（环境工程专业论文）干法烟气脱硫反应器的研究.pdf

西安建筑科技大学硕士学位论文 一t 1 干法烟气脱硫反应器的研究 专业：环境工程 硕士生：李延平 指导教师：黄学敏教授 摘要 干法烟气脱硫技术具有工艺简单，操作简便，投资、运行和维护费用低，脱硫产物易 于处理，无二次污染等特点，受到人们的关注。目前，我国的大多数脱硫技术都是国外引 进的，费用较高。因此在学习国外先进技术的基础上，开发研制一种新型粒状脱硫剂的适 配脱硫装置，是一项非常有意义的工作。 本次实验是在前人研究的基础上，以脱硫效果好，钙利用率高为目标，通过理论和试 验研究，优化移动床的结构形式及其设计和运行参数。实验中采用以粉煤灰、石灰、石膏 按一定的配比制成的粒状脱硫剂，研究了移动床的结构形式及床层厚度、床层空隙率、空 床气速、粒状脱硫剂下降速度、入1 ：3s 0 2 浓度等运行参数对脱硫效果的影响。 实验结果表明：随着床层厚度增加、空床气速降低、入1 ：3s 0 2 浓度减小、平均下料速 度增加，脱硫效率将提高。随着空床气速升高、入口s 0 2 浓度增加、平均下料速度降低， 脱硫剂中钙利用率将提高。错流式移动床适合应用于大流量的烟气脱硫，但是脱硫剂中钙 利用率较低。 在实验研究和移动床吸附理论的基础上，设计出两种厚度不同的逆流移动床反应器以 及各自运行的最佳参数。移动床厚度为1 4 m ，空床气速小于o 3 7 m s ，入口s 0 2 浓度为 2 0 0 0 m g m 3 ，脱硫剂的下移速度为o 0 3 m h ，脱硫效率达7 5 以上，c a s 为1 5 7 。在入1 ：3 浓 度和气速相同的条件下，移动床厚度只需要大于2 2 4 m ，脱硫剂的下移速度为0 0 3 m h ，就 能使移动床的脱硫效率达9 0 以上，c a s 为1 3 。 在逆流移动床实验及设计的基础上，设计三级错流移动床，并初步确定了三级错流移 动床的结构参数及运行参数。 关键词：烟气脱硫；移动床反应器；粒状脱硫剂；脱硫效果 西安建筑科技大学硕士学位论文 s t u d i e so nr e a c t o ro fd r yf l u eg a s d e s u l p h u r i z a t i o n s p e c i a l t y ：e n v i r o n m e n t a le n g i n e e r i n g m a s t e r l i y a n p i n g i n s t r u c t o r ：h u a n g x u e m i np r o f e s s o r a b s t r a e t t h ed r yf l u eg a sd e s i l l p h m i z a f i o nt e c h n i q u eh a sc a u g l 吐e v e r y o n e se y e s ，i nr e s p e c tt h a ti t ss i m p l e t e c h n i q u ea n dn m i p u l a l i o r t , l o wm v e s l m e n ta n do p g t a f i o nn 瑚j i n a i l 】bf o e , e a s yd i s p o s a lo ft h e d e s u l p h u r i z a t i o np r o a u c t , n os e c o n d a l yp o n u 血昏a tp r e s e n t , m a n yt e e i m o l o g yo f d e s u l p h u f i z a l i o ni n c h i n a 勰i m p o r t e df r o mo t h e rc o u n t r i e s , a n dh a v em o i ee x p e l l s i v e d e v e l o p san 州p a t t e r n a p p r o p r i 址ee q u i p m e n t o f g r a n u l a r d e s u l p h u r i z a f i o n r e a g e n t w h i c h i s a v e r y e n t e r t a i n i n g t a s k t h er u n n i n gc o n d i t i o n so ft h ee x p e r i m e n t , m o v m gb e d ss l l - u g t u l - ef o r m , d e s i g n i n ga n d m a n i p u l a t i o np a r a m e t e r sa r eo p t i n l i t 她t oi n c r e a s ed e s u l p h u r i z a t i o ne t i i c i e n e ya n du t i l i z a t i o no f v a l i dc a a k i n do f g r a n u l a rd e s u l p h u r i z a t i o nr e a g e n t si n c l u d i n g ：p u l v e r i z e dc o a l 嬲ks l a k e dl i m e , m a dg e s s oa l eu s e d i n v e s t i g a t et h ei n f l u e n c eo f t h ep r o c e s sc o n d i t i o n s ，s u c ha ss 0 2c o n c e n t r a t i o n i n f l u eg a s ，m o v i n gb e d t h i c k n e s s , v e l o c i t yo fe m p t yb e d , m o v i n gs p e e do f g r a n u l 越 d e s u l p h u r i z a f i o nr e a g e n t sa n db e di o t e r s p a e er a t e t h er e s u l t so f e x r m i m e n t ss h o w s ：w i t hm o v i n gb e dt h i c k n e s sa n dm o v i n gs p e e do fg r a n u l 雒 d e s u i p h u f i z a t i o nr e a g e n t si n c r e a s i n g , v e l o c i t yo fe m p t yb e da n ds 0 2c o n c e n t r a t i o nd e c r e a s i n g , d e s u l p h u r i z a f i o ne t t i c i e n e y w i l li n c r e a s e w i t hv e l o c i t yo fe m p t yb e da n ds o zc o n c e n t r a t i o n a d v a n c e , m o v i n gs p e e do fg r a n u l a rd e s u l p h u f i z a f i o nr e a g e n t sd e c r e a s i n g ，u t i l i z a t i o no fv a l i dc a w i l li n c r e a s e c r o s s - f l o wm o v i n gb e da d a p tt om o l ef l u eg a sf l u x , w h e r e a sd e s u l p h u f i z a f i o n r e a g e n t su t i l i z a t i o nl o w e ro f v a l i dc a o nt h ee x p e r i m e 哳o ns t u d i e sa n dm i s o r l y d e nt h e o l e t i cc o n d i t i o n s , t w od i f f e r e n tt h i c k n e s so f c o u n t e rm o v i n gb e d 黜d e s i g n e d , a n dg e ts o m eq 删p a r a m 鼬既1 4 0 mt h i c k n e s s o 3 7 n d sv e l o c i t y o f e m p t yb e d , 2 0 0 0m 幽n jo f a v e r a g es 0 2 i n l e tc o n c e n t r a t i o n , t h r o u g ht h em o b i l eb e dw i t h0 0 3 m h v e l o c i t yo f 妊d e s u l p h m i z 蚶o nr e a g e n t s ，d e s u l p h t u i z a f i o ne f f i c i e n c yi sh i g h e rt h a n7 5 , t h ec a si s 1 5 7 i nt h es i m i l i t u d ee o n d i f i t m s , i ti st h i c k e rt h a n2 2 4 m , w i t ho 0 3 m hf a l l i n gv e l o c i t yo f d e s u l p t n n i 碰o n r e a g e n t s , d e s u l p h t n i z a f i o ne f f i c i e n c yi s h i e ) l e r t h a n9 0 ，t h ec a si s1 3 o nt h ec o u n t e rm o v i n gb e de x p e r i m e n t a t i o na n d d e s i g nc o n d i t i o n s , t h i r dl a y e r sc r o s s - f l o w m o v i n gb e d l u ed e s i g n e d , s t r u c t u r ea n d o p e r a t i o np a r a m e t e r sa r eg i v e np r e l i m i n m y k e y w o r d s ：f l u eg a sd e s u l p h u r i z a t i o n , m o v m gb e dr e a c t o r , g r a n u l a rd e s u l p h u r i z a t i o nr e a g e n t , d e s u l p h u f i z a t i o ne f f e c t n 1 tkj， 声明 y97 0 5 0 2 本人郑重声明我所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。尽我所知，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，也不包含本人或其他 人在其它单位已申请学位或为其它用途使用过的成果。与我一同工作的同 志对本研究所做的所有贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了致谢。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 论文作者签名：夸廷平 日期： 工。占6 f f 关于论文使用授权的说明 本人完全了解西安建筑科技大学有关保留、使用学位论文的规定，即： 学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅：学校可以公布 论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或者其它复制手段保存论文。 f 保密的论文在论文解密后应遵守此规定) 论文作者签名：缮廷平 导师签名 注：请将此页附在论文首页。 日期：2 石占j f 斗 西安建筑科技大学硕士学位论文 1 1 引言 1 概述 近年来，引起全球关注的酸雨、温室效应、和臭氧层枯竭等威胁着人类的生存，都与 燃煤产生的s c h 和c 0 2 有直接的关系。我国能源消耗以煤为主，煤在能源中所占的比重为 7 5 ，煤炭在我国能源结构中占主导地位的局面将长期存在“1 。随着我国经济发展，燃烧排 放的二氧化硫急剧增加，由燃煤每年向空气中排放的二氧化硫约两千万吨，占s 0 2 排放总 量的9 0 ，预计2 0 1 0 年，国民经济发展对煤炭的需求量为1 8 亿吨，按现有的脱硫技术水 平，s 0 2 排放总量将达到3 1 0 0 万吨左右，到2 0 5 0 年，我国能源仍以煤炭为主，中国的巨 大能源消耗规模和以煤为主的能源结构引起的污染已使国家不堪负重。燃煤产生的s 0 2 和 烟尘仍为最主要的大气污染物，大量的s o ：排放使全国酸雨危害严重，酸雨面积不断扩大。 据2 0 0 2 年的一项调查，s 0 2 的污染已使我国近三分之一的国土面积出现酸雨，我国已成为 世界三大酸雨区之一”。我国的酸雨污染状况主要分布在长江以南、青藏高原以东的地区 及四川盆地，酸雨区面积约占国土面积的3 0 ，近年来，华中酸雨区一直是全国污染最严 重的区域；西南酸雨有所缓和，但整体污染仍很严重；华南酸雨区整体格局变化不大；华东 酸雨区局部污染加重；北方部分地区也出现酸雨。研究表明，我国酸雨属硫酸型，形成的主 要原因是燃煤产生的二氧化硫排放，各省( 直辖市、自治区) 间存在致酸物质的远距离输送和 相互影响嘲。根据2 0 0 2 年的一项调查，全国监测的5 5 5 个市、县年平均降水p h 值范围在 4 0 3 8 3 1 ，出现酸雨的市县2 7 9 个，占统计城市的5 0 3 ，降水p h 值平均低于或等于5 6 的市( 县) 1 8 1 个，占统计城市数的3 2 6 ”。抓好酸雨和s o ：污染的控制是今后国家环保 工作的重点之一我国目前“两控区”的s o ：污染形势虽有所控制，但仍非常严峻，酸雨 和s o ：仍成为制约我国社会经济可持续发展的重要因素之一因此开发适合我国国情的先 进的脱硫技术和脱硫装置迫在眉睫。 1 2 二氧化硫的性质及危害 s 0 2 在常温下是一种无色具有强烈刺激性气味的气体。空气d o s 0 2 浓度高于0 5 p p m 时即 对人类健康有潜在影响，达到1 3 p p m 时就使人感到明显刺激，长期吸入低浓度s 0 2 将引起或 加重人的呼吸系统疾病；s 0 2 对建筑物和金属材料的腐蚀性很强，重庆嘉陵江大桥的锈蚀速 度每年为0 1 6 m m ，仅钢结构的维护费每年就达2 0 万元；s 0 2 对农作物也有明显危害，会造 成农作物的落叶、落果、甚至枯死，导致减产。s o ：在大气中，经催化氧化会形成酸雨，酸 雨被称为“空中死神”，它对水资源生态系统、农业生态系统、森林生态系统、建筑物和材 料以及人体健康都会造成严重危害。若二氧化硫和空气中的其它污染物共同存在，例如悬浮 1 西安建筑科技大学硕士学位论文 微粒和臭氧，则形成的协同效应具有更大的伤害力。s c h 造成的社会经济危害：美国2 0 世纪 8 0 年代曾做过估算，每排放一吨s 0 2 造成经济损失约为2 2 0 美元，近年来我国也作过估计，每 排放一吨s 0 2 造成经济损失约为4 0 0 0 元，照此估算，我国每年因s 0 2 造成的损失高达8 4 0 亿元。 2 0 i ! t 纪末，我国因环境污染导致的年经济损失为2 8 3 0 亿元，其中大气污染直接造成的约2 0 0 亿元，生态灾害损失为2 0 0 0 亿元，这些损失有相当大的归因于s 0 2 旧。 1 3 二氧化硫污染的控制技术 1 3 1s 啦排放的控制政策和标准 我国对s c h 的污染问题一直都很重视，并采取了一系列的对应措施。根据国家环境 保护“九五”计划和2 0 1 0 年远景目标倔嘲，两控区分阶段控制目标为：到2 0 0 0 年，s 0 2 排放量要控制在总量指标之内；环境保护重点城市环境空气s c h 浓度达到国家环境质量标 准，其它城市环境空气s 0 2 浓度比1 9 9 5 年有所好转，缓解酸雨控制区内酸雨恶化的趋势。 到2 0 0 5 年，s c h 排放量要比2 0 0 0 年的排放量减少1 0 ( 约合2 0 0 万吨) ，其中“两控区” 的减排量为2 0 ；到2 0 1 0 年要求全国控制在1 4 0 0 万吨每年：所有城市环境空气s 0 2 浓度 要达到国家环境质量标准；降水p h 值小于等于4 5 的地区面积要明显减少。1 9 9 8 年1 月 国务院颁布了酸雨控制区和二氧化硫污染控制区划分方案。2 0 0 2 年1 1 月，国务院批 复了两控区酸雨和二氧化硫污染防治“十五”计划：“十五”期间将投资9 6 7 亿元， 结合经济结构调整，实现2 0 0 5 年“两控区”内二氧化硫排放量比2 0 0 0 年减少2 0 ，酸雨 污染程度有所减轻，8 0 以上城市二氧化硫浓度年均值达到空气质量二级标准的目标。“十 五”期间，还将投资3 0 0 0 万元用于完善酸雨监测网，形成2 9 3 个监测站的二氧化硫监测网 络，实施有效的实时监控旧环境空气质量标准规定的s 0 2 污染物的浓度限值( 摘自 g b 3 0 9 5 1 9 9 6 ) 列入表1 1 啪 表1 1 环境空气中s c h 的浓度限值 浓度限值 污染物名称取值时间浓度单位 一级标准二级标准三级标准 年平均 o 0 20 0 60 1 0 m g m 3 二氧化硫( s c h )日平均 0 0 50 1 5 0 2 5 ( 标准状况) 1 小时平均 o 1 5n 5 0o - 7 0 1 3 2 烟气脱硫技术控制概况 烟气脱硫( f g d ，f l u eg a sd e s u l p h u r i z a t i o n ) 是世界上唯一获得大规模工业化应用的脱 硫技术。从2 0 世纪6 睥代初期开始研究至今，世界上研究和开发出的烟气脱硫技术有2 0 0 多 2 西安建筑科技大学硕士学位论文 种旧，但目前技术上比较成熟、经济上可行的f g d 技术有十几种，我国目前采用的脱硫方法 主要是烟气脱硫嘲。烟气脱硫技术，根据脱硫过程是否加水和脱硫产物的形态，一般可以分 为湿法烟气脱硫工艺、干法烟气脱硫工艺、和半干法烟气脱硫工艺。湿法烟气脱硫工艺，技 术成熟，效率较高，运行可靠，操作简单，但投资和运行费用都很高，而且脱硫产物处理困 难，容易造成二次污染等问题。干法和半干法烟气脱硫技术，工艺简单，投资和运行、维护 费用较低，且脱硫产物易于处理，但是脱硫效率较低，脱硫剂中钙的利用率也较低。 & 湿法烟气脱硫技术 湿法烟气脱硫过程是气液反应过程，脱硫剂和脱硫生成物均为湿态。其脱硫反应速率 快，脱硫效率高，钙利用率高，在钙硫比等于1 时，可达到9 0 以上的脱硫效率，适合于 大型燃煤电站锅炉的烟气脱硫。湿法脱硫技术应用最广，占脱硫总装机容量的8 3 0 2 。湿 法脱硫技术有石灰石一石膏法、简易石灰石一石膏法、问接石灰石一石膏法、海水脱硫、氨吸 收法、磷铵复合肥( 眦p ) 法、氧化镁法、钠碱法、金属氧化法等。 ( 1 ) 石灰( 石) 石膏法 湿式石灰石厢灰石膏法是采用石灰石或石灰浆液脱除烟气中的s c h 并副产石膏的脱 硫方法。该法开发较早，工艺成熟，c a s 比较低，操作简单，吸收剂价廉易得到。而且石 膏可以作为轻质建筑材料，因而应用广泛，是目前世界上应用最多的脱硫技术。石灰石 膏法的工艺流程：锅炉烟气经除尘、冷却后进入吸收塔，吸收塔内配制好的石灰浆液洗涤 含s 0 2 烟气，洗涤净化后的烟气经除雾和再热后排放。吸收塔内排出的吸收液流入循环槽， 用石灰石或石灰中和再生，同时从循环槽抽出部分含c a s 0 3 和c a s 0 4 的混合浆液经调整 p h = 4 后送入氧化塔，并向塔内鼓入空气进行氧化，所得石膏经离心分离后即可得成品石膏。 石灰石膏法的原理：s c h 与浆液中的碱性物质发生化学反应生成亚硫酸盐或硫酸盐。上 海闸北电厂曾进行工业试验，重庆珞璜电厂从日本三菱重工引进了配套2 x 3 6 0 m w 机组的 石灰石一石膏法脱硫装置。 ( 2 ) 钠碱法 钠碱法是由美国通用公司开发的一种脱硫方法，采用碳酸钠或氢氧化钠来吸收烟气中 的s c h ，并可副产高浓度s c h 气体或n a 2 s 0 3 该方法取碱法和石灰法二者的优点而避其不 足。亚硫酸钠一亚硫酸氢钠的化学性能适应于吸收与再生循环操作，有将所有化合物保持 在溶液内的能力，生成固体的反应不在塔内进行，这样避免了塔的堵塞和磨损，提高了运 行的可靠性，降低了操作费用，同时提高了脱硫效率。它的缺点是增加了一道工序，增加 了投资。我国一些中小型化工厂和冶炼厂常用该法处理硫酸尾气中的s c h 。因n a 2 s 0 3 的销 路不好，限制了该法的发展。 ( 3 ) 磷铵肥法( p a f p ) 磷铵肥法是由四川省环保科研所和西安热工研究所联合开发的，并在四川豆坝电厂进 西安建筑科技大学硕士学位论文 行了工业试验。其利用天然磷矿石和氨为原料，利用烟气吸附脱硫中制取的稀硫酸分解磷 矿石，再加入氨中和，进行二级吸收脱硫，再将脱硫液氧化制取磷铵复合肥。p a f p 为回收 法脱硫技术，与一般脱硫方法相比，脱硫效率高，通常可达9 5 以上；脱硫原料我国西南 地区较为丰富，廉价易得；可以副产肥料：无其它污染，为国家大力推广使用的技术。 b 半干法烟气脱硫技术 半干法脱硫技术兼有干法和湿法的一些特点，是脱硫剂在于燥状态下脱硫在湿状态下 再生或者在湿状态下脱硫在干状态下处理脱硫产物，特别是在湿状态下脱硫在于状态下处 理脱硫产物的半干法，以其具有湿法脱硫反应速度快、脱硫效率高的优点，又具有干法无 污水和废酸排出、脱硫后产物易于处理的优点，半干法烟气脱硫技术主要有旋转喷雾干燥 法( s d a ) 、循环流化床烟气脱硫技术( c f b - f g d ) 、增湿灰循环脱硫技术( n ) 等。半 干法工艺较简单，干态产物易于处理，无废水产生，投资一般低于传统的湿法，但脱硫效 率和脱硫剂的利用率低，一般适用于低、中硫煤烟气脱硫。若与袋式除尘器配合使用，能 提高1 0 0 o - - 1 5 的脱硫效率。脱硫废渣一般抛弃处理，但德国将此渣成功地用于建材生产， 使该法前景更加乐观龇“。 ( 1 ) 旋转喷雾干燥法( s a d 法1 此法是美国j o y 公司和丹麦n i r o 公司联合开发的新工艺，2 0 世纪7 0 年代中期得到 发展，并在电力工业得到推广。其原理：利用喷雾干燥的原理向热烟气中喷入石灰浆液并 形成雾滴，烟气中的s c h 与雾滴中的c a ( o h h 发生化学反应，生成性质稳定、溶解度低的 c a s t h 1 2 h 2 0 及少量的c a s 0 4 2 1 - 1 2 0 ，以达到脱除s 0 2 的目的。雾滴在吸收s 0 2 的同时， 被烟气干燥，生成固体粉末，大部分随烟气排出脱硫塔，用袋式或电除尘器捕集。 喷雾法对自动控制水平要求较高，不但根据入口烟气的s c h 浓度迅速调节脱硫剂的用 量，而且还要根据温度准确调控加水量这正是喷雾干燥脱硫工艺的关键技术所在。 ( 2 ) 烟气循环流化床脱硫技术( c f b ) 烟气循环流化床脱硫技= 4 i ；：( c f b - f g d ) 是2 0 世纪8 0 年代德国鲁奇( l u r g i ) 公司开发的一 种新的脱硫工艺，该法是根据固体流态化技术发展而来的。 工作原理：在循环流化床中控制通入烟气的速度，使喷入的吸收剂石灰颗粒流态化， 在床中形成稠密颗粒悬浮区。然后再喷入少量的雾化水，使c a o 、s o z 、 t 2 0 充分反应。 再利用高温烟气中的热量使多余的水分蒸发，以形成干脱硫产物。 该系统用循环流化床作为脱硫反应器，其优点是可以通过喷水使床层温度控制在最佳 反应温度下，达到最好的气固间紊流混合并不断暴露出来反应的石灰的新表面，而且通过 固体物料的多次循环使脱硫剂在流化床中具有较长的停留时间，因此大大提高脱硫效率和 钙利用率。该法适合处理燃低硫煤的烟气，脱硫效率可达9 2 。系统简单，基建投资相对 较低。 4 西安建筑科技大学硕士学位论文 m i l l c 干法烟气脱硫技术 干法脱硫工艺是采用粒状或粉状脱硫剂在干态下与燃煤产生的s c h 反应，去除烟气中 s 0 2 的。由于反应无液相介入产物为干粉状，因此不产生废水、腐蚀、结露等问题。但干 粉状的钙基吸附剂存在对s 0 2 的吸收、吸附速度慢，钙利用率低等问题。干法烟气脱硫技 术“小“可分为炉膛干粉喷射脱硫法；炉内喷钙增湿活化( l i f a c ) 、活性炭( 焦) 或粉煤灰 吸附法，流化床氧化铜法和高能电子活化氧化法( 根据高能电子的来源可分为电子束照射 法( e b a ) ，脉冲电晕等离子体法( p p c p ) ，荷电干粉喷射脱硫法( c d s i ) ) 等 ( 1 ) 电子束法脱硫( e b a ) 电子束法脱硫( e b a ) 是一种脱硫新工艺。1 9 7 0 年由日本荏原( e b a r a ) 公司开发。经过 2 0 多年的研究己逐步工业化。该法可同时脱硫脱硝，可达到9 0 以上的脱硫率和8 0 以上的 脱硝率，加入氨气，其副产品为硫铵和硝铵混合物，可用作化肥。 该工艺原理：燃煤锅炉排出的烟气经除尘后，进入冷却塔，在塔内通过喷水雾，使之 冷却到6 5 - - 7 5 0 。在烟气进入反应器之前，加入接近化学计量的氨气，然后进入反应器， 受高能电子束照射，并同时发生一系列化学反应，最终在烟气中生成硫铵和硝铵微粒。然 后烟气进入电除尘器分离出硫铵和硝铵作为副产品，净化后的烟气经烟囱排放。 其主要特点是：靠电子束加速器产生高能电子( 4 0 0 8 0 0 k e v ) ，需要大功率、长期连 续稳定工作的电子枪。电子束加速器造价昂贵，电子枪寿命短；x 射线需要防辐射屏蔽； 系统运行、维护技术要求高、能耗也高。 ( 2 ) 脉冲电晕等离子体法( p p c p ) 1 9 8 6 年，日本增田闪一教授在e b a 法的基础上提出了脉冲电晕等离子体化学方法脱硫 脱硝。该法是利用脉冲电晕放电形成的非平衡等离子体中的高能电子( 2 2 0 e v ) 撞击烟气中 h 2 0 、0 2 等分子形成强氧化性的自由基( o 、o h 、n ( h 、q 等) ，使s 0 2 、n 0 ) 【氧化并形成相 应的酸，在注, 入n h 3 的条件下生成硫铵和硝铵，作为化肥利用。该法省去了昂贵的电子束 加速器，避免了电子枪寿命短和x 射线屏蔽等问题。理论上，p p c p 法只提高电子温度而不 提高离子温度，能量效率比e b a 法提高2 倍，而投资只有髓a 法的6 0 ，因此成为目前国 际上千法脱硫脱硝的研究前沿。 1 3 3 国外烟气脱硫控制技术的应用现状 国外烟气脱硫始于2 0 世纪三十年代的湿法试验，最早的工业脱硫装置是英国伦敦电力 公司的巴特西和班克赛德电站采用石灰石洗涤法。到2 0 世纪6 0 年代，s 0 2 x # 大气的污染 上升到重要的位置，煤烟型污染肆虐人类，世界八大公害中s 0 2 占了一半，因此一些发达 国家相继制定了严格的法规和标准，极大地促进了脱硫技术的发展。日本、美国和德国等 国家是在脱硫技术及应用方面做得最有成效的国家嘲。据统计，8 0 年代脱硫工艺已达1 0 0 西安建筑科技大学硕士学位论文 多种，大多数属于基本工艺的改良和变种。 日本是世界上控制s 0 2 最有成效的国家，也是世界上最早大规模应用f g d 装置的国家。 应用的技术以湿式石灰石灰石石膏法为主，占7 5 以上。由于日本资源匮乏，因此大 多采用回收流程。6 0 年代末开始大规模应用f g d 装置，使其s 0 2 污染在7 0 年代中后期基 本得到了控制。8 0 年代以来，日本加强了对外出口，对美国、德国及发展中国家大量出口 技术及设备，仅向中国就出口或援助近十套f g d 装置，占中国进口脱硫装置的7 0 0 , 6 左右 日本的s 0 2 排放已基本得到控制，所以开始烟气脱硝技术的研究，对同时脱硫脱硝的技术 尤为关注。如被誉为新一代f g d 技术的e b a 法和p p c p 法，最早均由日本专家提出，并 进行大规模研究，目前正在进行工业性试验。 美国的f g d 技术研究较日本略迟，自上世纪7 0 年代初开始，特别是1 9 7 8 年重新修改 了环境法规，否决了高烟囱排放，使f g d 技术发展迅速并有了长足的进展。目前其f g d 总装机容量达n 7 1 0 亿k w ，超过日本成为世界第一。目前，美国e p a 正着手开发廉价、 易运行、效率适中，占地较小的适合现有电厂改造的脱硫技术。如l i m b 多级喷射燃烧法， a d v a c a t e 烟道喷射法，都取得了可喜的成果。此外，美国d o e 与日本联手，对等离子 体法也进行了工业性试验研究。 欧洲的f g d 技术以德国发展最为迅速，其装置总装机容量为o 3 6 o 4 6 亿k w ，居世 界第三位。德国2 0 世纪7 0 年代后期，“黑森”大面积受害，使其不得不开展s 0 2 的防治 工作。在不到2 0 年的发展过程中，f g d 技术迅速实用化。在引进日、美先进技术的同时， 立足于本国技术的开发，于7 0 年代末开始在电站锅炉上安装f g d 装置。1 9 8 3 年颁布环境 法规后，促进了f g d 装置大规模应用，在1 9 8 3 年至1 9 8 9 年7 年间，其s 0 2 排放量降低 6 8 倍。德国主要采用的工艺也是湿式石灰石灰石石膏法，占9 0 以上。回收流程是 抛弃流程2 6 倍此外，北欧各国如丹麦、芬兰等国，对f g d 技术也开展了大规模的研究， 开发出许多先进工艺。如丹麦的s d a 法、芬兰的u f a c 法等，不仅在本国有许多工业装 置运行，在境外也有技术出口。英国主张燃用低硫燃料及高烟囱排放稀释方法，而法国以 核电为主，因此两国对f g d 技术的研究和应用都不多。 1 3 4 我国引进的部分f g d 工程项目以及技术研究发展现状 进入2 0 世纪9 0 年代以后，我国综合国力有了显著增强，控制酸雨和s 0 2 的呼声愈来 愈高，环境立法日益严格。在这种形势下，国家为了推进f g d ，有选择地从国外引进实用 性、代表性和前沿性f g d 技术和装备，建造六项示范工程。据不完全统计，我国近2 0 年 陆续研究应用、引进、建设各种类型f g d 工程共3 0 余项嵋儿埘。详见表1 2 、表1 3 。 6 西安建筑科技大学硕士学位论文 表1 2 我国引进部分f g d 工程项目 处理烟气 脱硫效率 有无水企业工艺名称 外商建立时间 量m 珞璜电厂1 0 8 舢石灰石石膏9 5 日本三菱 1 9 9 5 1 9 9 9 简易石灰石一 日本日立 太原第一热电厂 6 0 0 0 0 08 0 1 9 9 6 石膏 b p d c 深圳西部电厂 l l o o 0 0 0 海水 9 0 挪威a b b 1 9 9 9 湿法 南京化学公司 2 1 伽0 0 0氨硫铵9 0 日本光洋 1 9 7 8 碱式硫酸铝 南京钢铁厂 5 1 8 0 09 5 日本同和公司 1 9 8 1 法 简易石灰石 南宁化工厂 5 0 0 0 07 0 日本川崎公司 1 9 9 6 石膏 烟气循环流德国w m 庄公 云南小龙潭电厂 化床司 丹麦n i r o 公 半千法 沈阳黎明公司 s 0 0 0 0 喷雾干燥法 8 51 9 9 0 司 炉内喷钙增 南京下关电厂7 9 5 0 0 07 5 芬兰i v o 公司 1 9 9 7 湿活化法 山东德州电厂 7 5 仇l 荷电千吸收美国 干法 剂喷射法 6 0 - 7 01 9 9 5 a l n c o 日本荏原制作 成都热电厂 3 0 0 0 0 0 电子束法 8 0 1 9 9 7 广 表1 3 我国部分f g d 技术研究发展现状 处理烟气脱硫效 有无水 脱硫方法 研究单位脱硫剂目前状况 量( m 3 h )率 石灰石石膏法南京理工大学石灰石，石灰 4 0 0 0 0 9 0 9 8工业化应用 电厂飞灰脱硫 昆明理工大学飞灰 9 5 完成中间性 湿法 文丘里湿式脱硫法电力部环保所 碱性溶液 7 5 0 0 06 3 7 0 试验 t i 4 l 应用、 电石渣湿式脱硫法浙江大学电石渣 2 0 0 0 0 7 5 未推广 软锰矿浆脱硫法湘潭大学软锰矿浆8 5 未放大 旋转喷雾干燥法 西南电力设计 完成中试，未 半干法 院 c a ( o h 7 c 1 0 0 0 8 5 工业化 清华大学 烟气循环流化床石灰 2 0 仉i 正在推广 中兴百绿 脉冲电晕法大连理工大学 n h 3 9 5完成中试 千法 湖北松木坪发完成中试，通 活性炭吸附法 含碘活性碳 s 0 0 09 0 电厂 过鉴定 7 西安建筑科技大学硕士学位论文 1 4 本课题研究的目的、意义及主要内容 课题研究的目的：我国是一个发展中国家，根据我国的国情，中国的烟气脱硫技术必须 适合我国经济的发展。因此，要寻找一种更适合的脱硫方法，一方面研究高效脱硫剂，另一 方面对脱硫装置的研究。本实验使用的是干法钙基脱硫剂，主要原料的成本都较低，来源广 泛，且部分原料取自工业废弃物，达到以废治废的目的。我国的大多数脱硫装置都是国外引 进的，费用较高，在引进国外先进技术的基础上，开发研究一种新型反应器，既能降低脱硫 成本，又能加快反应速率，提高脱硫效率和钙利用率，脱硫系统又易于控制。 课题研究的意义：由于移动床吸附器与固定床相比，更适合于大烟气量的连续处理， 可以实现连续操作，但由于有关技术还不是太成熟，装置的设计方面研究的较少，因此进 行移动床设计研究是一项非常具有意义的工作，值得我们去深入探讨。 课题研究的内容：移动床脱硫装置的深入研究，根据经验数据设计一种错流移动床反 应器，研究不同的运行参数或物理参数对脱硫过程的影响，在其它条件一致的基础上，对 不同形式的移动床脱硫效率进行对比，验证不同形式的移动床脱硫过程的优缺点。最终在 给定气量、浓度、并达标的条件下，设计一种最优的反应器，确定装置的结构形式及尺寸 大小、吸附剂的用量等。 a 、运行参数对脱硫效率的影响研究 ( 1 ) 脱硫剂脱硫机理的理论研究 ( 2 ) 空床气速对脱硫效率、钙利用率、压损的影响 ( 3 ) s c h 浓度对脱硫效率、钙利用率、压损的影响 ( 4 ) 下料速度对脱硫效率、钙利用率、压损的影响 b 、脱硫装置的研究 ( 1 ) 脱硫装置的结构形式对脱硫效率的影响 ( 2 ) 床层厚度与脱硫效率、钙利用率、压损的关系 ( 3 ) 试验确定能保证脱硫效率达到要求的脱硫装置的设计和运行参数，以及脱硫剂的用量 3 西安建筑科技大学硕士学位论文 2 烟气脱硫反应器的研究分析 由于s 0 2 污染严重，大气污染治理设备市场需求量非常大，我国的大气污染治理设备 多以国外引进为主，且大多数为除尘设备，还没有开发出适合我国国情的、且为市场所接 受的自主知识产权的产品。由于国外脱硫装置费用高，就目前的经济状况而言，国家和企 业都难以接受，因此开发适合我国国情的脱硫装置已经非常紧迫。f g d 所采用的工艺装置 都是成套的，主要设备是脱硫吸收塔和脱硫反应器，再加上辅助配套设施，便构成完整的 f g d 系统。 2 1 脱硫反应器的分类及选择 目前脱硫装置按其原理主要分为：吸收法、吸附法、催化转化法、生物法和等离子法 等，而应用最多的是吸收法和吸附法“”。吸收法脱硫是将气体中的各组分加以分离，除去 s 0 2 等有害气体成分，达到净化气体目的的一种常见方法。吸收法脱硫反应器是废气处理 中的吸收反应工业设备，实际应用中脱硫吸收塔的主要塔型有：填料塔、板式塔，喷淋塔 和文丘里吸收器等。吸附净化是利用多孔固体吸附剂将废气中的有害成分积聚在其表面上， 使废气达到净化的一种方法。由于吸附作用的完全性，因而吸附净化法对低浓度气态污染物 能有效清除，在有机化工，石化等行业得到广泛应用。按吸附剂运动状态的特点，吸附反 应器设备可分为固定床吸附器、移动床吸附器、流化床吸附器和其他类型的吸附器等n 日n 耐 目前，在颗粒床脱硫中得到应用的只有固定床，但随着技术和工艺的发展，其他类型的吸 附床在环保上的应用还将有广阔空间。由于本次试验所用脱硫剂的颗粒状特点决定了脱硫 方法以吸附法为主。 2 2 吸附法烟气脱硫反应器及应用 a _ 固定床吸附器 在固定床吸附器内，吸附荆在承载板上固定不动。固定床可分为立式、卧式和环式。 其中一段式固定床层厚1m 左右，适用于浓度较高的废气净化，其它形式固定床层厚为o 5 m 左右，适用于浓度较低的废气净化。固定床吸附器的优点为：结构简单、工艺成熟、性 能可靠；成本低；吸附和脱附交替进行。但是其不足之处为：吸附剂层导热性差；热量利 用率低。适用于小型、分散、间歇性污染源。一般多采用立式厚床吸附器，因为它利用效 率高，不易产生沟流和短路，填装和更换吸附剂简单。但压力损失较大、气流通过横截面 积小。当气流通过面积大和只允许较小的压降时，则采用环形等一般薄床吸附器，卧式吸 附器一般很少采用，因为它很容易产生沟流和短路，影响净化效果。固定床般为间歇操 9 西安建筑科技大学硕士学位论文 作，只有使用两个以上的反应器时才能实现连续操作，这样使得流程复杂、占地面积增大。 图2 1 中a 、b 分别为立式和卧式固定床吸附器。 ( 8 ) ( h ) 图2 1 固定床吸附器 1 吸附器；2 吸附床；3 - 气体混合物入口；4 脱附时直接通蒸汽； 弘气体出口；6 脱附时气体出口；7 吸附剂加料口；8 冷凝液排出口； 9 吸附剂卸料口 b 移动床吸附器 移动床主要用于固体颗粒和流体接触的场合，它的操作介于固定床和流化床之间。移 动床按其气体和脱硫剂的接触方式又可分为：并流式、逆流式和错流式三种“力。在移动床 吸附器内固体吸附剂在吸附层中不断移动，一般固体吸附剂由上向下移动，而气体则由下 到上( 左到右) 流动，形成逆流( 错流) 操作。最上段为吸附剂加料装置。吸附器上下部 均有吸附剂控制机构。在移动床中，当床层内达到稳定状态时，将形成一吸附带，且吸附 带维持在床层某一位置，这样可以相当于固定床厚度任意加长，因此移动床的利用效率可 以大幅度提高，由于床层厚度只需略大于吸附带厚度，较薄的床层可以降低床层阻力“”。 目前，逆流移动床应用较为广泛彻。它的优点是：固体颗粒实现连续化运动；所使用 的固体颗粒的粒径范围较宽；固体和流体的接触时间可在很大范围内变化；固体和流体接 近于平推流流动，反应效率高；逆流接触的热利用率较高。它的缺点是：固体的加入、排 出装置较复杂；气体的处理量大时压降较大；传热性能差；固体颗粒的磨损较严重，需要 颗粒回收及输送设备。 错流移动床集逆流移动床和径向固定床反应器的优点于一体，该床型由于气体与固体 的流路分离，便于气固相的分离处理；它的优点是气固接触面积大、处理气量大、压降小、 催化吸附反应速率快，且为采用小颗粒的催化剂提高空间速度创造了条件，从而提高了设 备的空时产率；缺点是它具有磨损消耗大；结构复杂；设备庞大；运行费用高等缺点，气 体流速过大会出现空腔和粘壁现象错流式移动床是一种较早出现的移动床吸附器，比较 其它的移动床型更具有优势。它采用在筛网或百叶窗的夹持下的定厚度垂直滤层，颗粒滤 料因重力会缓慢向下运动。滤层可制成平板式，也可制成筒状，气流由筒内通过滤层流向 1 0 西安建筑科技大学硕士学位论文 筒外，或相反地，先外筒后内筒流动。图2 2 为移动床装置的三种基本形式。 罄醇拳 ( a ) ( b )( c ) 图2 2 移动床装置的基本形式 ( a ) 逆流式移动床( b ) 并流式移动床( c ) 错流式移动床 c 流化床吸附器 流化床吸附器是将吸附剂的粉末或颗粒加入需净化的气流中、使吸附剂和气流均匀混 合、互相接触、以吸附气流中的吸附质，然后将吸附了吸附质的吸附剂与净化了的气体分开。 吸附层内的固体吸附剂呈沸腾状态，与固定床相比，流化床所用的吸附剂粒度较小，气流速 度要大3 4 倍以上，气、固接触相当充分，吸附速度快，但吸附剂的损耗较多，对吸附剂的 机械强度要求也更高，动力和热量消耗较大。流化床吸附器适用于连续、稳定、大气量的污 染物治理。东南大学与中绿环保公司合作为无锡化工集团一台6 5 t h 燃煤锅炉设计建造了一 套循环流化床烟气脱硫装置。该装置处理烟气量为1 2 6 2 0 0 m s h ，当钙硫摩尔比为1 5 时，脱 硫效率可以达9 0 以上，脱硫剂为废电石渣。青岛热电厂、银川热电厂、云南小龙潭电厂及 广州恒运集团公司均安装了循环流化床烟气脱硫装置。 也回转式吸附器 回转式吸附器哪由转动的吸附转筒、外壳、过滤器、冷却器、分离器和通风机等部分组 成。用回转式吸附器净化含溶剂气体时，含溶剂气体经过过滤器将尘粒等机械杂质除去，再 经冷却降温后由通风机送入吸附转筒。吸附转筒由若干部分组成，大部分处于吸附状态，小 部分进行脱附。净化后的气体自转筒中部空间被排出，脱附后的吸附剂又转到吸附区进行吸 附。回转式吸附器的吸附床层薄，吸附时间应小于床层的穿透时间。这种床层的优点是实现 连续操作，处理气量大，易于实现自动控制，且气流压降小，设备紧凑；缺点是动力损耗大， 并需要一套减速转动机构，转筒与接管的密封也非常复杂。 2 3 颗粒移动床反应器的国内外研究现状 颗粒层反应器最初出现在7 0 年代后期及8 0 年代初期，日本、美国、和德国对颗粒移动床 技术的研究非常重视，已取得多方面的进展洲日本采煤研究中心和川崎重工联合开发了移 动床颗粒层过滤器。美国c 彻出u s t i 0 1 1 p o w 盯公司( c p c ) 和w e s t i n g h o u s e 公司联合开发设计了 移动床颗粒层过滤器，美国w e s t i n g