef垢样质量(g)6.50407.92917.79777.10594.17174.9428

 

3 喷嘴垢样的溶解率

  

垢样编号原始质量/g转化时间/h剩余质量/g溶解量/g溶解率a6.5040240.65375.850389.95%b7.929124083557.093689.46%c7.7977480.69297.104891.11%d7.1059480.50716.598892.86%e4.1717720.33253.839292.03%f4.9428720.34854.594392.95%

实验结果表明,增加转化时间,可以提高喷嘴垢样的转化率,然后加入到HCl中反应,生成CO2和H2O,该反应进行的比较彻底:在100 g/L Na2CO3溶液中转化24h后,垢样a、b与5%盐酸反应24h后其溶解率至少在89%左右;在10 g/L Na2CO3溶液中转化48h后,垢样c、d与5%盐酸反应24h后其溶解率至少在92%左右;在100 g/L Na2CO3溶液中转化72h后,垢样e、f与5%盐酸反应24h后其溶解率在92%左右。由此可知,随转化时间的增加,喷嘴垢样在HCl中的溶解率增加,但转化到一定程度后,垢样中还残留一部分CaF2等难溶物,溶解率基本维持不变。

3 结论

(1)通过X-射线衍射、扫描电子显微镜和能量色散X射线对喷嘴垢样的成分进行了分析,结果显示垢样的主要物相为CaSO4·(H2O)2、CaF2和CaSO3·(H2O)0.5

(2)采用物相转化两步法对喷嘴垢样进行化学清洗,可以有效地将该喷嘴垢样清除干净,清洗效果十分理想。

(3)用碳酸钠作转化剂,对物相转化两步法的实施起到了重要作用。

(4)物相转化两步法在化学清洗中具有先进性和实用性,为化学清洗工作者提供了宝贵经验。

参 考 文 献

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贾彪,王伟怡,王珺玉,朱贵磊,文季秋,姚亚东
《环保科技》 2018年第02期
《环保科技》2018年第02期文献

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