（工程热物理专业论文）湿法烟气脱硫技术研究.pdf

独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得逝望盘堂或其他教育机 构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献 均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：司鸯多 签字日期： m 声z 月玎日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解滥- 江态茎有关保留、使用学位论文的规定， 有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和 借阅。本人授权滥鎏盘茎可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库 进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名 别f 9 磅 签字日期：坩2 - 月万日 学位论文作者毕业后去向： 工作单位：华曩色淡1 ：艮己 通讯地址：，k 蟛耷火亏够 厂乡 导师躲历劾 签字日期：反t 哆年文月影目 电话：( 。) z 汐7 7 n ， 邮编：扮一d ? 浙江大学硕士学位论文 摘要 湿法烟气脱硫作为一种相对较成熟、脱硫效率较高的脱硫技术，得到了广泛 的应用。但是，由于其投资运行成本高，尚不能被我国般电厂和工业锅炉所接 受。因此，如何降低投资运行成本、并在此基础上提高湿法烟气脱硫装置的效率 己显得非常重要。本文以此为目的对液柱冲击塔内阻挡层构造对塔内阻力和脱硫 效率的影响、液柱冲击塔的氧化系统中亚硫酸钙的氧化速率及石膏的结晶过程进 、行了研究，另外还专门对采用实心填料球的湍球塔内阻力和脱硫效率进行了较为 详细的研究。 实验通过改变液柱冲击塔内阻挡层阻挡元件形状、通流截面大小、阻挡层高 度，测量相应工况下的吸收段阻力和脱硫效率，总结出阻力特性和脱硫效率随阻 挡元件形状、通流截面、阻挡层高度的变化趋势，并为工业应用提供依据。实验 结果表明，在工业应用上，可以采用适当大些的通流截面的阻挡层，并把阻挡层 高度适当降低。没有特别要求，对阻挡元件的具体形袄可以不予考虑。 通过测量初始浆液浓度、氧化时间、p h 值、温度、灰渣、催化剂( s o 。) 对亚硫酸钙的氧化速率的影响，为工程应用提供一定的依据。石膏晶体形态的影 响因素较多，包括温度、表面活性剂、盐类、处理时间、溶液过饱和度、杂质等， 这些因素对石膏晶体形态的影响还有待进一步研究，研究结果将决定如何通过这 些因素来改善石膏质量。 测量了不同工况下湍球塔阻力和脱硫效率，与传统空心填料球不同，着重于 实心填料球的研究，给出了气体速度与湍球塔阻力的关系曲线、静止床层高度与 湍球塔阻力的关系曲线、液体喷淋量与湍球塔阻力的关系蓝线、填料球密度与湍 球塔阻力的手系曲线，钙硫摩尔比、液气比、吸收剂浆液浓度对脱硫p 率的影响 曲线，并提出了结论，为湍球塔在工业应用中的参数选择提供了依诹。 针对新型的液柱冲击塔，用非稳态传质反应理论建立了塔内s 0 2 吸收过程的 物理和数学模型。该模型全面地考虑了浆液中各种离子以及各种有限速率的反 应，文中运用模型对阻挡层结构形式改变下的脱硫效率进行了计算，模型计算结 果与试验结果相对吻合较好，对液柱冲击塔的工业应用起到了一定的指导作用。 关键词：脱硫效率阻力液柱冲击塔阻挡层氧化速率结晶湍球塔 实心填料球 浙江大学硕士学位论文 a b s t r a c t l i m e l i m e s t o n ew e tf l u eg a sd e s u l f u r i z a t i o n ( w f g d ) t e c h n o l o g yw i t hh i g hd e s u l f u r i z a t i o n e f f i c i e n c yi sb e i n ga p p l i e dw i d e l yf o rc o a l - f i r e dp o w e rp l a n ta l lo v e rt h ew o r l d b u tt h ec a p i t a l c o s ta n do p e r a t i o nc o s ta l et o oe x p e n s i v et ob ea c c e p t e db yo u rc o n s u m e r i nt h et h e s i sd e t a i l e d r e s e a r c h e so nw f g da r ec a r r i e do u ti no r d e rt od e c r e a s ei t sc a p i t a lc o s ta n do p e r a t i o nc o s t n ”r e s i s t a n c ea n dd e s u l f i t r i z a t i o ne f f i c i e n c yw e r em e a s u r e db yc h a n g i n gt h es t y l e p a s s s e c t i o n a n d h e i g h to fl l l eb a f f i ei nt h i se x p e r i m e n t t h er e l a t i o nc u r v e sb e t w e e nt h er e s i s t a n c e a n dt h es t y l e ，t h ep a s ss e c t i o n ，a n dt h eh e i g h to ft h eb a f f l e ，a n dt h er e l a t i o nc u r v e sb e t w e e n d e s u l f u r i z a t i o na n dt h es t y l e ，t h ep a s ss e c t i o n ，a n dt h eh e i g h to ft h eb a f f l ew e r es u m m a r i z e di nt h i s p a p e r n ”r e s u l tg i v e st h ep r i n c i p l ef o r t h ei n d u s t r i a la p p l i c a t i o no f i m p i n g es t r e a ms c r u b b e r t h e e x p e r i m e n tr e s u l ts h o w st h a tw ec a ni n c r e a s et h ep a s ss e c t i o no ft h eb a f f l et od e c r e a s et h e r e s i s t a n c eo ft h ei m p i n g es t r e a l ns c r u b b e r , a n dd e c r e a s et h eh e i g h to ft h eb a f f l et oi n c r e a s et h e d e s u l f u r i z a f i o no f t h ei m p i n g es t r e a ms c r u b b e r d e s u l f u r i z e dg y p s u mc a l lb eu s e da st h es u b s t i t u t eo f p l a s t e ro f p a r i s ，b e c a u s et h ec h e m i c a l c o m p o s i t i o n s o fd e s u l f u r i z e dg y p s u ma n dp l a s t e ro fp a r i sa r es i m i l a r t h ec h a n g eo ft h e p a r a m e t e r so f t h es y s t e mo f d e s u l f u r i z a t i o nw i l lh a v ee f f e c to nt h eq u a l i t yo f d e s u l f u r i z e dg y p s u m w h e nc a s 0 3 1 2 h 2 0i so x i d i z e dt oc a s 0 4 。2 h 2 0 i nt h i sp a p e r , w ec h a n g et h ec o n c e n t r a t i o no f t h es l u r r y , t h et i m e ，t h ep hv a l u e ，t h et e m p e r a t u r e ，t h eq u a n t i t yo ft h ea s h ，a n dt h ec a t a l y z e r , e n d t h er a t eo fs u l p h i t eo x i d a t i o nu n d e rc o r r e s p o n d i n gc o n d i t i o n si sm e a s u r e d n l er e s u l tg i v e st h e p r i n c i p l ef o rt h ei n d u s t r i a la p p l i c a t i o n t h e r ea r em a n yf a c t o r st h a ta f f e c tt h ec r y s t a ls h a p eo f t h e g y p s u m , i n c l u d i n gt h er e a c t i o nt e r a p e m t u r e ，t h es u r f a c t a n t , t h ea q u e o u ss o l u t i o nc o n s i s t i n go f s o m ea l k a l ie a r t hm e t a ls a l t s ，t h er e a c t i o nt i m e ，t h es u p e r s a t u r a t i o no ft h es o l u t i o n ，a n dt h e i 1 1 1 _ p u n t y t h e s ef a c t o r sw i l la f f e c tt h eq u a l i t yo f t h ed e s u l f u r i z e dg y p s u mt o o n 坨r e s i s t a n c ea n dd e s u l f u r i z a t i o ne f f i c i e n c yo ft u r b u l e n tc o n t a c ta b s o r b e r ( t c a li n d i f f e r e n tc o n d i t i o n si sm e a s u r e di nt h i sp a p e r w ep u te m p h a s i so nt h er e s e a r c ho fs o l i ds t u f f i n g b a l lw h i c hi sd i f i e r e n tf r o mh e l l o ws t u f f i n gb a l l t h er e l a t i o nc u r v e sb e t w e e nt h er e s i s t a n c ea n d t h ea i rs p e e do f t c a ，t h er e s i s t a n c eo f t c aa n dt h eh e i g h to f s t i l ls t u f f i n g ，a n dt h ec u r v eb e t w e e n t h er e s i s t a n c eo f t c aa n dt h es p r a y i n gq u a n t i t yo f w a t e r , t h er e s i s t a n c eo f t c aa n dt h ed e n s i t yo f t h es t u f f i n ga r eg i v e n t h i sp a p e ra s os h o w st h er e l a t i o nc u r v e sb e t w e e nc a sa n dd e s u l f u r i z a t i o n e f f 丘c i e n c y , t h er e l a t i o nc u w e sb e t w e e nt h es p r a y i n gq u a n t i t yo fw a t e ra n dt h ed e s u l f u r i z a t i o n e f f i c i e n c ya n dt h er e l a t i o nc u r v e sb e t w e e nt h ec o n c e n t r a t i o no ft h es l u r r ya n dt h ed e s u l f u r i z a t i o n e f f i c i e n c y a tt h ee n do ft h i sp a p e r , w eg e t 血er e s u l tc o n c l u d e df r o mt h ee x p e r i m e n td a t a n i e r e s u l tg i y e s t h e p r i n c i p l e f o r t h es e l e c t i o no f t h e p a r a m e t e r o f i n d u s t r i a la p p l i c a t i o no f t c a t h em o d e lo fs 0 2a b s o r p t i o ni nt h ei m p i n g es t r e a ms c r u b b e ri se s t a b l i s h e db a s e do n u n s t e a d ys t a t em a s st r a n s f e rr e a c t i o nt h e o r y n l em o d e lc o n s i d e r sb o t hi n s t a n t a n e o u se q u i l i b r i u m r e a c t i o n sa n dr e a c t i o n sw i t hf i n i t er a t e s t h ee f f e c t so f t h es t r u c t u r eo f t h eb a m eo nt h ea b s o r p t i o n o f s 0 2a l ea n a l y z e db a s e do nt h em o d e l n l er e s u l t sa g r e ew e l lw i t ht h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t s 1 1 l e m o d e li su s e f u lt oa p p l i c a t i o no f i m p i n g es t r e a m s c r u b b e ri ni n d u s t r y k e yw o r d s ：d e s u l f u r i z a t i o ne f f i c i e n c y o x i d a t i o nv e l o c i t y c r y s t a l r e s i s t a n c e i m p i n g es b - e a ms c r u b b e r b a f f l e t u r b u l e n tc o n t a c ta b s o r b e rs o l i ds t u f f i n gb a l l 2 浙江大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1s 0 2 的来源及其危害 随着人类社会的飞速发展，对能源的需求有增无减。而煤炭和石油是现今以 及今后很长一段时间内的主要能源来源，这注定环境污染问题将日趋剧烈。尤其 在我国这样一个以煤炭为主要能源的国家，煤炭一直占我国能源的生产和消耗的 7 0 以上。随着经济的快速发展，煤炭消费不断增长。1 0 8 0 年煤炭消耗量是6 亿吨，到1 9 0 5 年已达到1 2 8 亿吨，1 5 年增加了1 倍多。由于煤炭的燃烧而造 成的对大气的污染非常严重，其中，二氧化硫是主要的大气污染物之一，其污染 源分为两大类；天然污染源和入为污染源。这两种污染源的特点如表1 - l 所示。 表1 1 二氧化硫天然污染源和人为污染源特点比较 发生源特性及影响排放比例 1 ) 海洋硫酸盐盐雾； 1 ) 全球性分布，在广阔地 2 ) 缺少氧化的水和土壤释 区以低浓度排放，在大气 放的硫酸盐； 中易于稀释和被净化； 3 ) 细菌分散的有机化合 2 ) 一般不会产生酸雨现 1 3 物： 象； 4 ) 火山爆发； 3 ) 人力无法控制 5 ) 森林失火等 1 ) 矿物燃料燃烧，占3 4 1 ) 比较集中，在占地球表 以上： 面不到1 的城市和工业 2 ) 金属冶炼；区上空占主导地位： 3 ) 石油生产；2 ) 是发生酸雨的基本原 2 3 4 ) 化工生产；因； 5 ) 采矿等 3 ) 人力可以控制 从上表中可以看出，天然污染源由于量少、砸广、易稀释和净化，对环境的 危害不大，而人为污染源由于量大、集中、浓度高对环境造成严重危害。1 9 8 8 年世界卫生组织和联合国环境规划署公布的调查报告中指出：根据1 5 年来6 0 多个国家监钡l j 获得的统计资料显示，由人类制造的二氧化硫每年达1 8 亿吨，比 烟尘等悬浮粒子1 0 亿吨还多，已成为大气环境的第一大污染物。 二氧化硫是当今人类面临的主要大气污染物之一，属于低浓度、长期的污染， 它自日存在对自然生态环境、人类健康、工农业生产、建筑物及材料等方面都造成 了一定程度的危害。 二氧化硫对人体健康的影响主要是通过呼吸道系统进入人体。与呼吸器官作 用，引起或加重呼吸器官的疾病，如鼻炎、咽喉炎、支气管炎、支气管哮喘、肺 气肿、肺癌等，如重庆市污染严重地区肺癌死亡率逐年上升，超过5 0 1 0 万，比 相对清洁区高4 7 倍；长沙市个剐街区的肺癌死亡率高达9 4 ，3 8 l o 万：沈阳和 青岛流行病学研究表明，居住在重污染区内儿童的呼吸道阻力( 6 4 1 0 6 c m h ：o l s ) 明显高于清洁区内的儿童( 4 2 9 8 0 c m h ：o l s ) ，并发现气道阻力与大气中二氧化 硫浓度呈正相关，相关系数为r = o 9 9 9 6 ：居住在重污染区儿童的肺功能中期流 速( 埘f ) 均值明显低于居住在清洁区内的儿童。此外，二氧化硫还会被飘尘吸 浙江大学硕士学位论文 附，二氧化硫和飘尘的协同效应，使其对人体的危害更大。历史上，与二氧化硫 污染有关的污染事故屡见不鲜，如最早在1 9 3 0 年1 2 月1 5 日，在比利时的马 斯河谷，烟尘和s 。2 使一周内平均死亡率剧增，导致6 0 0 0 多入发病，6 0 多入死 亡；最近的在1 9 7 0 年，日本东京，由于光化学烟雾加s 0 。，在无风环境下受害者 近万人。 酸雨对生态系统的影响及破坏主要表现在使土壤酸化和贫瘠化，农作物及森 林生长减缓，湖水酸化，鱼类生长受到抑制，对建筑物和材料有腐蚀作用，加速 风化过程等，如重庆市自8 0 年代以来，受酸雨影响，林区8 5 的马尾松受到不 同程度伤害，死亡率达3 5 ；有关研究显示，1 9 9 5 年我国由于酸雨和二氧化硫污 染造成人体健康和农作物、森林等方面的经济损失约为1 1 0 0 多亿元，已接近当 年全国国民生产总值的2 ，成为制约我国经济和社会发展的重要因素。加拿大 安大略省已有2 0 0 0 4 0 0 0 个湖泊变成酸性，鳟鱼和鲈鱼已不能生存。美国对纽 约东北部的阿几隆达克山区所进行的调查表明，该地区2 1 4 个湖泊中，p h 值在5 以下的已达半数之多，8 2 个湖泊已无鱼类生存。 此外，酸雨还加速了许多用于建筑结构、桥梁、水坝、工业装备、供水管网、 地下贮罐、水轮发电机组、动力和通讯设备等的材料的腐蚀。酸雨对人体健康也 产生间接的影响。酸雨使地面水成酸性，地下水中的金属含量也增高，饮用这种 水或食用酸性河水中的鱼类会对人体健康产生危害。 1 1 。1 我国$ 0 2 的捧放现状 我国是一个燃煤大国，大量的燃煤和煤中较高的含硫量导致大量的s o , 排放。 随着我国国民经济的发展，煤炭消费不断增长，燃煤排放的二氧化硫也不断增加。 表1 1 显示了我国1 9 8 0 至1 9 9 5 年间的二氧化硫排放量。1 9 8 3 至1 9 9 1 年期间。 全国二氧化硫排放总量年均增长速度为3 8 4 ，而1 9 9 0 至】9 9 5 年间，我国二 氧化硫排放总量从1 4 9 5 。1 万吨增至1 8 9 1 万吨，年均增长速度达4 ，8 1 ，年均增 长量为7 9 2 万吨，几乎接近于日本一年的总二氧化硫排放量( 日本1 9 9 0 年全国 排放置为1 1 0 万吨，在其后的凡年中，其总的二氧化硫排放置与1 9 9 0 年比基本 持平且有微降) 。目前我国的二氧化硫排放量已经超过了美国，成为世界最大的 二氧化硫排放国。 表1 1 统计公报公布的我国s 岛年捧放量( 万吨) 年份1 9 8 01 9 8 51 9 8 61 9 8 71 9 8 81 9 8 91 9 9 01 9 9 1 1 9 9 21 9 9 3 1 9 9 4 1 9 9 5 s o = 排 放置1 6 0 01 3 2 41 2 5 0 1 4 1 21 5 2 31 5 6 41 4 9 51 6 2 21 6 8 51 7 9 51 8 2 52 3 7 0 二氧化硫的大量排放导致我国城市的空气污染不断加剧。根据国家环保局对 全国2 1 7 7 个环境监测站1 3 年的监测数据分析表明，我国大气二氧化硫超标的城 市不断增加，目前已有6 2 3 的城市环境空气二氧化硫年平均浓度超过国家环境 空气质量二级标准、曰平均浓度超过三级标准。 由于二氧化硫的大量排放，致使我国出现大面积的酸雨，并不断发展。我国 酸性降水中硫酸根与硝酸根的当量之比为1 0 ：1 ，因此，我国的酸雨主要是硫酸 型的，是人为排放二氧化硫造成的。根据1 9 8 6 年的全国降水监测结果与1 9 9 3 年监测结果对比，p h 值小于5 6 ( 通常为酸雨的判断标准) 的面积在8 年间从 1 7 5 万平方公里扩大到约2 8 0 万平方公里，将近占到全国土地面积的3 0 ，而且 最近的监测结果表明，这一数字又已扩大，中国酸雨区已覆盖了国土面积的 浙江大学硕士学位论文 4 0 o 】。1 9 8 6 年p h 值低于4 5 的重酸雨区还仅为贵阳、重庆等地区，1 9 9 3 年即 已扩大到我国江南包括川、贵、湘、鄂、赣、粤、闽、浙在内的大部分地区，总 面积达1 0 0 多万平方公里，并开始向长江以北发展；酸雨出现频率大于8 0 的地 区已由1 9 8 6 年的贵阳等地扩大到1 9 9 3 年的川南、黔、桂北、粤北、浙、汀、赣 中、闽北等地区，其中两广、川、贵四省区形成的以重庆、贵阳为中心的重酸雨 区，两市降水酸度日均值( p i 4 值) 小于5 ，且曾分别达到3 8 5 和3 4 4 ，最近几 年又曾再度下降到2 8 。 我国是一个有着9 6 0 万平方公里的辽阔土地的国家，各地对能源的需求不同 以及燃煤中含硫量的不同，使各地二氧化硫排放量亦有很大差别。以1 9 9 5 年为 例，北京地区的二氧化硫排放量为3 8 2 9 2 5 吨，天津地区的二氧化硫排放量为 3 2 6 3 7 5 吨，浙江地区的二氧化硫排放量为5 4 1 4 3 9 吨，少数经济迅速发展省份( 如 山东，排放量为2 3 1 9 1 5 7 吨) 和大量燃用高硫煤省份( 如四j i i ，排放量为2 2 3 2 8 0 3 吨) 的二氧化硫排放量非常大，分别占到全国排放总量的1 2 左右，带来的污染 与危害也特别严重。 我国一次能源以煤为主的结构近期不会发生变化，预计到2 0 1 0 年和2 0 2 0 年煤炭产量将分别达到1 8 亿吨和2 1 亿吨。如果不加以控制，2 0 1 0 年和2 0 2 0 年全国二氧化硫排放量将分别达到3 3 0 0 万吨和3 9 0 0 万吨。如果不加以治理， 到那时，酸雨污染的区域范围将进一步扩大，二氧化硫污染的城市数量将进一步 增加，污染程度将进一步加重。对人民群众健康和生态环境的危害更加严重，造 成的经济损失更大。为此，国务院环委会第1 9 次会议通过了关于控制酸雨发 展的意见；1 9 9 2 年国务院批准在贵州、广东两省和柳州、南宁、桂林、杭州、 青岛、重庆、长沙、宜昌和宜宾等九市开展征收工业燃煤s 0 2 排污费和酸雨综合 防治试点工作。1 9 9 5 年8 月，全国人大常委会通过新修订的中华人民共和国 大气污染防治法，规定在全国划定酸雨控制区和s 0 2 污染控制区( 简称“两控 区”) ，在“两控区”内强化对酸雨和s 0 2 污染控制。国家环境保护局于1 9 9 5 年 底组织开展了“两控区”划分工作。根据国务院关于环境保护若干问题的决定 和国家环境保护“九五”计划和2 0 1 0 年远景目标，提出“两控区”2 0 0 0 年 控制目标：( 1 ) “两控区”内排放s 0 2 的工业污染源要达标排放；( 2 ) s 0 2 排放 量控制在国家规定的选量控制指标内：( 3 ) “两控区”内重点城市环境空气s 0 2 浓度达到国家环境质量标准；( 4 ) 酸雨控制区酸雨恶化的趋势得到缓解。到2 0 1 0 年“两控区”的控制目标为：( 1 ) “两控区”内s 0 2 排放量控制在2 0 0 0 年排放水 平之内；( 2 ) “两控区”内所有城市环境空气s 0 2 浓度都达到国家环境质量标准； ( 3 ) 酸雨控制区降水p h 4 5 地区的面积明显减少。 电力和煤炭是造成酸雨和二氧化硫污染的主要行业。火电厂和各种各样的工 业锅炉是排放二氧化硫造成酸雨的主要污染源。目前火电厂二氧化硫排放量约占 全国排放量的1 2 ，预计到2 0 1 0 年将占到2 3 。因此，火电厂脱硫，减少二氧化 硫的排放是今后的重点任务。国家规定，新建、改造燃煤含硫量大于1 的电厂， 要采取减排二氧化硫的措施，在2 0 1 0 年以前分批分期建成脱硫设施或采取其他 具有相应效果的减排措施。 1 2s 0 2 控制技术概述 二氧化硫控制技术的研究，从本世纪初至今已有9 0 多年历史。自6 0 年代起， 一些工业化国家相继制定了严格的法规和标准，限制煤炭燃烧过程中s 0 2 等污染 物的排放，这一措施极大地促进了二氧化硫控制技术的发展。进入7 0 年代以后， 浙江大学硕士学位论文 二氧化硫控制技术逐渐由实验室阶段转向应用性阶段。据美国环保署( e p a ) 1 9 8 4 年统计。世界各国开发、研制、使用的s 0 2 控制技术己达1 8 4 种，而目前的数量 已超过2 0 0 种。这些技术概括起来可分为三大类：燃烧前脱硫、燃烧中脱硫及燃 烧后脱硫( 烟气脱硫) 。 1 2 1 燃烧前脱硫技术 1 选煤 燃烧前脱硫技术的主要内容是采用物理、化学或生物方式对锅炉使用的原煤 进行清洗，将煤中的硫部分除掉，使煤得以净化，其中煤的物理净化技术是目前 世界上应用最广泛的燃烧前脱硫技术，该法可以从原煤中除去泥土，页岩和黄铁 矿硫。通过煤的粉碎，使非化学键结合的不纯物质与煤脱离，继而利用构成煤的 有机物质( 煤的基本微观结构) 与密度较大的矿物不纯物之间比重的不同，或利 用二者表面润湿性，磁性，导电性的不同将它们分离。主要方法有：重力法、浮 选法、重液体富集法、磁性分离法、静电分离法、凝聚法、绍媒翌一重介质婕风 分离法等。物理方法工艺简单，投资少，操作成本低，但不能脱除煤中有机硫， 对黄铁矿硫的脱除率也只有5 0 左右。 化学法脱硫多数针对煤中有机硫，主要利用不同的化学反应，包括生物化学 反应，将煤中的硫转变为不同形态的硫而使之分离。目前主要的化学净化方法有： b h c 法( 碱水液法) 、m e y e r s f f e 2 ( s o 小氧化法) 、l o l 氧化法( 0 2 空气氧化法) 、 p e t c 法( 空气氧化) 、k v b ( n 0 2 选择氧化) 、氯解法( c 1 2 分解) 、微波法、超 临界醇抽提法等。 微生物脱硫技术虽然从本质上讲也是一神化学法，但由于其自身的特殊性。 可把它单独归为一类。它是把煤粉悬浮在含细菌的气泡液中，细菌产生的酶能促 进硫氧化成硫酸盐，从而达到脱硫目的。该类技术具有以下几项突出优点： ( 1 ) 反应能在常温常压下透行，耗能少，运转费用低。 ( 2 ) 不会降低煤的热值。 ( 3 ) 能脱除煤中有机硫和无机硫，脱硫工艺投资成本低。 目前常用的脱硫细菌有；属硫秆菌的氧化亚铁硫杆菌，氧化硫杆菌，古细菌 热硫化叶菌等。 2 动力配煤 动力配煤是将不同牌号，不同品质的煤经过筛选，破碎，按比例配合等过程。 在动力配煤过程如添加裁( 如夏灰石) 。可脱除燃烧过程中产生钓s 晓。减少污 染物排放。 1 2 2 燃烧中脱硫技术 燃烧中脱硫技术主要是指当煤在炉内燃烧的同时，向炉内喷入脱硫剂( 常用 的有石灰石，白云石等) ，脱硫剂一般利用炉内较高温度进行自身煅烧，煅烧产 物( 主要有c a o ，m g o 等) 与煤燃烧过程中产生的s 0 2 、s o ，反应，生成硫酸盐 颡亚硫酸盐，以灰的形式排出炉外，减少s o z 、s 0 3 向大气的摊放，达到脱硫的 目的。燃烧过程中脱硫反应温度较高，一般在8 0 0 1 2 5 0 的范围内，在这一温度 下，其反应历程可用以下两段化学反应式来表示。 ( 1 ) 脱硫剂的煅烧分解反应： 石灰石：c a c 0 31 c a o + c 0 2 ( 1 ) 浙江大学硕士学位论文 消石灰：c 4 0 ) 2 _ c a o + d 白云石：c c 0 3 m g c 0 3 ：c a o + m g o + 2 c 0 2 ( 2 ) 硫化反应： c a0+so 2 ：c a s o 3 c a s 0 3 + j 10 2a ：c h 鼢 c a o + 贶十音d 2 一c s o , 1 少量s 0 3 在重金属盐的催化下直接与c a o 反应生成c a s 0 4 ： c a o + s 0 3 一c a s o , 煤燃烧中脱硫技术主要有以下几种： 1 煤粉炉直接喷钙脱硫技术 ( 4 ) ( 6 ) ( 7 ) 在煤粉炉中，脱硫剂选择温度较低区域( 炉膛上方) 喷入进行脱硫。煤粉炉 内直接喷钙脱硫技术，由于其脱硫效率没有湿法烟气脱硫( w f g d ) 高，故曾在 较长一段时间内没有得到工业应用。但由于目前一些国家，特别是发展中国家的 有关环保法令只要求对燃煤排放的s 0 2 有中等程度的排除，这一方法所具有的投 资省，装置简单，便于改造能满足一般环保要求的特点越来越受到人们的关注。 单纯的炉内直接喷钙脱硫效率只能达到3 0 4 0 左右，再与尾部活化器增湿或在 脱硫中添加催化剂等技术相结合，其脱硫效率可达7 0 以上，具有广阔的发展前 景。 2 流化床燃烧脱硫技术 流化床燃烧脱硫技术包括常压鼓泡流化床燃烧技术、常压循环流化床、增压鼓泡 流化床燃烧技术与增压循环流化床燃烧技术。其中前三类已得到工业应用，增压 循环流化床燃烧技术尚在工业示范阶段。下面以常压循环流化床燃烧技术和增压 循环流化床燃烧技术为例，说明流化床燃烧技术的脱硫性能。 常压循环流化床燃烧技术是最近发展起来的一种有效的燃烧方式，它具有和 煤粉炉相当的燃烧效率，并且由于其燃烧温度低( 8 5 0 9 5 0 ) ，正处于炉内脱 硫的最佳温度段，因而在不需增加设备和较低的运行费用下就能清洁地利用高硫 煤。特别是烟气分离再循环技术的应用，相当于提高了脱硫剂在床内的停留时间， 也提高了床内脱硫剂浓度，同时床料间，床料与床壁间的磨损、撞击使脱硫剂表 面产物层变薄或使脱硫剂分裂，有效地增加了脱硫剂的反应比表面积，使脱硫剂 的利用率得到相应地提高。稳定运行时的循环流化床燃烧脱硫效率可达9 0 以 上。该技术现已在国外得到广泛地应用。存在问题是：循环流化床受容量限制。 浙江大学硕士学位论文 增压循环流化床燃烧技术的出现比循环流化床要晚，它的出现主要是为了提 高流化床的燃气能，使其能与燃气轮机配套组成联合循环机组，以提高整个热力 循巧的效率，一般面言，p f b c 机组效率在3 8 4 2 左右，脱硫效率在9 0 以上， 同时还具有较强的脱硝能力，因此它也引起了人们的极大兴趣。 3 型煤 型煤指在煤中掺加脱硫剂，做成一定形状的煤制品。脱硫剂在燃烧过程中起 到控制s o ：的作用。型煤燃烧技术对于占工业锅炉总量7 0 以上层燃式锅炉及 工业窑炉的有害物质排放能起到一定的治理作用，是实现工业炉窑高效，清洁燃 烧的一个大有希望的方向，但这一技术不能用于悬浮燃烧的锅炉( 如电站煤粉 炉) ，而且由于炉温较高。脱硫率较低。 4 水煤浆技术 水煤浆技术是7 0 年代国际上发展起来的一种以煤代油的新型燃料。由于水 煤浆燃烧时火焰中心温度比烧煤和烧油低，故n o x 生成量较小，同时能够降低 燃烧时产生的s 0 2 和烟尘。目前我国在水煤浆制各和燃烧的研究开发以及工程示 范方面取得了缀大进展，己具备了商业化应用条件。 1 2 3 燃烧后脱确( 烟气脱硫) 技术 烟气脱硫技术主要是利用吸收剂或吸附剂去除烟气中的s 0 2 ，并使其转化为 稳定的硫化合物或硫。最早的烟气脱硫技术在本世纪初就已经出现。近几十年来。 国外对烟气的脱硫、脱硝进行了大量的研究。在工业发达国家，工业脱硫装置的 应用发展很快。我国近十多年来也开展了烟气脱硫技术的研究。至今，烟气脱硫 技术的种类非常多，按脱硫的方式和产物的处理形式一般可分为干法，半干法和 湿法三大类。 1 湿法烟气脱硫技术( w f g d 技术) 含有吸收剂的溶液或浆液在湿状态下脱硫和处理脱硫产物。该法具有脱硫反 应速度快、设备简单、脱硫效率商等优点，但普遍存在腐蚀严重、运行维护费用 高及易造成二次污染等问题。 2 干法烟气脱硫技术( d f g d 技术) 脱硫吸收和产物处理均在干状态下进行。该法具有无污水废酸排出、设备腐 蚀小，烟气在净化过程中无明显温降、净化后烟温高、乖j 于烟囱排气扩散等优点， 但存在脱硫效率低，反应速度较慢、设备庞大等问题。干法烟气脱硫技术由于能 较好地回避湿法烟气脱硫技术存在的腐蚀和二次污染等问题，近年来得到了迅速 的发展和应用。 3 半干法烟气脱硫技术( s d f g d 技术) 半干法兼有干法与湿法的一些特点，是艇硫裁在干燥状态下脱硫在湿状态下再生( 如水 洗活性炭再生流程) 或者在湿状态下脱硫在干状态下处理脱硫产物( 如喷雾干燥法) 的烟气脱 硫技术。特别是在湿状态下脱硫在干状态下处理脱硫产物的半干法，以其既有湿法脱硫反应 速度快、脱硫效率商的优点。又有干法无污水废酸排出、脱硫后产物易于处理的好处而受到 人们广泛的关注。 浙江大学硕士学位论文 1 3 本文内容与目的 湿法烟气脱硫作为一种相对较成熟、脱硫效率较高的脱硫技术，得到了最广 泛的应用。但是，由于其投资运行成本高，尚不能被我国一些电厂和工业锅炉所 接受。因此，如何降低投资运行成本、并在此基础上提高湿法烟气脱硫装置的效 率已显得非常重要。本实验以此为目的，主要针对液柱冲击塔开展了湿法烟气脱 硫方面的理论和试验研究，以及与脱硫装置相关的一些设备的试验和理论研究， 全文共分为以下六部分。 第一部分为国内外烟气脱硫技术的现状和应用情况以及常用烟气脱硫技术 介绍。 第二部分为湿法烟气脱硫的试验研究方法。详细介绍了湿法烟气脱硫的试 验系统，及该系统各组成部分，同时详细讲述了湿法烟气脱硫的试验步骤，以及 实验中所采用的参数。 第三部分为湿法烟气脱硫的试验研究。针对液柱冲击塔，分析喷液密度、烟 气速度等因素对吸收塔阻力特性的影响，以及喷液密度、烟气速度、液气比、循 环水池p h 值、s q 2 入口浓度、添加剂、烟气入口温度等因素对脱硫特性的影响， 确定脱硫装置的最佳运行参数。同时，为了降低液柱塔阻力，提高液柱塔经济性， 对常规挡板进行改进，采用不同的阻挡层阻力元件，使浆液细化的同时减小塔内 阻力，并通过改变阻挡层与喷嘴的距离和阻挡层的布置方式、布置间隔，寻找最 佳的脱硫工况。 第四部分为液柱冲击塔氧化系统的实验研究。通过实验确定了初始浆液浓 度、p h 值、温度、灰渣、氧化时间以及添加剂对亚硫酸钙氧化速率的影响，并 确定了最佳氧化速率下的各参数范围；分析了控制石膏晶体形态的各影响因素， 提出了为取得最佳石膏晶体形态应采用的参数范囝；提出了改善石膏质量的途 径。 第五部分为湍球塔湿法烟气脱硫的实验研究。测量了不同工况下湍球塔阻力 和脱硫效率，与传统空心填料球不同，着重于实心填科球的研究，给出了气体速 度与湍球塔阻力的关系曲线、静止床层高度与湍球塔阻力的关系曲线、液体喷淋 量与湍球塔阻力的关系曲线、填料球密度与湍球塔阻力的关系曲线，钙硫摩尔比、 液气比对脱硫效率的影响曲线，并提出了结论，为湍球塔在工业应用中的参数选 择提供了依据。 4 浙江大学硕士学位论文 参考文献 1 郝吉明、贺克斌，中国燃煤二氧化硫污染控制战略，中国环境科学，1 9 9 6 1 6 ( 3 ) ：2 0 8 2 1 2 2 中国环境年鉴编辑委员会，中国环境年鉴一1 9 9 l ，北京：中国环境科学出 版社，1 9 9 1 ：9 7 9 9 3 米都斯，增长的极限，四川人民出版社，1 9 8 4 ：6 4 张新生、李长春、李光霞，燃煤烟气脱硫，中国地质大学出版社，1 9 9 1 5 冯玲、杨景玲、蔡树中，烟气脱硫技术的发展及应用现状，环境工程，v 0 1 1 5 ， n o 2 ，1 9 9 7 1 5 ( 2 ) ：1 9 2 4 6 国环境科学学会，脱硫技术，北京：中国环境科学出版社，1 9 9 5 ：3 0 3 1 7 江哲生，中国沽挣煤发电技术的展望，第十四届国际匹兹堡会议及煤炭利用 研讨会论文( 单行本) ，太原，1 9 9 7 ：2 - 4 8 中国电力年鉴编辑委员会，中国电力年鉴一1 9 9 6 - 1 9 9 7 ，中国电力出版社， 1 9 9 7 9 中国环境年鉴编辑委员会，中国环境年鉴一1 9 9 8 ，北京：中国环境科学出版 社，1 9 9 8 ：1 5 8 1 0 中国环境年鉴编辑委员会，中国环境年鉴一1 9 9 6 ，北京：中i 萤环境年 鉴社，1 9 9 6 ：1 1 5 ，4 7 7 ，4 8 1 ，4 9 2 1 1 陈亚非，锅炉尾部烟气脱硫试验及理论研究，浙江大学博士学位论文，1 9 9 9 1 2 叶春珍，无溢流筛板塔湿法烟气脱硫技术的机理研究浙江大学硕士学位论 文。2 0 0 0 1 3 郝吉观、马广大，大气污染控制工程，中国环境科学出版社，1 9 8 5 1 4 刘忠、赵毅、胡满银、柴宝芬，脱硫新技术的发展和现状，电力情报，1 9 9 6 ，n o 3 2 l 一2 5 1 5 王玮、屠传经、胡亚才，微生物烟气脱硫技术的展望，环境污染与防治，1 9 9 7 ， 1 9 ( 2 ) ：2 8 1 6 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