（化学工程专业论文）多级多尺度烟气脱硫液柱塔的改造与性能测试.pdf

- l 1i1)。 青岛科技人学研究生学侮论文 多级多尺度烟气脱硫液柱塔的改造与性能测试 摘要 液托唢剁烟气脱硫披术山j i 气液相i j ：作川慢烈，运行稳定i t j 靠，烟气脱硫 效率高等特点成为当前研究的热点。本义以提黼脱硫效率、降低运行成本为h 的，通过喷嘴雾化特性试验、液柱塔内的流场模拟、脱硫性能试验丌展研究， 对雾化喷嘴进行了优化，提出了多级液柱喷射脱硫的方法和概念。多级液柱喷 射塔内，液滴雾化形成液滴的滴径分布及液滴运动状况对脱硫效率有重要影响。 本文采用压力旋转喷嘴和扇形喷嘴进行喷射试验，利j j 痕迹法测试了塔内雾化 液滴的滴径分和，利川r o s i n r a m m l e r 经验式对数据进 j ：拟合，得到了液滴滴 径分夼的；见律。 利用流体力学软件c f d 模拟压力旋转和扇形雾化喷嘴，找出其对塔内流场 分布的影响规律。以雷诺时均的奈维斯托克斯方程( n s ) 为基础，采用l a g r a n g e 离散相模型，预测喷嘴对气体流场分币j 的影u i 句。数值模拟j 实验结果表明：压力 旋转和扇形喷嘴组合条件f ，浆液喷淋对炯气具有明显的整合作川，防l | 二气体 撞击，避免了雾沫火带现象。模拟分析了进l i7 速、喷射浆液量对塔内娴气轨 迹的影响，得到最佳的操作参数v = 2 0 m s 、q = 2 8 8 m 3 h 。同时得到液滴在烟气 逆流流场中的断裂机理：端部央断机理和颈部央断机理。 实验考察了喷液量、塔内风速、吸收液p h 值、s 0 2 入v i 浓度等因素对脱硫 效率的影响。结果表明脱硫效率随着塔内风速、吸收液p h 值、s 0 2 入口浓度的 增大而降低，随液气比增大而增大。s 0 2 入口浓度4 7 0 m g m 3 条件下得到最佳操 作液气比为1 5 l m 3 ，脱硫效率达到9 6 5 ，模拟结果与实验结果基本吻合，对 多级液柁塔喷射技术的进一步研究有一定的意义。 关键词：烟气脱硫多级多尺度液柱塔液滴直径分布数值模拟 塑堑垦壁丝冬壁堕壅壁堡丝堕堕量丝墼型达 l i 青岛科技大学研究生学位论文 r e c o n s t r u c t l o na n dc a p a b i l i t yt e s to f m u l t i l e v e la n dm u l t i s c a l ef g d l i q u i d c o l u m nt o w e r a b s t r a c t s l u r r y i e tf g d i so n eo ft h em o s ta d v a n c e df g dt e c h n o l o g i e s ，w h i c hi s c h a r a c t e r i z e db ys t r o n gi n t e r a c t i o nb e t w e e nf l u eg a sa n dl i q u i d ，s t a b l ea n dr e l i a b l e o p e r a t i o na n dh i g h e f f i c i e n c yd e s u l f u r i z a t i o n i nt h et h e s i s ，an e ws t y l em u l t i l e v e l s l u r r yj e t f g di sp r o p o s e db yo p t i m i z i n gs p r a yn o z z l e s s e v e r a lt a s k sa r ec a r d e do u t i n c l u d i n gt h es t u d yo fc h a r a c t e ro fl i q u i d c o l u m na t o m i z a t i o n ，s i m u l a t i o no ff l o w f i e l da n dt e s to fd e s u l f u r i z a t i o nc a p a b i l i t y d i a m e t e ra n dv e l o c i t yd i s t r i b u t i o no f a t o m i z e ds l u r r yd r o p l e t sh a v eg r e a te f f e c to nd e s u l f u d z a t i o n t h ed i s t r i b u t i o nr u l eo f d r o p l e t d i a m e t e ri so b t a i n e d b y t r a c e st e s ta n dr e y n o l d st i m e - a v e r a g e d n a v i e r - s t o k e se q u a t i o n sa b o u tf a n s h a p e ds p r a yn o z z l ea n dp r e s s u r er o t a t i n gs p r a yn o z z l e t h ec o m p u t a t i o n a lf l u i dd y n a m i c s ( c f d ) i su s e dt os i m u l a t et h ed i s t r i b u t i o no f t h ef l o wf i e l di nn e ws t y l eo fm u l t i l e v e la n dm u l t i s c a l el i q u i d c o l u m nt o w e rw i t ht h e t w os t y l en o z z l e s i tc a nb ep r e d i c t e dt h a td i f f e r e n tn o z z l e sc o u l da f f e c tt h e d i s t r i b u t i o no ft h eg a sf l o wf i e l dw i t hl a g r a n g ed i s c r e t ep h a s em o d e lb a s e do n r o s i n r a m m l e re q u a t i o n s n u m e r i c a ls i m u l a t i o na n de x p e r i m e n tr e s u l t ss h o w e dt h a t t h es p r a ys l u r r yh a so b v i o u s l yi n t e g r a t i o ne f f e c to nt h ef l u eg a sw i t hc o m b i n a t i o no f p r e s s u r e s w i r l a t o m i z e ra n df l a tf a na t o m i z e rn o z z l e ，t h e yc o u l dp r e v e n tg a sc o l l i s i o n a n da v o i de n t r a i n m e n t t h eo p t i m i z e dv a l u eo fi n l e tv e l o c i t yo ff l u eg a sa n ds l u r r y m a s sa l e2 0 m sa n d2 8 8 ，hr e s p e c t i v e l y d r o p l e tb r e a k u ps h o w st w om e c h a n i s m s ： t i pp i n c h o f fa n dn e c kp i n c h o f f t h ed e s u l f u r i z a t i o ne f f i c i e n c yd e c r e a s e dw i t ht h ei n c r e a s i n go ff l u e - g a sv e l o c i t y , p ho fa b s o r b e n ta n di n l e tc o n c e n t r a t i o no f8 0 2 ，h o w e v e r ，i ti n c r e a s e dw i t h t h e i n c r e a s i n go ft h el i q u i d g a sr a t i o t h ed e s u l f u r i z a t i o ne f f i c i e n c yr e a c h e dt o9 7 u n d e rt h ec o n d i t i o n so fl i q u i d g a sr a t i oa n di n l e tc o n c e n t r a t i o no fs 0 2w e r e1 5 l m a n d4 7 0m g m 3r e s p e c t i v e l y t h es i m u l a t e dr e s u l t sa g r e e dw e l lw i t ht h et e s tr e s u l t s i i i t h er e s u l t sm a yg i v es o m ed i r e c t i o n so nt h ef u r t h e rs t u d yo f t h en e w s t y l em u l t i l e v e l a n dm u l t i s c a l ef g d k e yw o r d s ：f l u eg a sd e s u lf u r i z a t i 。n m u l t i l e v e la n dm u l t i s c a l es p r a y t 。、e r ，droplet s i z ed i s t r i b u t i 。nn u h l e r i c a ls i m u l a t i 。n i v 青岛科技人学研究生学位论文 目录 前言1f j i j 吾1 1 文献综述j 2 1 1s 0 2 的污染及危害2 1 1 1s 0 2 对人体健康的危害2 1 1 2s 0 2 对动植物的影响2 1 1 3s 0 2 对会属的腐蚀：_ 。j 3 1 1 4s 0 2 对生态环境影向3 1 2 当前我国燃煤电厂存在的问题4 1 2 1 燃煤电厂减排s 0 2 的管理措施不到位：4 1 2 2 经济政策不落实，投资i 、u j 题长期网扰电厂脱硫4 1 2 3 国产化脱硫技术开发起步较晚，装备水平不高4 1 3 烟气脱硫技术。4 1 3 1 湿法脱硫技术5 1 3 2 干法脱硫技术7 1 3 3 半干法脱硫工艺- 7 1 3 4 新兴的烟气脱硫方法8 1 4 湿法烟气脱硫设备。1 1 1 4 1 喷淋塔j 1 2 1 4 2 填料塔。13 1 4 3 喷射鼓泡塔13 1 4 4 液柱塔j 1 4 1 5 国内外发展现状1 4 1 6 烟气脱硫塔的模拟：1 5 1 7 多级多尺度液柱喷射脱硫塔1 9 2 喷嘴选择及雾化性能- _ 一2 1 2 1 雾化喷嘴：2 1 2 1 1 喷嘴特性参数2 2 2 2 雾滴测量手段及仪器2 2 2 2 1 雾滴测量方法2 2 2 2 2 液滴收集装置2 4 2 2 3 膜片制备2 4 2 3 试验流程图2 5 2 4 实验步骤2 5 2 5 实验结果及分析：2 6 v 多级多尺度烟气脱硫液柱塔的改造与性能测试 2 5 1 扇形喷嘴液滴尺寸频度2 7 2 5 2 压力旋转喷嘴的雾滴尺寸频度2 8 2 5 3 扇形喷嘴不同高度雾滴尺寸累计2 9 2 5 4 压力旋转喷嘴雾滴尺寸累计3 0 2 5 5 线性回归3 1 本章小结31 3 新型液柱塔及雾化喷嘴的数值模拟3 2 3 1c f d 模拟软件简介3 2 3 1 1g a m b i t 软件概述3 3 3 1 2f i 。u e n t 软件概述3 3 3 2 新型液柱塔儿何模型建立与数值模拟方法选择3 4 3 2 1 模型建立3 4 3 2 2 几何模型3 4 3 2 3 计算网格划分3 5 3 2 4 数值计算方法的确定3 6 3 2 5 湍流模型的选择3 7 3 2 6 求解器的选择3 8 3 2 7 差分格式和压力捅补格式的选择3 9 3 2 8 边界条件设置4 0 3 3 液柱塔内的流场分析4 0 3 3 1 空塔内气相流场4 0 3 3 2 空塔内气相速度场4 2 3 3 3 空塔内气相矢量图- 4 3 3 3 4 塔内压力场4 4 3 4 离散相模型4 5 3 4 1 雾化模型4 5 3 4 2 基本假设4 6 3 4 3 求解方法4 7 3 5 多级液柱塔的流场模拟4 7 3 5 1 单级扇形喷嘴4 7 3 5 2 单级压力旋转喷嘴4 9 3 5 3 压力旋转与扇形雾化喷嘴组合5l 本章小结5 3 4 液滴破碎与聚并。5 4 4 1 二维模型5 4 4 1 1 液滴在液柱塔中的受力情况5 5 4 1 2 计算参数5 5 4 1 3 基本假设5 5 4 1 4 求解方法5 5 4 1 5 湍流模型5 5 v i 青岛科技大学研究生学位论文 4 2 液滴破碎聚并5 6 4 2 1 单个液滴破碎对烟气迹线的影响5 6 4 2 2 流场内烟气速度的变化5 7 4 2 3 湍动能的变化5 8 4 2 4 液滴颈部断裂过程5 8 4 2 5 液滴端部断裂过程5 9 4 3 液滴群破碎模型6 0 4 4 液滴群破碎6 1 4 4 1 液滴群破碎过程6 1 4 4 2 液滴群个数的改变情况- 6 2 4 4 3 多个液滴的破碎过程6 3 4 4 4 多个液滴破碎对湍动能的影响6 4 本章小结，6 4 5 多级多尺度液柱脱硫塔性能试验6 5 5 1 实验系统_ 6 5 5 1 1 实验流程_ 6 5 5 2 实验测试设备及原理6 6 5 2 1 孔板流虽计6 6 5 2 2k c 一6 d 型气体采样器6 7 5 3 实验工况和内容6 8 5 3 1 物料粒度分析6 8 5 3 2 实验原理6 8 5 4 单级实验结果6 9 5 4 1 单级扇形喷嘴喷射下的脱硫效率6 9 5 4 2 单级压力旋转喷嘴喷射下的脱硫效率7 0 5 5 实验结果分析与讨论7 1 5 5 1 烟气速度与脱硫效率7 l 5 5 2p h 与脱硫效率7 2 5 5 3s 0 2 入口浓度与脱硫效率7 2 5 5 4 液气比与脱硫效率一7 3 本章小结：7 4 结论7 5 参考文献7 7 附录1 81 附录2 8 3 v i i 塑薹璎型冬些堕堕壁塑堕堕堡皇堡墼型堕 附录3 8 4 附录4 8 7 致谢8 8 攻读学位期间发表的学术论文8 9 声明9 0 v i 青鱼壁垫叁堂婴窒尘兰堡笙茎 - _ 一一 英文字母 符号说明 i x 墼堕呈型冬堕堕堕壁堕塑丝堕皇堂堂型鎏 x 一壹鱼型丝盔堂婴窒竺堂垡笙塞 希腊字母 x i 青岛科技大学研究生学位论文 前言 大气是人类赖以生存的最基本的环境要素。随着人类生产生活和社会活动 的增加，大气环境质量同趋恶化。其中燃煤产生的s 0 2 是引起大气污染的最主 要因素。我国是世界上最大的煤炭生产和消费国，近几年由于s 0 2 排放导致的 酸雨严重破坏了生态系统，同时对工农业生产造成了极大危害。囚此要加强对 s 0 2 排放的控制。脱除燃煤s 0 2 的方法有很多种，其巾比较实用、可行、经济 的技术方案有喷雾干燥法、循环流化床法、增湿狄循环法、烟道喷射法、炉内 喷吸收剂增湿活化脱硫工艺、湿式石灰石灰石脱硫工艺、海水脱硫工艺等十余 种。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。 近年来，液柱烟气脱硫技术发展很快。它的特点是气液传质充分，脱硫效 率高。该工艺脱硫反应区是由脱硫剂循环液在塔中部向上喷射所形成的液幕层， 液体喷入塔内先是形成自下而上与烟气顺流的液柱，然后在顶部散开，形成自 上而下与烟气逆流的液滴。在液柱最高处，液体由向上至速度为0 转而向下的 过程中，聚集成液相密集区即形成液幕层。液柱塔中的液滴平均直径比喷淋塔 大，而且，在整个气液流场里，液滴的破碎和凝聚一直在发生，增强了液滴的 表面更新作用，促进了脱硫过程的传质。 本文的目的在于，对青岛科技大学化学工程研究所自主开发的多级多尺度 液柱式脱硫塔的液柱特性、雾化特性进行研究。考察了单个液滴在逆流流场中 的破碎机理以及多个液滴破碎、聚并对流场造成的紊乱情况；对单级喷嘴以及 喷嘴组合进行了喷射模拟，以评判不同喷头的优缺点，进而选出了单组平口雾 化喷嘴和靶式喷嘴雾化的最佳组合方式；引入离散相得到液柱塔内部的气液流 场分布。最后针对现有的液柱塔的弊端提出了改造方案，对其脱硫性能进行了 测试。 多级多尺度烟气脱硫液柱塔的改造与性能测试 1 1s 0 2 的污染及危害 1 文献综述 大气是人类赖以生存的最基本环境要素。随着人类生产生活和社会活动的 增加，大气环境质量日趋恶化。其中燃煤产生的s 0 2 引起的污染居首。我国是 世界上最大的煤炭生产和消费国。由于排放导致的酸雨严重破坏了生态系统， 同时对工农业生产造成极大危害。大气中的含硫化合物有s 0 2 、h 2 s 、h 2 s 0 4 和 硫酸盐等，他们主要来自矿物燃料燃烧、有机物分解和燃烧、火山喷发等。大 气中的s 0 2 含量占含硫化合物总量的8 0 以上，因此，s 0 2 是公认的影响而很 广的大气污染物【l 】。s 0 2 也是一种极具危害性的气体，当大气中的s 0 2 浓度超过 0 5 x 1 0 击k g m 3 时，对人体有潜在的危害；当浓度超过l x l 0 6 k g m 3 时，即可损害 农作物。据调查，燃煤排放的s 0 2 约占大气中s 0 2 排放总量的三分之二，且集 中在占地球表面不到1 的城市和工业区上空，因此燃煤排放的s 0 2 是造成城市 大气污染和产生酸雨的最主要原因。s 0 2 的污染问题已成为了制约我国经济发 展的重要因素。 1 1 1s 0 2 对人体健康的危害 s 0 2 是一种无色具有强烈刺激性气味的气体，易溶于人体的体液和其他黏 性溶液中，长期受到影响会导致多种疾病，如：上呼吸道感染、慢性支气管炎、 肺气肿等，危害人类健康。s 0 2 在氧化剂、光的作用下，会生成使人致病、甚 至增加病人死亡率的硫酸盐气溶胶。当硫酸盐浓度在1 0 9 9 m 3 左右时，每减少 1 0 的浓度能使死亡率降低0 5 ；s 0 2 的浓度达到( 1 0 1 5 ) 1 0 6 k g m 3 时，呼吸 道的纤毛运动和粘膜分泌功能均受到抑制。浓度达2 0 x1 0 由k g m 3 时，刺激作用 明显增强，引起咳嗽，眼睛难受，即使习惯于低浓度s 0 2 的人也会感到不适。 、s 0 2 浓度达2 5 x 1 0 。6 k g m 3 时，纤毛运动有6 5 - 7 0 受到障碍。若每天8 小时连 续吸入浓度为1 0 0 x 1 0 。6 k g m 3 的s 0 2 ，则导致支气管和肺出现明显的刺激症状， 使肺组织受损。如果s 0 2 浓度达到4 0 0 x 1 0 击k g m 3 则可使人呼吸困难。 1 1 2s 0 2 对动植物的影响 研究表明，在高浓度的s 0 2 影响下，植物会产生急性危害，叶片表面产生 2 青岛科技人学研究生学化论文 坏死斑，或：a 接使植物叶片枯萎脱落。二氧化硫慢性中毒后，机体的免疫受到 明显抑制1 2 1 。j i 低浓度s 0 2 的影响f ，植物的生长机能受剑影响，造成产鞋卜降， 品质变坏。2 0 0 9q - z g , j 我闷1 3 个省市2 5 个j ：厂企业的统计表明，凶s 0 2 造成的 受害而秘达2 3 3 万公顷，粮食减少1 8 5 万吨，蔬菜减少5 0 0 吨。 1 1 3s 0 2 对金属的腐蚀 s 0 2 对金属的腐蚀 i 要足对钢宝构的腐蚀。据统计，发达闺家每年冈金属 腐蚀而，齄米的“核经济损失i 吁斛比经济总j 沁值的2 一4 。f 金属腐蚀造成的 直接损失远人j 二水灾、风灾、火灾、地震造成损失的总和。且金属腐蚀直接威 胁到工j i k 设施、生活设施和交通设施的安全。 1 1 4s 0 2 对生态环境影响 s 0 2 形成的酸雨和酸雾危害相当大，主要表王兕为对湖泊、地下水、建筑物、 森林、古文物以及人的农物构成腐蚀。同时，长期的酸雨作用还将对土壤和水 质产生不l | 丁估龟的损失。据报告重酸雨区的面积由2 0 0 2 年占困土面积的4 9 增加到2 0 0 5 年的6 1 t 引。 国家环境保护总局发布的2 0 0 0 2 0 0 6 年我l 司s 0 2 排放总量，见农1 1 。 表l l2 0 0 0 2 0 0 6 年我国s 0 2 排放总量4 1 t a b1 - 1t h et o t a le m i s s i o no fs 0 2i nc h i n af r o m2 0 0 0t o2 0 0 6 由表1 可以看出，进入2 1 世纪以来，我国s 0 2 排放总量不断增长，火电厂 s 0 2 排放量占全国s 0 2 排放总量的比例也不断增加。二氧化硫的减排已成为当 前一个亟待解决的问题，这关系到我们国家的可持续发展和环境保护，是一件 利国利民的大事。 3 多级多尺度烟气脱硫液柞塔的改造与性能测试 1 2 当前我国燃煤电厂存在的问题 经过多年的努力，我国燃煤电厂s o ：污染防治工作已经取得明显进展。通 过采用换烧低硫煤以及关停小机组、降低煤耗、采用煤炭清洁燃烧技术、加快 燃煤电厂脱硫示范工程建设等综合措施，全国“两控区”内燃煤电厂s o ：排放已 得到有效的控制。但是目前我罔燃煤电厂s o ：减排任务仍然非常艰巨。这主要 有三方面的原斟5 1 。 1 2 1 燃煤电厂减排s 0 2 的管理措施不到位 2 0 世纪8 0 年代全国就丌始实行排污收费制度，直到9 0 年代中期，才对重点地 区实施s 0 2 收费。而且收费标准与s 0 2 处理成本相差甚远，达不到促进电厂治理污 染的日的。致使燃煤电厂普遍没有把s 0 2 减排作为企业管理的主要内容。随着煤 电的快速发展，s 0 2 污染欠帐越来越多，即使全面开展治理工作，在短时间内也 难以根本解决。 1 2 2 经济政策不落实，投资问题长期困扰电厂脱硫 燃煤电厂建设脱硫装置，不仅基建投资巨大，而且运行费用高，脱硫成本 对电厂效益将产生一定的负面影响。其次电厂受上级主管部门制约，不能自主 投资治理污染。这些因素在一定程度上影响了燃煤电厂建设脱硫装置的积极性。 1 2 3 国产化脱硫技术开发起步较晚，装备水平不高 发达国家已经有了成熟的燃煤电厂脱硫技术，但都投资巨大，我国燃煤电 厂难以承受。目前我国的燃煤电厂脱硫技术主要是消化和吸收国外引进技术， 脱硫装置的国产化、成套化有待进一步提高。 1 3 烟气脱硫技术 烟气脱硫( f l u eg a sd c s u l f u r i z a t i o n ，简称f g d ) 是目前燃煤电厂控制s 0 2 气 体排放最有效和应用最广的技术。烟气脱硫的主要方式有以下几种【6 】： 燃烧前脱硫：属于该类方法亦包括洗煤、气化、煤气联合循环发电工艺。 低含硫的燃料是最简洁的途径，上世纪8 0 年代开始，发达国家已经开始大量使 一一 青岛科技大学研究生学位论文 用液态燃料，到了9 0 年代又开始大量采用气体燃料。而对于我困目前能源结构 及政策，还f 能在短期内实现采用低硫燃料。燃烧中脱硫：包括循环流化床燃 烧脱硫、固硫型煤脱硫、炉内喷钙脱硫等。燃烧后脱硫：燃烧后脱硫即烟气脱 硫( f g d ) ，是目前发达国家的所采用主要脱硫方式。 燃烧后脱硫按脱硫过程的性质又可分成湿式、干式及半干式脱硫r 卜引。世界 上已实现大规模应用的烟气脱硫技术中，湿法脱硫技术约占8 5 ，其中石灰石- 石膏法为3 6 7 ；喷雾干燥脱硫技术约占8 4 ；炉内喷钙尾部增湿脱硫技术约 为1 9 9 j 。 1 3 1 湿法脱硫技术 湿法烟气脱硫优点足技术成熟、运行安全可靠且脱硫效率较高。但投资和 运行成本较大，并且容易腐蚀和结垢，而且脱硫的产物也比较难处理。相对而 言，干法烟气脱硫显示出了投资小、产物易处理的优势，但脱硫效率较低。下 面介绍几种简单的烟气脱硫方法。 1 3 1 1 石灰石石膏烟气脱硫技术 图1 1 石灰石一石膏法湿式脱硫工艺流程简图嘲 f i g1 - 1w f g dp r o c e s s 石灰石石膏法脱硫原理是用石灰石浆液吸收烟气中的s 0 2 ，先生成亚硫酸 钙，然后亚硫酸钙被氧化为硫酸钙【l o 】。在吸收塔内，烟气中的二氧化硫与浆液 中的碳酸钙以及从塔下部鼓人的空气进行氧化反应生成硫酸钙，硫酸钙达到一 定饱和度后，结晶形成二水石膏。经过净化处理的烟气依次经过除雾器除去雾 滴，加热器加热升温后，由增压风机经烟囱排放。 多级多尺度烟气脱硫液柱塔的改造与性能测试 1 3 1 2 海水脱硫技术 海水通常星碱性，p h 值为7 。5 8 3 ，因而海水具有天然的酸碱缓冲能力及吸 收s 0 2 的能力。海水烟气脱硫技术是一项近些年发展起来的新技术。该工艺利 用海水的碱性来吸收s 0 2 【l l 】。海水烟气脱硫技术的特点是：工艺比较简单，运 行成本较低；不产生固体废物；而且具有较高的脱硫效率。 1 3 1 3 钠碱法 钠碱法主要包括亚纳循环吸收法和亚硫酸钠法两种。亚纳循环吸收法是利 用n a 2 s 0 3 吸收s 0 2 生成n a h s 0 3 吸收液加热分解出高浓度s 0 2 和n a 2 s 0 3 ( 用 于再循环) 。亚硫酸钠法是利用n a z c 0 3 吸收n a 2 s 0 3 ，并将n a 2 s 0 3 制成副产品。 1 3 i 4 氧化镁法 氧化镁烟气脱硫的基本原理是用m g o 浆液吸收烟气t 1 的s 0 2 ，生成含水亚 硫酸镁和硫酸镁。其在日本、台湾、东南亚得到了广泛应用。近年来，在我国 发展也很快，具有广阔的前景。该法技术成熟、运行可靠，脱硫效率高，一般 情况下可达9 5 9 8 【1 2 - 1 3 】。此外副产品( 如硫酸镁、亚硫酸镁硫酸镁等) 在工 业生产中具有较高的商业利用价值，氧化镁烟气脱硫技术在中小型热电行业是 比较经济实用的一种脱硫方式。 表1 3 几种典型的湿法烟气脱硫技术中的技术指标比较 t a b1 - 3c o m p a r i s o nan u m b e ro f t e c h n i c a li n d i c a t o r so fs e v e r a lt y p i c a lw e tf l u eg a s d e s u l f u r i z a t i o nt e c h n o l o g y 6 青岛科技人学研究生学位论文 1 3 2 干法脱硫技术 干法脱硫工艺使用固相粉状或粒状吸收剂、吸附剂或催化剂，在无液相介 入的完全干燥的状态下与s 0 2 反应，并在于态下处理或再生脱硫剂；脱硫产物 为干态，工艺流程相对简单、投资费用低；烟气在脱硫过程中无明显降湿，利 于排放后扩散；无废液等二次污染；设备不易腐蚀，不易发生结垢及堵塞。但 要求钙硫比高，反应速度慢，脱硫效率及脱硫剂利用率低；飞灰与脱硫产物相 混可能影响综合利用；对干燥过程控制要求很高。如炉内喷钙脱硫技术的脱硫 效率只有2 0 - 3 0 t h l 。于法脱硫工艺主要有：荷电干法吸收剂喷射脱硫法、电 子束照射法、吸附法等。 1 3 2 1 电子束脱硫技术 该方法的基本原理是：烟气经喷雾冷却后进入反应器，高能量的电子束使 烟气中如n o 、0 2 和水蒸气等各种气体发生反应，大量的离子和自由基等活性 物质因此产生，这些活性离子与s 0 2 和n o x 反应生成硫酸和硝酸，再与预先 加入的氨中和成硫酸铵和硝酸铵。该法优点是：高效、工艺简单、占地面积小， 可同时脱硫、脱硝，脱硫效率可超过9 5 ，脱硝效率超过8 0 ；无废水产生； 副产品硫酸铵和硝酸铵可作为化肥的原料。 1 3 2 2 循环流化床脱硫技术 循环流化床烟气脱硫技术的原理是：烟气通过床料为脱硫剂的循环流化床， 使烟气和脱硫剂在床内反应【15 1 ，达到脱硫目的。一般用c a c 0 3 和c a c 0 3 加 m g c 0 3 ( 白云石) 等作为脱硫剂【1 6 】。循环流化床脱硫技术有如下的特点：通过设置 运行条件，使脱硫剂在塔内多次循环，使烟气与脱硫剂充分接触，因此可以大幅 度提高脱硫剂的利用率；该技术可以控制塔内温度，令其保持在最佳脱硫温度范 围，以便最大限度地利用脱硫剂；燃料的适应性广，可用于高灰分、高水分、低 热值和低灰熔点的劣质燃料；脱硫剂的利用率比较高，且脱硫率可超过9 0 ，因 此近年来受到越来越多的关注【”1 8 1 。 1 3 3 半干法脱硫工艺 半干法脱硫工艺主要有：喷雾干燥法、循环流化床法、增湿灰循环法、烟 7 多级多尺度烟气脱硫液柱塔的改造与性能测试 道喷射法等。半干法脱硫工艺融合了湿法、干法脱硫工艺的优点，具有广阔的 应用前景。以喷雾干燥法为例。喷雾干燥法烟气脱硫是最先由美国j o y 公司和 丹麦n i r o a t o m i e r 公司共同开发的脱硫工艺，2 0 世纪7 0 年代中期得到发展，第 l 台电站喷雾干燥脱硫装置于1 9 8 0 年在美国北方电网河滨电站投入运行，并在 电力工业迅速推广应用。喷雾干燥法【1 9 】的基本原理是：采用石灰浆作吸收剂， 高速旋转雾化器将吸收剂浆液变成雾状后喷入吸收塔再与二氧化硫进行反应， 生成哑硫酸钙和硫酸钙，达到脱硫的目的。烟气具有的热量传递到吸收剂从而 使其干燥，这使得废渣以干态形式排出。喷雾干燥法脱硫效率可达8 0 8 5 。 该法的优点是：工艺简单，占地面积小，设备投资小，运行成本较低，适合于 i h ) - 。的改建。另外脱硫产物为干态，无废水排放。喷雾干燥法是工业应用中应 用比例较高的脱硫工艺，多年来国内外的学者一直不断进行该工艺的理论研究 。2 z j 和技术改进来提高脱硫效率和脱硫剂的利用率。该工艺目前已基本成熟， 在欧洲应用较多，法国、奥地利、丹麦、瑞典、芬兰等国家均建有这种设备。 目前该法的商业应用市场占用量位于湿法之后居第二位【2 3 】。 1 3 4 新兴的烟气脱硫方法 1 3 4 1 膜法 利用多孔膜将气相和吸收液隔开，烟气中的s o x 和c o x 可通过微孔膜的 开孔处与吸收液进行吸收传质，而其他气体则被截留在气相中。膜吸收法是膜 技术与吸收过程相结合的一种新技术，其能耗低，操作简单，投资省，不会造 成吸收液污染，还可以从吸收液中回收硫资源。而且实验测试中未发生灰尘、 n o x 、c o x 和h c l 等可能引起的阻碍及膜管件中水冷凝等问题。因此，膜法 烟气脱硫技术是一种有巨大商业应用潜力的烟气脱硫技术，将成为湿法脱硫领 域新的研究热点【2 4 1 。 1 - 3 4 2 微生物法 微生物法烟气脱硫是利用微生物水溶液或悬浮乳液吸收气相中硫化物，然 后利用微生物脱除液相中溶解的硫化物。微生物的净化过程是先利用厌氧菌种 将硫酸盐还原为h 2 s ，再经过好氧菌种把h 2 s 氧化成s ，后者再与金属离子结 合成硫化物沉淀。该法比常规化学或物理脱硫方法的成本低，运行管理简单， 无二次污染。而且随着基因工程技术的成熟与应用，高效脱硫工程菌将使微生 8 一一 青岛科技人学研究生学位论文 物烟，脱硫技术人有作为【2 5 l 。 1 3 4 3 活性焦干法 该方法是一种较新型的脱硫方法，其原理为烟气巾的s 0 2 、0 2 和h 2 0 在活 性焦的催化作用卜反应生成h 2 s 0 4 并吸附在活性焦表面，吸附饱和后的活性焦 进入冉! l 床进行j j l i 热再q _ - ，使得1 1 2 s 0 4 分解为浓度2 0 一5 0 的s 0 2 气体，然 后通过j e 他工岂制成硫酸铵化肥。这项技术在小钉工j 世化j 妇川，脱硫效率可 达到9 5 ，是我旧煤炭科学研究院8 6 3 科技j i ：发项h 之一1 2 6 1 。 1 3 4 4 脉冲电晕离子体法 脉冲电晕等离了体法【2 7 1 是8 0 年代后期以电了束技术为基础形成的脱硫技 术，其脱硫脱硝机理与乜二r 束技术斥 1 l i 刁，不l r d 之处，! 王：脉冲l 乜晕是利用快速上 升的窄脉冲电场j j i l 速而得剑所j 磊的非平衡等离予体，比电子束技术能量利用率 - 一 向。 1 3 4 5 离子液体 关于离子液体用于酸性气体的脱除早在1 9 9 9 年【2 8 1 就订报道，而脱硫最早在 2 0 0 4 年应用。目前国内外的研究主要集中于合成新的脱硫离子液体，主要有以 下两种合成方法：直接中和法，如将胍盐阳离子与羧酸巾和合成离子液体；聚 合法，即先利用乙烯基的聚合功能合成含乙烯基的离子液体，再进行自由基或 反柏悬浮聚合合成离子液体聚合物。合成离子液体的物质种类有很多种，如胍 类化合物、醇胺类化合物、咪唑类化合物、己内酰胺类化合物等。而离子液体 合成后的使用方法主要是直接使用或是负载在硅胶、膜等介质上使用。由于胍 类化合物具行较高的热稳定性和化学稳定性、较高的催化活性、较强的生理活 性，而且胍盐具有阳离了电荷分散程度高，三个氮原予上的基团可以调节等特 剧2 9 】使得胍盐离子液体的设计、合成和应用研究受到国内外学者的关注。中国 科学院化学研究所的w 0 3 0 l 等于2 0 0 4 年用胍类离子液体脱除烟气中的二氧化硫， 该研究拓宽了离子液体脱除酸性气体的的范围。 1 3 4 6 我国f g d 技术研究发展现状 9 丝堕莹垦壁塑篁丝堕鎏丛堂盟堕堂皇丝堂型堕 = = = t 。a b ，1 。- 4 t h e r e s e ，a r c h a n dd e v e l o p m e n to fwetflueg a sdesulphurizationino u r c o u n t r y t 些堕- 方鲨竺窒兰堡 脱硫剂 烟气量( m ，h ) 脱硫效率( )日磊磊磊一 = = = = = - 二二二二二- _ ： = = = ： 钠循环法 湖北三0 0 厂 纯碱1 0 0 0 0 9 0 磊瓦两 催化氧化吸 上海南市电硫酸，f e 3 + 5 0 0 收法 磷铵肥法 电石渣湿式 脱硫法 碱式硫酸铝 法 文匠里湿式 脱硫法 含氰废水脱 硫 旋转喷雾干 燥法 工业锅炉烟 气旋转喷雾 干燥法 炉内喷射增 湿活化法脱 硫 烟气循环流 化床 钢渣吸附法 电子束照射 法 脉冲电晕等 离子体法 r 西安热工研 究所 浙江大学 重庆大原化 工厂电厂 电力部环保 研究所 冶金部环保 所 磷灰石浆液 9 0 完成小试 9 5 完成中试 电石渣 2 0 0 0 0 7