环境工程毕业设计（论文）-钢渣烟气脱硫过程的研究.doc

分类号 分类号 X701 3 U D C D10621 408 2011 0241 0 密密 级 公级 公 开开 编编 号 号 2007023014 成成 都都 信信 息息 工工 程程 学学 院院 学学 位位 论论 文文 钢渣烟气脱硫过程的研究钢渣烟气脱硫过程的研究 论文作者姓名 论文作者姓名 申请学位专业 申请学位专业 环境工程环境工程 申请学位类别 申请学位类别 工学学士工学学士 指指导导教教师师姓姓名名 职职称称 论文提交日期 论文提交日期 2011 年年 06 月月 10 日日 钢渣烟气脱硫过程的研究钢渣烟气脱硫过程的研究 摘摘 要要 目前世界各国致力于烟气脱硫研究的方法虽有 200 多种 但工业化应用的 只有 10 多种 且这些方法都要消耗资源 由于钢渣中含有一定量的碱性物质 具有一定的脱硫潜力 为此 本课题提出采用钢渣作为脱硫剂进行烟气脱硫 实现以废治废 本实验以某钢铁厂钢渣为吸收剂 以自制鼓泡装置为吸收器 对钢渣烟气 脱硫进行了实验研究 本实验考察了钢渣粒径 钢渣吸收浆液浓度 进口二氧 化硫浓度 浆液 pH 值及烟气流量等因素对脱硫率的影响 以及分析钢渣的组 成成分和反应机理 实验结果表明 当条件控制在 钢渣粒径大于 100 目 浆 液浓度大于 1 进口二氧化硫浓度低于 1500ppm 烟气流量小于 0 09m3 h 初 始 pH 值大于 6 时 其二氧化硫去除率可达到 80 以上 达到综合治理 以废 治废的效果 关键词 关键词 钢渣 烟气脱硫 鼓泡吸收 Study on Flue Gas Desulfurizaiton with Steel Slag Abstract The world committed to the Flue Gas Desulfurization study methods for more than 200 but the applications only ten more and these methods must consume resources a lot of scholars dedicated to the use of steel slag but there are still not able to Large scale use Because a lot of steel slag containing alkaline substances has a desulfurization potential To this end the issues about using steel slag as a desulfurization agent for flue gas desulfurization to achieve by Waste Taking steel slag from a steel plant as the absorbent to self bubbling device as absorbers an experimental study on FGD with steel slag was conducted it was studied the size of steel slag serous concentration the concentration of SO2 in the air pH value and Flue gas flow on steel work s dust wet desulfurization rate analyzing the composition of steel slag and response mechanism The results showed that when the control section conditions size of the steel slag is greater than 100 mesh serous concentration is greater than 1 the concentration of SO2 in the air less than 1500ppm Flue gas flow is less than 0 09m3 h pH 6 The sulfur dioxide removal efficiency can reach 80 to reach a comprehensive way to the effect of waste by waste Key words steel slag flue gas desulfurization bubble absorption 目目 录录 论文总页数 19 页 1 绪论 1 1 1 课题背景 1 1 2 脱硫国内外研究现状 1 1 2 1 石灰石 石灰 石膏法 2 1 2 2 氨水吸收法 2 1 2 3 海水洗涤法 2 1 2 4 氧化镁法 3 1 2 5 柠檬酸盐吸收法 3 1 3 钢渣的利用现状 3 1 3 1 返回冶炼再用 3 1 3 2 作筑路与回填工程材料 3 1 3 3 制钢渣水泥 4 1 3 4 用作农肥和酸性土壤改良剂 4 1 4 本课题的提出及研究内容 4 1 4 1 本课题的提出 4 1 4 2 本课题的研究内容 4 2 实验方法及实验装置 5 2 1 实验仪器与药品 5 2 2 钢渣成份 5 2 3 钢渣脱硫实验过程 6 2 4 二氧化硫分析方法 6 3 钢渣烟气脱硫过程的研究 8 3 1 水脱硫效率的考察 8 3 2 钢渣粒径对脱硫效率的影响 9 3 3 钢渣浆液浓度对脱硫效率的影响 10 3 4 进口二氧化硫浓度对脱硫效率的影响 11 3 5 烟气流量对脱硫效率的影响 12 3 6 PH 值对脱硫效率的影响 13 3 7 钢渣脱硫反应机理 14 4 结论 15 参考文献 16 致 谢 18 声 明 19 第 1 页 共 19 页 1 绪论 绪论 1 1 课题背景课题背景 二氧化硫是一种腐蚀性气体 按其来源可分为天然污染源和人为污染源两大 类 它是主要大气污染物 对人体健康 动植物生长发育以及生态环境有严重危害 一个多世纪以来 随着生产力的高速发展 全球二氧化硫排放量一直在上升 而且 增加迅猛 1 中国是燃煤大国 能源结构中约有70 为煤 而又随着近年来中国经济的快 速发展 由日益增多的煤炭消耗量 逐渐增多的汽车尾气排放 不成熟的脱硫 技术以及不太完善的脱硫制度等因素 造成排放到大气中的二氧化硫剧增 当 大气中的二氧化硫在光照和烟尘中的金属氧化物等作用下 就会与氧气反应生 成三氧化硫 三氧化硫溶于雨水后生成硫酸 从而形成酸雨 酸雨的危害很大 主要表现在以下几个方面 1 使湖泊的水质变酸 导致水生生物死亡 2 酸雨浸渍土壤 抑制了土壤中有机物的分解和氮的固定 还会使与土壤结 合的镁 钾等营养元素大量流失 从而使土壤贫瘠化 3 长期的酸雨侵蚀会 造成森林大面积死亡 4 酸雨渗入地下可使地下水中的重金属元素含量增加 饮用这样的水会危害人体健康 5 加速建筑物和文物古迹的腐蚀和风化等 因此 采取有效的烟气治理措施 切实削减二氧化硫的排放量 控制大气中二 氧化硫的污染 保护大气环境质量 事关国家可持续发展战略 是目前及未来 相当长时间内中国环境保护的重要课题之一 2 钢渣是炼钢生产过程中产生的副产品 通常每生产1t粗钢约产生120kg的钢 渣 我国2008年排放钢渣6357万吨 而且还有积存钢渣近1亿吨 3 随着钢铁工业 的不断发展 钢渣产生量还在不断地增加 钢渣具有高温 量大 种类多 成分 复杂 流动性差别大 性能不稳定等特点 给环境造成巨大污染 其处理 加工 工艺一直是世界性难题 也是钢铁行业实现循环经济 可持续发展亟待解决的重 要问题 1 2 烟气脱硫国内外研究现状烟气脱硫国内外研究现状 目前 烟气脱硫 FGD 被公认为是控制二氧化硫 排入大气中最有效的方法 也是一项应用最广泛 最有效 世界上唯一大规模商业化应用的脱硫方式 是 控制二氧化硫污染的主要技术手段 4 烟气脱硫就是应用化学和物理的方法脱除烟气中的二氧化硫 最早的烟气 脱硫技术在上世纪初就已经出现 近几十年来 国外对烟气的脱硫进行了大量的 研究 我国近十多年来也开展了与烟气脱硫技术有关的研究 4 至今 世界各 国烟气脱硫研究的方法约200多种 根据脱硫剂的类型及操作特点可分为湿法 第 2 页 共 19 页 半干法 干法脱硫3种 而湿法烟气脱硫技术 在目前世界上的烟气脱硫技术中占 主导地位 湿法烟气脱硫技术主要包括石灰石 石灰 石膏法 氨水吸收法 海水洗 涤法 氧化镁法 柠檬酸盐吸收法等 5 1 2 1 石灰石石灰石 石灰石灰 石膏法石膏法 它是以石灰石或石灰粉浆液作为吸收剂 烟气中的二氧化硫与浆液中的碳酸 钙以及鼓入的空气中的氧气进行化学反应 生成硫酸钙 CaSO4 以石膏形式回收 该法技术成熟 脱硫效率高 而且对煤种适应性强 6 是目前世界上应用最广泛的 一种脱硫技术 但是其投资大 设备腐蚀 磨损 堵塞严重 运行维护费用高 副 产品的综合利用率低 目前对该法的研究报道较多 例如 蒋思国 8 以江油脱硫工程为例 较详细的介 绍了该脱硫方法的特点 原理 工艺流程及其实际应用 对于引进型烟气脱硫技 术的消化吸收与在实际工程中合理应用的结合有着借鉴和参考的意义 禾志强 等 7 通过分析石灰石 石膏工艺中吸收塔浆液产生溢流现象的各种原因 提出防 止和解决吸收塔浆液溢流的方法 以保证脱硫系统的正常运行 1 2 2 氨水吸收法氨水吸收法 该脱硫工艺采用氨水作为脱硫吸收剂与进入吸收塔的烟气接触混合 烟气中 的二氧化硫与氨水反应生成亚硫酸铵 经与鼓入的空气进行氧化反应 生成硫酸铵 溶液 经结晶 离心机脱水 干燥器干燥后即制得硫酸铵 该法脱硫工艺整个系 统不产生废水或废渣 能耗低 符合节能目标 运行可靠性高和适用性广 华 东理工大学已经完成 2 5 万 kw 机组烟气氨 酸法脱硫中试 9 但是高运行成本 使得该法脱硫工艺不能得到广泛应用 如吸收能力 投资费用 洗涤器效率等还 有待于进一步研究 1 2 3 海水洗涤法海水洗涤法 海水洗涤法脱硫的原理 10 是在脱硫吸收塔内用海水作为脱硫剂逆行喷淋洗 涤 烟气中的二氧化硫被海水吸收而除去 净化后的烟气经除雾器除雾 烟气换 热器加热后排放 而二氧化硫被海水吸收并在洗涤液中发生水解和氧化作用 将洗 涤液引入曝气池 通过提升 pH 值抑制二氧化硫的溢出 经曝气处理后其中的 SO32 被氧化成为稳定的 SO42 并使海水的 pH 值与 COD 调整达到排放标准后排 放入大海 该法工艺简单 技术成熟 无结垢 堵塞现象 吸收剂来源充足 无脱 硫灰渣产生 脱硫效率高 投资运行费用低 故此套工艺一般适用于海边 扩散条 件较好 用海水作为冷却水 燃用低硫煤的电厂 但在环境质量比较敏感和环保 要求较高的区域需慎重考虑 对于内陆电厂 推广使用不太现实 第 3 页 共 19 页 1 2 4 氧化镁法氧化镁法 氧化镁法烟气脱硫的基本原理是用 MgO 浆液吸收烟气中的二氧化硫 生成 含水亚硫酸镁和硫酸镁 该法技术成熟 运行可靠 脱硫效率高 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 在日本 台湾 东南亚得到了广泛应用 11 我国氧化镁资源丰富 该工艺适合我国国情 具有广阔 的应用前景 尤其在中小型热电行业是比较经济实用的一种脱硫方式 但要求必 须对烟气进行预先的除尘和除氯 而且该过程中会有少部分 MgO 流失 造成二次 污染 因此 研究者在不断的创新与开发新型脱硫技术来提高经济效益 如柴明 9 等参照工业硫酸镁生产工艺 对 130t h 燃煤锅炉烟气脱硫作了回收工艺的投资 效益分析和整体工艺的经济性评价 结果表明回收工业硫酸镁具有良好的经济效 益 1 3 钢渣的利用现状钢渣的利用现状 长期以来 钢渣作为废物被抛弃 占用大量土地 污染环境 20 世纪初期 国内外开始研究钢渣的利用 并己经取得了显著的成果 目前 国内外综合利 用钢渣的主要途径主要有以下几种方法 1 3 1 返回冶炼再用返回冶炼再用 钢渣返回冶炼再用 有返回烧结 返回高炉和返回炼钢炉等 13 钢渣用作 冶炼熔剂可以回收钢渣中的 Ca Fe Mg Mn 等的氧化物和稀有元素等成分 世界上几个产钢大国一直坚持利用钢渣返回作熔剂 而且占钢渣资源化的 比重很大 美国把钢渣配入烧结和高炉等 再利用量达 1000 万吨 再利用率大 约为 56 我国如果能有 50 的钢渣在烧结 炼铁 铁炉 炼钢等方面得到广 泛应用 每年将节约 300 万吨石灰石 并相当于增产含 Fe40 的铁矿石 200 万 吨 14 1 3 2 作筑路与回填工程材料作筑路与回填工程材料 钢渣碎石比重大 强度高 一般抗压强度大于 180Mpa 磨损率均小于 25 15 耐腐蚀 与沥青结合牢固 因而广泛用于修建铁路 公路及工程回填 1 3 3 制钢渣水泥制钢渣水泥 钢渣有很好的水硬性 能产生一定的强度 把它与一定量的高炉水渣 锻 烧石膏 水泥熟料及少量激发剂配合球磨 即可生产钢渣水泥 应用钢渣水泥 可配制 200 号和 400 号混凝土 分别用于民用建筑的梁 楼梯 砌块等方面 也可用于工业建筑的设备基础等 这在国外具有悠久的历史 应用较早 我国 第 4 页 共 19 页 八十年代开始有所应用 目前有两种方式生产钢渣水泥 拥有 50 多个钢渣水泥 厂 钢渣水泥生产已超过 50 万吨 本溪 安阳 邯郸等地都建有 50 万吨的钢 渣水泥厂 14 1 3 4 用作农肥和酸性土壤改良剂用作农肥和酸性土壤改良剂 钢渣含有 Ca Fe Mg Si P 等元素及其氧化物 可用作农肥和酸性土壤 改良剂 我国钢渣在农业改良土壤的应用始于上世纪 50 年代末 60 年代初 生 产实践表明 钢渣磷肥不仅在酸性土壤上使用效果好 在缺磷的碱性土壤上施 用也可增产 不仅在水田施用效果好 在旱田施用也起作用 对我国许多缺磷 土壤和酸性土壤的地区来说充分合理利用钢渣资源具有重要的意义 14 1 4 本课题的提出及研究内容本课题的提出及研究内容 1 4 1 本课题的提出本课题的提出 世界各国致力于烟气脱硫研究的方法虽有 200 多种 但工业化应用的只有 10 多种 包括 以 CaO CaCO3为基础的钙法 以 MgO 为基础的镁法 以 NH3 为基础的氨法等 以上方法各有优缺点 但都要消耗资源 且回收利用率不大 比如石灰石 MgO 等 钢渣虽然已有以上多种利用途径 但各种应用途径有其局限性 钢渣作冶 炼原料时 由于钢渣成份波动大 给生产控制带来一定的困难 由于钢渣含有 重金属离子 作回填材料可能对地下水造成污染 钢渣做的水泥并不能完全代 替水泥 只能掺合着用 同时我国严禁将钢渣碎石作混凝土料使用 钢渣做农 肥虽然有些地方实验过 但到现在还缺乏依据能证明钢渣做农肥时对土壤土质 和农作物没有负面的影响 以上用途均不能大规模的利用 由于钢渣中含有一定量的碱性物质 可以与二氧化硫发生反应 为此 本 课题提出采用钢渣作为脱硫剂进行烟气脱硫 实现以废治废 1 4 2 本课题的研究内容本课题的研究内容 本课题以试验研究的方法 主要在鼓泡反应器中考察钢渣烟气脱硫的可行 性及影响因素 探讨其反应机理 第 5 页 共 19 页 2 实验方法及实验装置 实验方法及实验装置 2 1 实验仪器与药品实验仪器与药品 实验所用仪器和药品如下表1和表2 表 1 实验所用仪器一览表 仪器名称生产厂家 风机 脱硫喷淋气浮式吸收实验装置 四川大学化工学院工程实验中心 X射线荧光光谱分析仪日本岛津 101A 1E电热鼓风干燥箱上海实验仪器厂 防污染微型鄂式破碎机贵阳探矿机械厂 圆盘破碎机贵阳探矿机械厂 电子天平北京赛多利斯有限公司 标准检验筛浙江上虞市华丰五金仪器有限公司 鼓泡反应器自制 转子流量计浙江余姚工业自动化仪表厂 表 2 实验所用药品一览表 药品名称生产厂家 碘成都市科龙化工试剂厂 乙酸钠成都市科龙化工试剂厂 碘化钾成都市科龙化工试剂厂 钢渣粉末某钢铁厂 36 乙酸 分析纯 成都市科龙化工试剂厂 氢氧化钠 分析纯 成都市科龙化工试剂厂 可溶性淀粉 分析纯 成都市科龙化工试剂厂 2 2 钢渣成份钢渣成份 本实验采用某钢铁厂的转炉钢渣 经表征各粒径下钢渣的成分如下表3 表 3 钢渣成分表 成分CaOFe2O3SiO2Al2O3MnOMgOTiO2P2O5V2O5SO3 含量 200 目 43 2514 9922 856 322 874 260 991 900 250 37 含量 140 目 42 7813 7623 497 083 184 111 091 800 240 36 含量 120 目 42 3914 0022 956 963 384 071 131 760 251 26 含量 100 目 42 1113 9923 477 523 374 121 111 780 250 36 含量 80 目 41 9314 2123 377 443 434 181 101 770 260 36 成分Cr2O3K2ONa2OSrOZrO2NbOF CeO2 Cl 含量 200 目 0 170 120 120 030 030 011 48 含量 140 目 0 170 130 110 040 030 011 61 含量 120 目 0 170 120 100 040 030 011 360 05 含量 100 目 0 170 130 120 040 030 011 42 0 01 含量 80 目 0 180 130 110 040 030 011 45 第 6 页 共 19 页 2 3 钢渣脱硫实验过程钢渣脱硫实验过程 实验装置为自制的鼓泡反应器 直径为8cm 从二氧化硫钢瓶出来的纯二氧化硫与空压机过来的空气一起混合 进入缓 冲瓶 混合后的模拟烟气进入鼓泡反应器与钢渣浆液反应 剩余尾气用碱液处 理后排入大气 流程如下图1所示 图 1 实验工艺流程图 实验时 按各考察条件用电子天平称取所需量的刚渣 溶于自来水配制成 500ml钢渣吸收浆液并加入鼓泡反应器 然后将模拟烟气通入反应器 同时开始 计时 并每隔一定时间测取出口二氧化硫浓度和浆液pH值 2 4 二氧化硫分析方法二氧化硫分析方法 本实验进出口SO2浓度采用碘量法 GB T16157 1996 测量 装置如下图2 所示 图 2 二氧化硫浓度测定装置 1 反应管 2 水准瓶 3 气体量管 第 7 页 共 19 页 为反映钢渣对二氧化硫的去除能力 实验中采用二氧化硫的去除率 来描述 100 1 21 C CC 其中 C1表示进口二氧化硫浓度 C2表示出口二氧化硫浓度 第 8 页 共 19 页 3 钢渣烟气脱硫过程的研究 钢渣烟气脱硫过程的研究 3 1 水脱硫效率的考察水脱硫效率的考察 在常温常压下 二氧化硫具有酸性氧化物的通性 易溶解于水 与水反应生成 亚硫酸 其反应方程式如下 SO2 H2O H2SO3 H HSO3 为便于比较钢渣脱硫剂的脱硫效果 本实验先采用自来水做脱硫剂来绘制其 脱硫曲线 实验条件 常温常压 自来水500ml 二氧化硫浓度为1400ppm 烟 气流量0 05m3 h 采用上述碘量法测取进出口二氧化硫浓度 自来水脱硫率及 pH值 时间曲线如下图3所示 0510152025 0 10 20 30 40 50 去除率 pH值 时间 min 去除率 2 4 6 pH值 图 3 自来水作脱硫剂 由上图3可以看出 在常温常压下 以自来水为吸收剂时 随着时间的增大 自来水二氧化硫的溶解量先上升后降低 至15min左右时基本达到饱和状态 二 氧化硫去除率为零 pH值随着反应的进行不断降低 到60min时稳定在2左右 pH下降的快慢程度与二氧化硫的去除率变化速率是相关的 在前十分钟 去除 率迅速上升 pH值也快速下降 10min后 二氧化硫的去除率缓慢下降到60min 无去除率 pH值也缓慢下降至60min时维持在2左右 这是因为进口烟气不断通入 在前十分钟二氧化硫不断溶于水并与水反应 水中H 不断增加 pH值就迅速降低 反应到了一定时间 自来水开始达到饱和 状态 反应难以进行 所以二氧化硫去除率降低直至零 pH值也就缓慢变化至 2左右 由此可知 在常温常压下 二氧化硫在自来水中的溶解是有限的 所以 自来水对于二氧化硫的溶解不会对钢渣脱硫剂的脱硫效果造成显著的影响 第 9 页 共 19 页 3 2 钢渣粒径对脱硫效率的影响钢渣粒径对脱硫效率的影响 实验条件 常温常压 500ml钢渣吸收浆液 浓度2 钢渣粒径分别为200 目 140目 120目 100目 80目及60目 进口二氧化硫浓度为1400ppm 烟气 流量0 05m3 h 采用上述碘量法测取进出口二氧化硫浓度 实验结果如下图4所 示 0102030405060 0 20 40 60 80 100 去除率 时间 min 200目 140目 120目 100目 80目 60目 图 4 钢渣粒径对去除率的影响 由上图4可看出 反应分两段 在前25分钟 去除率整体都是先上升 到十 分钟左右达到最大值 然后逐渐降低的 这是因为刚开始浆液的pH值很高 通 入烟气中的二氧化硫能迅速溶解于浆液中 所以去除率也快速上升 但同时随 着反应的不断进行 浆液的pH值不断下降 pH值的下降有利于钢渣中碱性物质 的溶出 却不利于二氧化硫的溶解 在十分钟左右的时候二氧化硫的溶解与碱 性物质的溶出达到一个平衡点 所以十分钟左右二氧化硫的去除率最高 过了 十分钟后 二氧化硫的溶解速率不及碱性物质的溶出速度 所以二氧化硫的去 除率逐渐降低 从200目到60目 同时段的去除率基本是依次降低的 这是因为钢渣粒径越 细 比表面积越大 与水接触面积增大 有利于碱性物质的溶出 同时也给脱 硫提供的反应面更大 16 所以细度越细去除率高 反应过了25分钟后 粒径为200目 140目 100目的钢渣浆液的二氧化硫去 除率基本为零 而粒径为60目 80目 120目的钢渣浆液还有很低的去除率 这 是因为粒径为200目 140目 100目的钢渣浆液在前25分钟的脱硫过程中钢渣中 的碱性物质消耗太多 到了25分钟后溶出率很低甚至没得 所以没得去除率 而60目 80目的钢渣浆液在前25分钟的脱硫过程中碱性物质消耗较少 浆液中 还有一定量的碱性物质 又因为二氧化硫的溶解率较低 所以虽然有去除率 第 10 页 共 19 页 但是很低 对于120目 在做XRF分析时 发现120目钢渣中含有一定量的CeO2 物质 以及MnO TiO2的含量比其他粒径钢渣中含量都要高 有可能是因为含 有这些物质的原因 所以在40 50min还有很低的去除率 3 3 钢渣浆液浓度对脱硫效率的影响钢渣浆液浓度对脱硫效率的影响 实验条件 常温常压 500ml钢渣吸收浆液 钢渣粒径200目 浓度分别为 1 2 3 4 5 10 进口二氧化硫浓度为1400ppm 烟气流量 0 05m3 h 采用上述碘量法测取进出口二氧化硫浓度 实验结果如下图5所示 0102030405060 10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 去除率 时间 min 1 2 3 4 5 10 图 5 钢渣浆液浓度对除率的影响 由图5可看出 各浓度浆液的二氧化硫去除率从零开始迅速上升 反应到一 定时间达到最大值后开始下降 浓度为1 2 3 浆液的二氧化硫去除率在 十分钟左右就到达最大值 然后逐渐下降 浓度越大去除率下降得越缓慢 浓 度为4 的吸收浆液的二氧化硫去除率在20min左右才达到最大值 然后下降很 缓慢 浓度为5 10 的浆液在十分钟到45分钟变化平缓 到50分钟达到最大 值后缓慢降低 这是因为 浆液的体积一定 溶剂量是不变的 所以在反应刚 开始 钢渣溶出的碱性物质量相差无几 所以前十分钟各浓度下浆液的二氧化 硫去除率差不多 浆液浓度越小 所含碱性物质有限 在十分钟之后 溶出的 碱性物质减少 二氧化硫去除率降低 浆液浓度越小 下降得越快 由此可以得 浓度越大 反应时间越长 去除率越高 但在前60分钟浆液 浓度为10 并不比浓度为5 的二氧化硫去除率明显增大 所以在脱硫过程中 浓度是一个很重要的影响因素 第 11 页 共 19 页 020406080 0 2 4 6 8 10 12 14 pH值 去除率 时间 min pH值 0 20 40 60 80 100 去除率 图 6 浓度为 10 的钢渣吸收浆液的去除率与 pH 值的变化曲线 由图6可看出 在前10分钟 二氧化硫去除率迅速上升 pH值也下降得很 快 在10分钟到60分钟 去除率变化不大 pH值也平缓下降 60分钟以后 去 除率逐渐下降 这是因为二氧化硫的去除与pH值的相互影响 当浆液开始有一 定去除率后 pH值开始下降 去除率变化得快 pH值下降得也快 当反应一段 时间后 浆液中碱性物质溶出减少 pH值也较低 气相缺少传质推动力 所以 二氧化硫溶解很慢 去除率就下降 直至很低甚至没得去除率 3 4 进口二氧化硫浓度对脱硫效率的影响进口二氧化硫浓度对脱硫效率的影响 实验条件 常温常压 500ml钢渣吸收浆液 浓度2 钢渣粒径为200目 进口二氧化硫浓度分别为 1000ppm 1200ppm 1500ppm 1800ppm 2300ppm 烟气流量0 05m3 h 用上 述碘量法测取进出口二氧化硫浓度 采样时间均为10min 实验结果如下图7所 示 第 12 页 共 19 页 80010001200140016001800200022002400 50 60 70 80 90 去除率 进口SO2浓度 ppm 图 7 进口二氧化硫浓度对去除率的影响 由上图7可看出 随着进口二氧化硫浓度的不断增加 去除率逐渐减小 进 口二氧化硫浓度增大 烟气中二氧化硫的量也增加 即气相中二氧化硫分压增大 使反应界面逐渐从气液界面向液固界面移动 从而使吸收速率逐渐由气相阻力控 制转变为液相阻力控制 17 3 5 烟气流量对脱硫效率的影响烟气流量对脱硫效率的影响 实验条件 常温常压 500ml钢渣吸收浆液 浓度2 钢渣粒径200目 进 口二氧化硫浓度1400ppm 烟气流量分别为0 04 m3 h 0 05 m3 h 0 06 m3 h 0 07 m3 h 0 09 m3 h 0 12 m3 h 0 18 m3 h 0 36 m3 h 采用上述碘量法 测取进出口二氧化硫浓度 采样时间均为10min 结果如下图8所示 0 000 050 100 150 200 250 300 350 40 65 70 75 80 85 90 95 去除率 烟气流量 m3 h 图 8 烟气流量对二氧化硫去除率的影响 由上图8可看出 随着烟气流量的增加 二氧化硫去除率逐渐降低 这说明 第 13 页 共 19 页 提高烟气流量不利于二氧化硫的吸收 这是因为随着烟气流量的增大 二氧化 硫在吸收浆液中的停留时间减小 二氧化硫吸收不充分 所以去除率会降低 而且 当烟气流量增加到一定程度时 气体有效停留时间小于反应所需的最小 时间 会使脱硫效率大为降低 18 当烟气流量过大 不但会降低脱硫效率 还会造成烟气带水现象严重 影 响设备运行 增大运营成本 18 总之 烟气流量的大小得根据实际条件确定 不能太高 3 6 初始初始 pH 值对脱硫效率的影响值对脱硫效率的影响 实验条件 常温常压 500ml钢渣吸收浆液 浓度2 钢渣粒径200目 进 口二氧化硫浓度为1400ppm 烟气流量0 05m3 h 分别调节初始pH值为 9 5 7 6 5 4 3 采样时间均为10min 采用上述碘量法测取出口二氧化硫 浓度 采样时间均为10min 实验结果如下图9所示 345678910 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 去除率 pH值 图 9 初始 pH 值对二氧化硫去除率的影响 由上图9可见 随着初始pH值的增大 出口烟气中二氧化硫的含量降低 二氧化硫的去除率升高 在pH值为3到5时二氧化硫去除率上升得快 pH值为5 到7时二氧化硫去除率上升得相对缓慢一些 粒径为200目 500ml浓度为2 的钢渣吸收浆液的初始pH值为9 5 由上图 可得 降低吸收浆液初始pH值并不能增大二氧化硫去除率 这是因为随着pH值 的下降 浆液中H 的浓度增加 传质推动力减小 二氧化硫的溶解量减少 所以脱 硫率迅速下降 19 3 7 钢渣脱硫反应机理钢渣脱硫反应机理 在鼓泡反应器内 烟气中的二氧化硫通过气膜进行扩散 二氧化硫先溶于 第 14 页 共 19 页 水并迅速水解为H2SO3 反应如下 20 SO2 g SO2 aq 1 H2O l SO2 aq H2SO3 H HSO3 2 HSO3 H SO32 3 钢渣能脱离 主要是因为钢渣含有一定量的CaO SiO2 Fe2O3 Al2O3等 碱性物质 钢渣中的氧化钙等碱性氧化物进行溶解 溶出物质再与溶于水中的 二氧化硫反应 在反应器中发生如下类似于CaO的反应 21 CaO H2O Ca OH 2 Ca2 2OH 4 Ca2 SO32 CaSO3 5 H OH H2O 6 CaSO3 SO2 H2O Ca HSO3 2 7 因为钢渣中含有某些成分起着着触媒作用 也进行如下催化氧化反应 22 2CaSO3 O2 2CaSO4 8 2Ca HSO3 2 O2 2CaSO4 2SO2 2H2O 9 2SO2 O2 2H2O 2H2SO4 10 H2SO4 CaO CaSO4 H2O 11 在钢渣中还有极少碱金属氧化物 可参与脱硫反应 有利于脱硫过程 23 可以认为 对于钢渣浆液吸收烟气中二氧化硫的化学反应过程由以下几个 过程组成 二氧化硫由气相主体穿过气液界面的扩散 溶解 溶解二氧化 1 2 硫的水合 钢渣中碱性物质的溶出 Ca OH 2等物质的溶解及其后的解离 3 4 难溶硫酸盐的形成及沉降 根据上述石灰浆液吸收二氧化硫的传质反应过程 5 分析可以认为 由于过程 是快速反应 因此 总反应速度由过程和 2 3 5 1 控制 即由气相中二氧化硫的扩散 气相阻力 和液相中的Ca OH 2等物质的溶 4 解及扩散控制 第 15 页 共 19 页 4 结论 结论 通过钢渣在不同条件下脱硫的实验 可得到以下结论 1 钢渣吸收浆液能脱出二氧化硫 2 当条条件控制在 钢渣粒径大于100目 浆液浓度大于1 进口二氧 化硫浓度低于1500ppm 烟气流量小于0 09m3 h 初始pH值大于6时 其二氧化 硫去除率可达到80 以上 第 16 页 共 19 页 参考文献参考文献 1 张林仙 刘远鹏 脱硫技术的发展概况 J 黄石高等专科学校学报 1008 8245 2004 04 0067 04 2 丁明 欧阳凌云 俞成 双碱法一旋流板塔脱硫除尘一体化技术在玻璃窑炉烟气治理上的 应用 J 玻璃 2005 6 44 46 3 陈帮 夏晓鸥 钢渣综合利用的高效预处理研究 J 矿产综合利用 2009 5 39 40 4 韩永嘉 王树立 烟气脱除二氧化硫技术现状与发展趋势 J 过滤与分离Journal of Filtration Separation 1005 8265 2009 02 0023 05 5 陈俊峰 黄振仁 廖传华 烟气脱硫在我国的发展现状及研究进展 J 电站系统工程 1005 006X 2008 04 0004 03 6 宁新周 张计民 张维召 等 国内钢渣处理和应用方式的调查分析 J 冶金环境保护 2007 4 45 47 7 禾志强 石灰石 石膏法脱硫浆液起泡研究 J 电力环境保护 2008 24 4 11 13 8 蒋思国 石灰石 石膏湿法烟气脱硫技术及其应用 D 成都