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新型湿法斜板塔除尘脱硫实验与理论研究 摘要 我国的大气污染以煤烟型污染为主，影响我国城市空气质量的主要大气污染 物为s 0 2 和颗粒污染物。随着社会经济的发展，大气污染排放标准日益严格，对 烟气净化设备提出了更高要求。因此研究开发适合我国国情的除尘脱硫装置具有 很强的理论和实践意义。新型湿法斜板塔( 专利号：c n 2 0 0 4 2 0 0 6 9 3 1 3 4 ) 具有相 间接触面积大，传热、传质效果佳，除尘脱硫效率高等特点。本文基于实验研究 和c f d 模拟的方法，针对新型湿法斜板塔，研究探讨其阻力性能、脱水性能、除 尘性能，脱硫性能等，主要研究内容及结果如下： 新型湿法斜板塔性能的实验研究和分析。首先，对斜板塔漏风率进行了测定， 装置漏风率基本保持在1 0 以内。然后，对湿法斜板塔的阻力性能和脱水性能进 行了测定。结果表明斜板塔相较其它洗涤器，压降较低，当空塔气速为4 m s 时， 压降为6 5 8 p a 。斜板构件的存在不会导致系统动力的大幅增加，当入口风速由 7 6 3 m s 增大到1 7 7 9 m s 时，斜板段压降增加约1 8 7 p a 。同时，该装置具有良好的 脱水性能，液气比和空塔气速的增加对出口含湿量的影响较小( 含湿量 1 1g k g ( 干) ) 。 选取十六烷基三甲基溴化铵( c t a b ) 、十二烷基苯磺酸钠( s d b s ) 、月桂醇聚氧 乙烯( 9 ) 醚( a e o 一9 ) 和壬基酚聚氧乙烯醚( o p 1 0 ) 配制成4 种单一表面活性剂洗涤 液，采用新型湿法斜板塔对憎水性炭粉进行湿法除尘实验，探讨表面活性剂种类、 入口含尘浓度、空塔气速和液气比( l g ) 等参数对除尘效率( 1 1 ) 和压降( p ) 的影响。 结果表明，斜板塔除尘效率高，压降小；4 种表面活性剂均能较大程度提高除尘 效率，其中a e o 9 的脱除效果最佳；当a e o 9 浓度为0 0 7 m m o l l ，入口含尘浓 度为5 9 m 3 ，l g 为1 0 l m 3 ，空塔气速为2 5 m s 时，除尘效率高达9 9 9 9 ；入 口含尘浓度对a p 的影响较小，l g 和空塔气速对a p 影响较明显。 采用石灰洗涤法对新型湿法斜板塔进行脱硫实验，探讨s 0 2 入口浓度、液气 比、空塔气速以及钙硫比等对脱硫效率的影响。实验结果表明，斜板塔具有良好 的脱硫性能，尤其是斜板构件的存在，增强了装置的烟气净化性能。脱硫效率随 着入口s 0 2 浓度、空塔气速的增大而减小，斜板塔的最佳液气比区间为3 5 。另 外，当钙硫比由0 9 m o l m o l 增加到1 7 m o l m o l 时，脱硫效率略有增大。 对新型湿法斜板塔内气液两相的流动性能、速度场、压力场、浓度场、液滴 轨迹等进行了c f d 数值模拟。结果表明：斜板构件的存在有效的强化了气一液传 质，且不会引起塔内压降的大幅增加。洗涤液对气场有整流作用，反过来气场的 均匀性有利于喷淋液体的充分利用。最后，将模拟结果与实验结果进行比较，发 硕士学位论文 现斜板塔内的压降随空塔气速的增加而增加，出口截面气速分布的模拟与实验值 吻合较好，压降和出口气速的相对误差均小于1 0 。 关键词：新型湿法斜板塔；憎水颗粒；除尘效率；压降；脱硫；石灰洗涤法； 表面活性剂；数值模拟；计算流体力学 l a b s t r a c t n o w a d a y s p a r t i c l e sa n ds 0 2 ，e m i t t e df r o mt h ec o a l - f i r e di n d u s t r i a lb o i l e r s ，a r e s t i l lt h em a i na i rp o l l u t a n t si n f l u e n c i n gt h eu r b a n a i rq u a l i t yi nc h i n a w i t ht h e d e v e l o p m e n to fs o c i a le c o n o m y ，a t m o s p h e r i cp o l l u t i o ne m i s s i o ns t a n d a r d sa r es t r i c t l y d a vb vd a y s ow es h o u l df o c u so nt h er e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n to ft h e d e v i c e s s u i t a b l ef o rc h i n e s es i t u a t i o n i th a sas t r o n gt h e o r e t i c a la n dp r a c t i c a ls i g n i f i c a n c e t h en e wb e v e le d g es c r u b b e r ( p a t e n tn o c n 2 0 0 4 2 0 0 6 9 3 13 4 ) h a sl a r g ec o n t a c ta r e a ， h i g hf l u eg a sp u r i f i c a t i o ne f f i c i e n c ya n d e x c e l l e n th e a ta n dm a s st r a n s f e r i no u r d i s s e r t a t i o n p e r f o r m a n c e o fi t sr e s i s t a n c e ，d e w a t e r i n g ，d u s tp r o p e r t i e s a n d d e s u l f u r i z a t i o nw e r es t u d i e db a s e do nt h ee x p e r i m e n ta n dc f d s i m u l a t i o n t h em a i n w o r ka n dc o n c l u s i o n sa r el i s t e da sf o l l o w s ： e x p e r i m 【e n t a la n a l y s i so nt h en e wb e v e le d g es c r u b b e rp e r f o r m a n c e f i r s t y ，t h e s c f u b b e rh a sg o o ds e a l i n gp e r f o r m a n c eb ya n a l y z i n gt h e a i rl e a k a g er a t e ( lo ) s e c o n d l y ，r e s i s t a n c ea n dd e w a t e r i n gp e r f o r m a n c ew e r ee v a l u a t e d w h e ns u p e r f i c i a l g a sv e l o c i t yw a s4 m s ，t h ep r e s s u r ed r o pr e a c h e d6 5 8 p a n e v e r t h e l e s s ，t h eb e v e le d g e c o m p o n e n t sw i l ln o tl e a dt oas u b s t a n t i a li n c r e a s ei np r e s s u r ed r o p w h e nt h ei n l e t v e l o c i t yi n c r e a s e df r o m7 6 3 m s t o17 7 9 m s ，t h eb e v e le d g es e g m e n ti n c r e a s e dt o a p p r o x i m a t e l y18 7 p a f u r t h e r m o r e ，t h ew a t e rc o n t e n ti no u t l e tf l u eg a sw a s l e s st h a n 1lg k g ( d r y ) u n d e rt h ee x p e r i m e n t a lc o n d i t i o n f o u rs u r f a c t a n t sc t a b ，s d b s ，a e o 9a n do p - 1 0w e r eu s e df o rw a s h i n gl i q u i d s p r e p a r a t i o nr e s p e c t i v e l y t h er e m o v a lo fh y d r o p h o b i ep o w d e r e dc a r b o nw a s c a r r i e d o u tw i t hab e v e le d g es c r u b b e r t h ee f f e c t so fs u r f a c t a n t s ，i n l e td u s tc o n c e n t r a t i o n ， s u p e r f i c i a lg a sv e l o c i t y ，a n dl i q u i d g a s r a t i oo nd u s tr e m o v a le f f i c i e n c yn ) a n d p r e s s u r ed r o p ( a p ) w e r e d i s c u s s e d t h eb e v e le d g es c r u b b e rh a sh i g h r e m o v a l e f f i c i e n c ya n dl o wp r e s s u r ed r o p m e a n w h i l e ，f o u rw a s h i n gl i q u i d s c o u l dg r e a t l y i m p r o v et h ed u s tr e m o v a le f f i c i e n c y a n d t h ew a s h i n gl i q u i do fa e o - 9h a dt h e o p t i m a lr e m o v a le f f e c t w h e na e o - 9 c o n c e n t r a t i o nw a so 0 7 m m o l l ，i n l e td u s t c o n c e n t r a t i o nw a s5 9 m 3 ，l gw a s1 0 l m 3 ，a n ds u p e r f i c i a lg a sv e l o c i t yw a s2 5 m s ， t h er e m o v a le f f i c i e n c yr e a c h e d9 9 9 9 t h ei n l e td u s tc o n c e n t r a t i o nh a dl i t t l e e f f e c t o n p w h e r e a sl ga n ds u p e r f i c i a lg a sv e l o c i t yh a dm u c hi n f l u e n c eo ni t l i m ew a s h i n gm e t h o dw a su s e df o rd e s u l f u r a t i o ne x p e r i m e n t t h ei n f l u e n c eo n s o ，r e m o v a le f f i c i e n c yo fs 0 2i n l e tc o n c e n t r a t i o n ，l i q u i d g a sr a t i o ，s u p e r f i c i a lg a s i v v e l o c i t ya n dc a sm o l er a t i ow e r ei n v e s t i g a t e d t h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o w e dt h a t t h eb e v e le d g es c r u b b e rh a s g o o dd e s u l f u r i z a t i o np e r f o r m a n c e e s p e c i a l l yi nt h e p r e s e n c eo fb e v e le d g ec o m p o n e n t s ，d e s u l f u r i z a t i o np e r f o r m a n c ei sg r e a t l ye n h a n c e d d e s u l f u r i z a t i o ne f f i c i e n c yi n c r e a s e dw i t ht h ed e c r e a s eo fs 0 2i n l e tc o n c e n t r a t i o na n d s u p e r f i c i a lg a sv e l o c i t y m o r e o v e r ，t h eb e s tl i q u i dt og a sr a t i or a n g ei s3t o5 a n d w h e nc a sm o l er a t i oi n c r e a s e df r o mo 9 m o l m o l t o 1 7 m o l m o l ，d e s u l f u r i z a t i o n e f f i c i e n c yi n c r e a s e ds l i g h t l y c f ds i m u l a t i o nm e t h o dw a su s e dt ov i s u a l i z et h ef l o wf i e l ds u c h a sv e l o c i t yf i e l d ， p r e s s u r ef i e l d ，c o n c e n t r a t i o nf i e l d ，a n dd r o p l e tt r a j e c t o r y i tc o u l d h e l pu so b s e r v et h e p h e n o m e n ad i r e c t l y ，i l l u s t r a t et h ef l o wc h a r a c t e r i s t i c si nt h es c r u b b e ra n df u r t h e r k n o w l e d g et h ef l o wf i e l dr u l e t h es i m u l a t i o nr e s u l t ss h o w e dt h a tt h ee x i s t e n c eo f b e v e le d g ec o m p o n e n t se n h a n c e dg a s l i q u i dm a s st r a n s f e rw i t hal i t t l ei n c r e a s eo f p r e s s u r ed r o p b e s i d e s ，w a s h i n gl i q u i dh a se f f e c to nt h er e c t i f i c a t i o no fg a sf i e l d i n g e n e r a l ，t h es i m u l a t i o nr e s u l t sw e r ei ng o o da g r e e m e n tw i t ht h ee x p e r i m e n t a lr e s u i t s w i t hl e s st h a n1 0 e r r o r k e yw o r d s ：b e v e le d g es c r u b b e r ；h y d r o p h o b i cp a r t i c l e s ；d u s tr e m o v a le f f i c i e n c y ； p r e s s u r e d r o p ；d e s u r p ；d e s u l f u r i z a t i o n ； s u r f a c t a n t ；n u m e r i c a l s i m u l a t i o n ； c o m p u t a t i o n a lf l u i dd y n a m i c s v 硕士学位论文 插图索引 图1 1 除尘器的分类6 图1 2 典型的石灰石石灰一石膏湿法烟气脱硫系统1 3 图1 3 “三维”流体力学示意图1 5 图1 4f l u e n t 基本程序结构示意图1 6 图2 1 炭粉的f e s e m 照片1 9 图2 2 炭粉的粒径分布一2 0 图2 3 炭粉颗粒的罗辛拉姆勒( r r ) 分布2 0 图2 4 炭粉的能谱图2 1 图2 5 新型湿法斜板塔脱除炭粉实验装置图2 4 图2 6 斜板组件示意图2 4 图2 7 入口风速与漏风率间的关系2 7 图2 8 压降与空塔气速的关系2 8 图2 9 入口风速与斜板段压降的关系2 8 图2 1 0 液气比及空塔气速对出口烟气含湿量的影响2 9 图2 1 l 表面活性剂的临界胶团浓度3 0 图2 1 2 表面活性剂浓度对除尘效率的影响3 l 图2 1 3 入口含尘浓度对除尘效率和压降的影响3 2 图2 1 4 空塔气速与除尘效率及压降的关系3 3 图2 15 液气比与除尘效率和压降的关系3 4 图3 1 新型矩形湿法斜板塔脱除二氧化硫实验装置图3 7 图3 2 入口s 0 2 浓度对脱硫效率的影响3 9 图3 3 空塔气速对脱硫效率的影响4 0 图3 4 液气比对脱硫效率的影响4 1 图3 5 钙硫比对脱硫效率的影响4 1 图4 1 新型湿法斜板塔计算区域4 5 图4 2 新型湿法斜板塔网格划分4 6 图4 3 气相速度矢量图4 7 图4 4 气相压力云图4 8 图4 5z = 0 剖面气相湍流强度云图4 9 图4 6 烟气运动轨迹图5 0 图4 7z = 0 剖面离散相( 液滴相) 浓度分布图5 l 图4 8 压降的模拟结果与实验结果对比5 2 i x 新型湿法斜板塔除尘脱硫实验与理论研究 图4 9 出口气速模拟与实验对比( 出口测试断面) 5 3 x 硕士学位论文 附表索引 表1 1 中国近年废气中主要污染物排放量2 表1 2 各类除尘器性能表8 表1 3 目前主要的烟气脱硫技术1 0 表1 4 石灰石( 石灰) 石膏法烟气脱硫反应机理1 l 表2 1 炭黑的成分2 1 表2 2 粉尘对水的润湿性2 2 表2 3 实验分析系统2 3 表3 1 实验分析系统3 6 表3 2 装置脱硫的实验工况3 8 x l 硕士学位论文 第1 章绪论 1 1 我国大气污染特征 随着人类经济活动和生产活动的发展，在大量消耗能源的同时，也将大量的 废气、烟尘等物质排入大气，严重影响了大气环境的质量，尤其在人口稠密的城 市和工业区域1 1 1 。我国是大气污染比较严重的国家之一。大部分城市仍以煤烟型 污染为主，少数大城市属于煤烟型与汽车尾气污染并重的类型，且北方城市较南 方城市严重。由于燃料燃烧向大气排放污染物占的比重较大，尘、s 0 2 、n o x 和 c o 四种污染物大约占污染物排放量的7 0 ，而燃煤排放的污染物占整个燃料燃 烧排放量的9 6 。危害严重的污染物有燃煤排放的尘和s 0 2 。尘污染是全国性和 全年性的。s 0 2 污染主要发生在燃烧高硫煤地区和北方城市的冬季采暖期。因s 0 2 和n o x 污染所形成的酸雨，主要分布在长江以南，特别是燃烧高硫煤的西南地区。 华中、华南、西南及华东地区存在酸雨污染严重区域，北方地区局部区域出现酸 雨。酸雨区面积约占国土面积的3 0 ，酸雨污染依然严重，污染程度居高不下【2 】。 1 1 1 我国大气污染现状 据( 2 0 1 0 中国环境状况公报的统计【3 】：2 0 1 0 年，全国城市空气质量总体良 好，比上年有所提高，但部分城市污染仍严重；全国酸雨分布区域保持稳定，但 酸雨污染仍较重。 1 1 1 1 空气质量 2 0 1 0 年，全国4 7 1 个县级及以上城市开展环境空气质量检测，监测项目为二 氧化硫、二氧化氮和可吸入颗粒物。其t p3 6 的城市达到一级标准，7 9 2 的城 市达到二级标准，1 5 5 的城市达到三级标准，1 7 的城市劣于三级标准。全国 县级城市的达标比例为8 5 5 ，略高于地级及以上城市的达标比例。 1 1 1 2 酸雨 监测的4 9 4 个市( 县) 中，出现酸雨的市( 县) 2 4 9 个，占5 0 4 ；酸雨发 生频率在2 5 以上的1 6 0 个，占3 2 4 ；酸雨发生频率在7 5 以上的5 4 个，占 1 1 0 。 与上年相比，发生酸雨( 降水p h 年均值 5 6 ) 的城市比例降低3 1 个百分 点，发生较重酸雨( 降水p h 年均值 5 0 ) 和重酸雨( 降水p h 年均值 5 1 a m ) 的粒子。 旋风器对入口含尘质量浓度变化适应性较好，可处理高含尘质量浓度的气体。要 求除尘效率不太严格和高温高压条件下或是在流化床反应器内以及作为高效除尘 器的预除尘器等方面，其不失为良好的除尘设备。旋风除尘器对细微尘粒( 如小 于5 1 x m ) 的分离效率很低，只有细筒长锥形高效旋风器对细尘有一定的净化效果。 而这种几微米以下的粉尘颗粒是污染大气的主要危害。为了保护环境以及进一步 提高化工等产品的质量和降低成本，需要对现有的旋风除尘器进行改进。 2 、过滤式除尘器 ( 1 ) 袋式除尘器 袋式除尘器是使含尘气体通过滤袋滤去其中粉尘粒子的分离捕集装置。2 0 世 纪5 0 年代以来，由于合成纤维滤料( 特别是非织物的聚合物滤材和金属丝一织物 混合物滤材) 的出现、脉冲清灰及滤袋自动检漏等新技术的应用，袋式除尘器的 应用日益广泛，成为目前主要的高效除尘器。它对微米或亚微米数量级的粉尘粒 子去除效率可达9 9 以上。另外，袋式除尘器的适应性也比较强，不受粉尘比电 阻的影响，也不存在水污染的问题。当选取适当的助滤剂时，能同时脱除烟气中 的固相和气相污染物。鉴于这些优点，预计在今后的除尘操作中，袋式除尘器有 可能居于比较领先的地位。但由于其过滤速度低、压降大、换袋麻烦、占地面积 大等缺点，仍急需进行改进。 ( 2 ) 颗粒层除尘器 颗粒层除尘器是利用粒状物料( 如砂粒) 作为过滤介质来净化烟气的一种过 滤式除尘器。具有耐高温、耐腐蚀、耐磨损、不燃不爆、过滤能力不受粉尘比电 阻影响、除尘效率高等优点、被认为是一种理想的空气净化设备，越来越多地应 用于水泥、炼焦、化工和冶金等方面。颗粒层除尘器的不足之处是体积庞大、阻 力大、特别是清灰装置较为复杂。影响颗粒层除尘器性能的主要因素有：颗粒大 新型湿法斜板塔除尘脱硫实验与理论研究 小及形状、颗粒层厚度、过滤风速、清灰方式等。 3 、湿式除尘器 湿式除尘器( 又称作湿式气体洗涤器) 是用洗涤水或其它液体与含尘气体相 互接触实现分离捕集粉尘的装置，包括低能湿式除尘器和高能文氏管除尘器。与 其他除尘器相比，具有如下优点：湿式除尘器既可用于除尘，又可对气体起到 冷却、净化的作用，适用于净化非纤维性合废水硬性的各种粉尘，尤其适宜净化 高温、高湿、易燃易爆气体。湿式除尘器的除尘效率高，当采用文氏管除尘器 时，对微细粉尘效率仍可达9 9 9 ，但能耗较高。该种除尘器可适用于袋式除尘 器，电除尘器等除尘器所不能胜任的除尘条件。在相同能耗的情况下，湿式除 尘器的除尘效率比干式除尘器高。湿式除尘器需要特别注意设备和管道的腐蚀以 及废水和污泥处理问题，以消除二次污染。 4 、静电除尘器 静电除尘器是利用电力进行收尘的装置。该类型除尘器由于具有效率高、阻 力低、能适用于高温( 小于4 0 0 c ) 和除去细微粉尘、日常操作费用较低等优点， 获得了比其他除尘器更快的发展，其缺点主要是初投资大。 表1 2 各类除尘器性能表 t a b1 2p e r f o r m a n c eo fv a r i o u sd u s tr e m o v e r s 1 2 1 3 颗粒物控制技术未来发展趋势 随着现代工业的发展，排放到大气中的粉尘的量越来越多。粉尘引起的环境 问题也越来越受到人们的重视。为了提高净化效率，除尘技术也得到了前所未有的 发展。 在我国日益加重的大气颗粒物污染形势下，我国的除尘技术发展迅速，发展 趋势如下：( 1 ) 除尘设备趋向高效率化；( 2 ) 逐步发展处理大烟气量的设备；( 3 ) 着 重研究提高现有高效除尘器的性能；( 4 ) 发展新型的除尘设备；( 5 ) 发展家用小型除 尘器。 发达国家在除尘理论和技术上的研究趋向于3 个方面：( 1 ) 对传统高效除尘技 术进行更深更系统的研究，如静电除尘；( 2 ) 为了适应更高的环保要求，追求高效 率、高品质除尘，而注重各类除尘机理和技术的结合；( 3 ) 强调除尘脱硫一体化。 硕士学位论文 同时国外对电除尘理论方面研究也比较重视。 1 2 2 硫氧化物控制技术概述 1 2 2 1 二氧化硫烟气净化概况 为了控制s 0 2 的污染，国内采用的方法归纳起来有高烟囱排放、燃料脱硫、 燃烧过程脱硫和烟气脱硫等。其中高烟囱稀释扩散是目前广泛使用的方法之一， 然而不能根本上解决s 0 2 污染问题，且为s 0 2 在高空转化为硫酸以及s 0 2 的长程 迁移提供了条件。另外，由于经济、技术等方面的原因，燃料脱硫和燃烧过程脱 硫方法的使用还不普遍，目前对s 0 2 污染的控制程度有限。根据现今我国的经济、 技术情况，烟气脱硫技术是较合理实用的脱硫方法，因此，在实际中获得了最广 泛的应用i 乃j 。 高浓度s 0 2 烟气一般采用接触氧化制硫酸。低浓度s 0 2 废气一般指含s 0 2 0 5 以下的废气，主要来自燃料的燃烧。低浓度s 0 2 的净化，称为烟气脱硫，又 称为f g d ( f l u eg a sd e s u l f u r i z a t i o n ) 。 根据脱硫产物是否回用，脱硫方法可分为抛弃法和回收法，前者脱硫产物作 为固体废物抛弃，后者则回收硫资源，避免固体废物二次污染，但回收工艺流程 复杂，脱硫费用较高。根据工艺特点，当前应用发展的烟气脱硫方法可分为三类： 湿法脱硫、半于法脱硫、干法脱硫i l j 。 l 、湿法脱硫 湿法脱硫是国内外广泛应用的烟气脱硫方法。该法采用液体吸收剂如海水或 者各种碱的水溶液洗涤含有s 0 2 的烟气，通过吸收除去其中的s 0 2 。湿法脱硫技 术发展成熟，所用的设备比较简单，操作容易，脱硫效率高。但某些湿法存在结 垢、堵塞和腐蚀问题，且淤泥的处理较麻烦。另外，脱硫后烟气的温度较低，对 于烟囱的排烟扩散不利，根据不同国家对于烟气排放的规定，可能要对排放的烟 气进行再加热，提高了成本。 2 、半干法脱硫 采用雾化的吸收液( 如c a ( o h ) 2 和水混合的悬浮液) 或者经过加湿的粉状吸 收剂与热烟气接触进行s 0 2 的吸收，吸收之后的产品是干燥的粉末。工艺设备简 单，基建投资较湿法低，不需设置废水处理和烟气再加热系统，能耗较低，但排 出的废料大多只能用于陆地填充，而且所用的石灰要比石灰石贵3 4 倍。 2 、干法脱硫 该法是使用粉状、粒状吸收剂，吸附剂或催化剂去除废气中的s 0 2 。干法的 优点是治理过程中无废水、废酸排出，减少了二次污染；缺点是脱硫效率较低， 操作要求高。 主要的烟气脱硫技术如表l - 3 所示。目前在所有烟气脱硫技术中，湿法烟气 新型湿法斜板塔除尘脱硫实验与理论研究 脱硫占8 5 左右，其中石灰石石膏法约占3 6 7 ，其他湿法脱硫技术约占4 8 3 ； 喷雾干燥脱硫技术约占8 4 ：吸收剂再生脱硫法约占3 4 ；炉内喷射吸收剂及 尾部增湿活化剂脱硫法约占1 9 ；其他烟气脱硫形式还有电子束脱硫、海水脱硫、 循环流化床脱硫等。 表1 3 目前主要的烟气脱硫技术 t a b1 3t h em a i nf l u eg a sd e s u l f u r i z a t i o nt e c h n o l o g y 1 2 2 2 主要湿法烟气脱硫技术 1 、湿法烟气脱硫技术特点 湿法烟气脱硫技术的特点是整个脱硫系统位于烟道的末端、除尘器之后，脱 硫过程在溶液中进行，脱硫剂和脱硫生成物均为湿态，其脱硫过程的反应温度低 于露点，所以脱硫以后的烟气一般需经再加热才能从烟囱中排出。湿法烟气脱硫 过程是气液反应，其脱硫反应速度快，脱硫效率搞，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。 2 、石灰石( 石灰) 一石膏法 现有的烟气脱硫技术中，石灰( 石) 一石膏湿法烟气脱硫技术最为成熟，运行最 为可靠，应用广泛【1 4 】。湿式石灰石灰石洗涤工艺分为抛弃法和回收法两种，其最 主要的区别在于回收法中强制使c a s 0 3 氧化成c a s 0 4 ( 石膏) 。 ( 1 ) 反应机理 石灰石( 石灰) 石膏法的整个反应可以分为吸收和氧化两个步骤，先吸收 硕士学位论文 s 0 2 生成亚硫酸钙( 吾d ) ，再氧化为硫酸钙。整个过程的重要反应如表 1 4 。 表1 4 石灰石( 石灰) 石膏法烟气脱硫反应机理 t a b1 4r e a c t i o nm e c h a n i s mo ff l u eg a sd e s u l p h u r i z a t i o ns y s t e mb yl i m e s t o n e l i m e - g y p s u m m e t h o d 若希望产生副产品c a s q ，可通入空气将己生成的c a s 0 3 去坞d 进一步氧化生 二 成硫酸钙。 1 c a s 0 3 寺o + d 2 + 3 h 2 0 c o s o , 2 皿d 二 从上述反应可以看出，最关键的反应是钙离子的形成，因为s 0 2 是通过钙离 子与h s o ；化合而得以从吸收液中去除。另外，石灰系统中钙离子的产生仅与氧化 钙的存在有关，与h + 浓度无关，美国国家环保局的实验表明，石灰系统的最佳操 作p h 约为8 。 ( 2 ) 工艺过程 石灰石( 石灰) 石膏法的工艺流程如图1 2 所示。典型的石灰石( 石灰) 法 烟气脱硫装置可以划分为几个单元【7 】：由石灰石粉料仓、石灰石磨机及测量站 构成的石灰石制备系统；由洗涤循环、除雾器和氧化工序组成的吸收塔：烟 气再热系统；脱硫风机；烟气系统；由水力旋流分离器和真空皮带过滤机 组成的石膏脱水装置及贮存装置：废水处理系统；f g d 公用系统；控制系 新型湿法斜板塔除尘脱硫实验与理论研究 统；电气系统。 ( a ) 石灰石浆制备系统 石灰石制粉系统的任务是为脱硫系统提供足够数量和符合质量要求的石灰石 粉，然后由制浆系统将石灰石粉与水配制成3 0 9 6 浓度的浆液，通过石灰石浆液泵 和管道送入脱硫岛的吸收系统。由于石灰石粉密度小，具有粘附性和荷电性，容 易导致石灰石粉流通不畅( 如结块、搭桥等) ，因此需要流化风机向仓内鼓入一定 压力的气体，搅拌石灰石粉，使石灰石粉呈流态化。 ( b ) 吸收塔 吸收塔是烟气脱硫系统的核心装置，要求气液接触面积大，气体的吸收反映 良好，压力损失小，并且适用于大容量烟气处理。吸收塔主要有喷淋塔、填料塔、 双回路塔和喷射鼓泡塔四种类型。在该装置中完成下列主要工艺步骤：在洗涤 浆液中吸收有害气体；烟气与洗涤浆液分离；浆液的中和：将中间中和产 物氧化成石膏；石膏结晶析出。 ( c ) 烟气再热系统 经过洗涤的烟气温度已低于露点，是否需要进行再热，取决于各国的环保要 求。烟气再加热通常有蓄热式和非蓄热式两种形式。蓄热式工艺利用末脱硫的热 烟气加热冷烟气，统称g g h 。g g h 是造成f g d 故障停机的主要设备之一，因此， 美国自2 0 世纪8 0 年代以来的f g d 装置大多取消了g g h ，而采用湿烟囱替代g g h 的试点，然而德国、日本等国家的f g d 装置基本上沿用着g g h 再热烟气的工艺。 德国现在把净化烟气引入自然通风冷却塔排放借烟气动量和携带热量的提高，使 烟气扩散得更好。与常规