半干式喷雾干燥法烟气脱硫工艺

半干式喷雾干燥法烟气脱硫工艺研究摘要：[目的]在中等试验台上研究烟道作为脱硫反应器的半干法烟气脱硫技术，确定工艺条件，重点在提高脱硫效率和脱硫剂利用率。[方法]选用半干式喷淋塔脱除烟气中的SO2。[结果]1.脱硫效率虽然随钙/硫比（Ca/S）的增加而增加(Ca/S为0.806时，平均去除效率为57.53%;Ca/S为1.207时，平均去除效率为77.34%;Ca/S为1.414时，平均去除效率为80.75%)，但当Ca/S>1以后脱硫增加率趋缓。2.伴随SO2进口浓度的增加，脱硫效率略有增加。3.随Ca/S的增加，脱硫剂利用率有所下降。4.加入一定量NaCl添加剂对提高SO2去除效率影响不很明显(平均去除率约提高2%)，但对稳定去除效率有所帮助。[结论]1.提高Ca/S是提高脱硫效率的一种有效方法，综合对脱硫效率和脱硫剂利用率的影响，Ca/S在1.0～1.4范围内较为合适。2.循环利用脱硫剂是提高脱硫剂利用率的有效方法。3.NaCl添加剂适合工况变化较大的焚烧处理系统。关键词：半干法烟气脱硫；Ca/S；脱硫剂；NaCl添加剂TheResearchofSO2RemovalbySemidrySprayingTowerAbstract:[Objective]ToevaluatetheoperationconditionsofSemi-dryFluGasDesulfurizationanditsinfluencefactorsonbench-scaleequipment;toinvestigatehowtoimprovetheSO2removalefficiencyandtheutilizationofsorbent.[Methods]SO2influegascanberemovedbysprayingtower.[Results]TheremovalefficiencyofSO2willbeimprovedwiththeincreaseofCa/Sratio.UndertheexperimentconditionofdifferentCa/Sratiosas0.806,1.207and1.414,theaverageSO2removalefficiencyis57.53%,77.34%and80.75%,respectively.WhenCa/S>1,however,theincreaseofSO2removalefficiencybecomesinsignificant.WithrespecttotheinitialconcentrationofSO2,noappreciableeffectontheremovalefficiencyhasbeenobservedsofar.TheutilizationefficiencyofsorbentisfoundtodecreasewiththeincreaseofCa/S.ThesorbentwithNaCladdedcannotincreaseSO2removalefficiencysignificantly(Theefficienciesincreasebyabout2%),butitishelpfultomakethedesulfurizationprocessmorestable.[Conclusion]ImprovingCa/SisconsideredasafeasibleapproachtoincreaseSO2removalefficiency.Ca/Sratiointherangeof1.0~1.4isoptimumforthistechniqueconsideringboththeeffectofSO2removalefficiencyandutilizationofsorbent.Itisalsoadvisabletorecyclesorbenttoincreaseitsutilization.TheadditiveofNaClisrecommendedfortheunstableoperationconditions.Keywords:SemidryFGD;Ca/S;SO2removalsorbent;additiveofNaCl据联合国环境规划署1988年公布的统计资料显示，人为排放的SO2已成为世界第一大污染物，每年人类约向大气排放SO21.8亿吨。中国是世界上最大的煤炭生产国和消费国，煤炭占一次能源消费总量的75%。随着经济的发展，全国煤炭消耗量和SO2排放量不断增加，据统计1990年燃煤约为10.5亿吨，排放SO2达1622万吨(其中工业占7l.8%)；1995年燃煤量约为12.8亿吨，排放SO2约为2370万吨，超过美国当时的2100万吨；1998年SO2排放量为2090万吨；2000年SO2排放总量为1995万吨，已成为世界SO2排放第一大国[1]。SO2给人类带来最严重的问题是酸雨，它对人类生存的地球生态环境造成严重影响，酸雨在国外被称为“空中死神”，会造成对水生生态系统、陆地生态系统和人体健康的危害，对建筑物、机械和市政设施有腐蚀破坏作用。其对人体健康的危害主要表现在：1.通过食物链使汞、铅等重金属进入人体，诱发癌症和老年痴呆；2.酸雾侵入肺部，诱发肺水肿或导致死亡；3.长期生活在含酸沉降物的环境中，诱发人体产生过多氧化脂，导致动脉硬化、心梗等疾病概率增加[2,3]。目前，控制二氧化硫的技术途径主要有：燃料脱硫、燃烧脱硫和烟气脱硫等。燃料脱硫技术难度大，经济成本高，尚处于研究阶段；燃烧脱硫难以控制脱硫剂用量，在实际应用中受到限制；而烟气脱硫则被认为是控制SO2最有效的途径[4]半干式喷雾干燥法脱硫机理研究喷雾干燥吸收烟道气脱硫原理是20世纪70年代中、末期发展起来的，这种技术具有经济效益好，操作简便等优点。喷雾干燥是一种传统的干燥工艺方法。它是将需要干燥的介质溶液通过喷头高速旋转产生的强大动能在高温气体中雾化，利用高温气体的热量将雾滴水分蒸发形成干燥的粉状固体产品收集下来。烟气脱硫的干燥工艺是在干燥发生的同时亦发生化学吸收反应，达到脱硫的目的[5]。经喷嘴喷入反应器的雾化浆滴将经历两种变化，一是通过与气体的热交换使水分蒸发，浆滴粒径不断收缩；另一种是浆滴中的Ca(OH)2吸收SO2发生脱硫反应。两种变化同时发生、互相影响。由于浆滴内的液相反应速度比浆液内的传质过程快得多，所以浆滴蒸发过程对脱硫有重要影响[6]。1．1浆液蒸发过程机理研究蒸发干燥过程为物理变化过程，随干燥的进行，浆滴的尺寸、含水量、速度和温度都发生变化，同时烟气温度、湿度也将发生相应的变化。浆滴性质的变化将直接引起反应表面积以及传质阻力相对大小的改变，对反应过程有着重要的影响。浆滴的蒸发过程可分为三个阶段，恒速干燥、第一期降速干燥和第二期降速干燥。在恒速期，浆滴表面有充分的非结合水，蒸发速度由水的表面汽化速度所控制，浆滴粒径随蒸发进行而不断缩小。当粒径缩小到使分散的悬浮颗粒相互接触以致颗粒运动受到限制时，物料表面已不能维持全部湿润，部分表面汽化的为结合水，蒸发过程速度由水分从浆滴内部移动到表面的速度所控制，颗粒温度逐渐上升，这时就进入了第一降速干燥期，即不饱和表面干燥阶段。当浆滴全部表面都不含结合水时，第二降速干燥期开始，此时汽化速度受水分在物料中的移动速度控制，汽化面逐渐由表面向干燥浆滴内部移动，汽化所需的热量通过已干燥的固体颗粒传递到汽化面。当颗粒的含湿量与烟气中的温度和湿度达到平衡时，干燥过程结束[7]。1．2化学反应机理[5]：石灰熟化：CaO(固)+H2O←→Ca(OH)2(固)←→Ca2++2OH—SO2物理吸收：SO2(气)←→SO2（液）SO2（液）+OH—←→HSO3—亚硫酸盐的部分氧化：SO32—+1/2O2（液）←→SO42—懂反应产物析出羊：徒SO秤3牺2述—蛛+Ca缎2+泛←→虹CaSO蹲3葛(嫂固扛)迎SO捉4旨2械—目+铜Ca讲2+社←→慌CaSO忙4夹(隶固丝)渡总反应物：迈SO暮2置(鸡气旅)跪+Ca(O揪H)唇2亿(疑固腐)份息←→侄CaSO舅3被(锐固纤)迫+H唤2捆O诵劝笋SO声2梁(胁气障)钓+Ca(O拜H)晨2讯(倘固拨)浴+1/2O珠2前←→筑CaSO辜4海(喷固队)瞒+H汇2该O估实验装置与方况法阻2糊．厚1友实验背景乔日倾本实验是上海否市重点学科项线目箩“锡固体废物处理俗与资源念化循”壳项目的子课疏题拢“徐洁净的废物焚浓烧技植术法”仇研究内容之一链。由于国内尚造无开展焚烧系饲统的中试实验送平台，对于焚餐烧中试方面的翠研究也没有先先例，因此在此危课题基础上建窄成的同济大学融废物焚烧试验捷中心的废物焚言烧中试装置，物具有开展焚烧高系统中试研究程的充足的实验殊条件，对发展极适合我国国情睬且技术上先进惜的烟气净化技吧术，为今后国删内烟气净化工羊艺的设计和选率择提供关键的善技术参数和理岔论依据具有重渔要的意义。梦2燃．怪2先实验装置闭该中试系统（解见诵图怖1膛）所拥有的言洁净废物焚烧特装置包括炉排杯炉和回转窑焚糊烧系统各一套隔，及烟气处理杠装置（半干式爬喷淋塔＋布袋朽除尘和湿式喷春淋塔＋静电除渐尘或除雾塔）搁。罗其中，本次试筛验所选用的处宋理工艺为回转物窑＋汽半干式喷淋塔虑＋布袋除尘狂系统。抱图榜1添章白焚烧实验装置来其中的主要设和备的参数如下演表所示：轮表：焚烧实验猾室主要设备参异数肆名称雁基本参数他回转窑县处理能力：固荒体废腔物外15kg/租h洲；一燃室绸长补3轻m感，体木积猜0.935m冤3害，内疏径博400m羽m蝴；二燃室烦高江1.6员m况，体证积橡0.452m仁3辣换热器既换热面摇积村25.4m丹2冰；换热效与率埋0.7骡喷淋塔五烟气衔量级300Nm稿3亭/址h肿；喷液宽量性125kg/名h潮；溶液固含闯量突2广0后％啊袋除尘抵KMC-3么2统型；过滤面领积永24m骤2洲；过滤风则速棒1~1.5m旁/笑s现；处理风日量裤1500~2亚100m翠3骂/别h禾；风机功改率路3kw闷引风机猎风间量歉2000m氧3铜/震h巩；风栗压披7870Pa缘烟囱词高趋5.7敲m名；直都径糖200cm厘冷却塔揪KIN结3消型；冷却水量吗为雪2m毁3声/h灯3存．结果与讨论异凭湾在半干法烟气气脱硫技术中最满为关键的技术退参数是钙硫比皱，尽Ca学/径S团的计算公式栽为荐:C蛾a/S=误,盛本实验正是基酒于不同钙硫比饰情况下脱硫效奸率的比较来进诱行设计的宿。示Ca(OH)凉2公溶液是直接加蒙入切Ca(OH)支2利粉末调配出的吹。吩3旺．兄1森钙硫比银对辞SO娇2遮去除率的影响夸虾徒钙硫比是脱硫订效率的重要影揪响因素，不谎同观C秃a/S婆得到的进出岩口脾SO歼2陶浓度和去除效差率分别如客图宇2丧、图幼3吼、俘图院4遮所示：侧万拾从图中可以看塘出诉，朽C益a/S弓是脱硫效率的迹重要影响因素翁之一。脱硫效讽率笑随输C描a/S规的增加而增加翻。但当艇Ca/S>零1返以后脱硫效率扯的增加趋势减舒缓。贺旱芦在通常情况庸下脑C徐a/S铸通常由喷浆液谦量和浆液浓度花共同控制，在孙本实验中喷浆疯液量不变，通吹过改变浆液浓霞度改变钙硫比汽。脱硫效率减随喊C搁a/S馆的增加而增加尤即浆液浓度大夕脱硫效率就高镇，因为此时浆域滴中的颗粒浓灵度随浆液的增州加而变大，使湾得液相传质阻孩力减小，有利致于反应的进行钓。合牛播从脱硫机理来托看，不论增加础浆液量还是增俊加浆液浓度，愁增攻加肠C调a/S冻意味着脱硫剂冈量的增加，即尿增加了浆滴中除的颗粒，有利普于减少液膜扩恢散阻力以及减范少悬浮颗粒的地溶解阻力，所引以脱硫效率提踪高；当务Ca/S<嗽1融时，脱硫剂的绞量不足以使全洪部的落SO困2松反应，脱硫效凶率完全取决于尖脱硫剂的量，鸣所以脱硫效率闷随脱硫剂量的假增加而快速增搞加；当脱硫剂砖量过量，即根Ca/S>鹊1衔时，浆滴固体准浓度升高，浆梦滴蒸发时间缩高短，液相反应少时间减少，同笼时反应产物沉倘积在颗粒表面标，形成产物层维，影响了反应眨的继续进行，交因而此时钙硫妇比提高，脱硫哑效率并未相应拿提高。械3豪．概2姑SO咳2异进口浓度对蝴SO胞2罩去除率的影响控架摧从以上图中可蛋以看出，在相抽同昏C狱a/S准的情况下，进理口旗SO暑2益浓度的提高可痰以使脱硫效率杠略有提高。臂钙硫比保持恒桑定，必SO置2困浓度升高，浆退液中脱硫剂的庙量也相应要增剧大息，键蔬在一定体积的完反应器内，分辉子碰撞的概率戒增大，觉SO桂2济与脱硫剂的反苏应将趋于激烈移；从传质动力片学方面，银SO冻2腊浓度升高，提剑高了烟气中污SO沸2虑的分压力，敌SO待2樱在脱硫剂孔隙禽内的扩散传质势动力和兵SO序2爱在液膜中溶解麻的传质动力将目增加，从而促碗进了反应的进纪行，使脱硫效冶率升贵高井;念但铺SO钳2倍浓度增大到某颜一浓度区间时民，由于反应激骗烈，在液滴表膀面迅速生成产饥物层，从而阻某碍坟了密SO端2借进一步向液滴泡内扩散兴渗透，使反应液速度趋缓。陆荡永琪道[9]愚的研究也表明萍了相似的结果口。陕3回．爹3煤钙硫比对脱硫段剂利用率的影浴响镜脱硫剂的利用捞率，是表示脱珍硫系统中被用纳来脱除训SO壁2主的脱硫剂的重经量与加入脱硫怒系统脱硫剂总饺重量的比，计否算公式为：缸Yca=视脱硫效农率修/英钙硫比傍神巴随沃C曲a/S郊的增加，脱硫驱剂的利用率出仰现下降，原因仓为，增贡大湿C拨a/S察，过量的脱硫凭剂未得到充分潜的反应。诱删激从脱硫机理看稻Ca/S岩增加，使初始将反应速度加快溪，由于缓SO摊2丽浓度随反应进梅行而降低的速忌度也较快，造传成气膜阻力增肤大，脱硫剂的唉利用率减小。殊3腊．控4NaC闻l总溶液对向SO埋2炭去除效率的影乘响老勺料烟道作为反应耀器，气液接触房时间较短，仅摔为缎1~顾3肚秒，反应不充晃分，这是造成滩脱硫效率和脱杠硫剂利用率较世低的原因之一出。所以，为提梅高烟道喷射脱末硫的效率，必吐须提高脱硫剂猛的活性，从而属提高脱硫剂的严利用率应。耗C绞aO酷的微观结构初和飞C韵aO笛与宰SO厨2绳的化学反应活腥性是影响脱硫扒效率的主要因秀素。因此应从削改善这二者入筑手，提高脱硫什效率和脱硫剂迷利用率。目前出对提高脱硫效帐率和脱硫剂利鸽用率的研究主腹要集中在以下事几个方面撞[8]侍：一是脱硫剂惊的制备方法，腹二是灰渣再循呜环，三是加入舒添加剂，四是溉制备高效脱硫睁吸收剂。本文共主要研究添加饱剂的影响殃。天莫琴酱浙江大学利用剥喷雾干燥系统笔进行试验，根冈据化学反应动律力学原理，从肾保持脱硫剂表缴面的水分、加香氧化亚硫酸、坝保某持惹P阳H谜和促进石灰溶辱解等方面进行腾添加剂的研究芬。结果表明，贩加入刺NaOH尊、饶N政aCl险、狂N层a蚊2懒CO雷3去、亭CaCl价2赢等吸湿性添加愤剂可以提高脱汤硫效率，一方忠面是由于这些幼物质本身具有邀碱性，且它们命直接命与泡SO段2敌的反应对脱硫董效率的影响很贫小；另一方面故的原因是它们药导致石愚灰浆蒸发时的畅蒸汽压降低，穴从而延长浆滴负在液相中的停遭留时间，而大图部分反应是在俊液相发生，因放此有利于提高趁脱硫反应。骤峰炸清华大学作过另加入丢CaCl卫2扒、袖N外aCl板、渣NaOH妄的实验。结果乔表明加入适量龟的添加剂可佩使励C穴a(OH)郑2纤的活性提高弯2~2.5统倍。倦管径西安交通大学虎研惑究痛N任aCl就对燃煤污染物坐排放的影响。竭因继N家aCl哭有极强的潮解掏性，使水分蒸顽发缓慢；同时虹在燃烧弯时另N专aCl撑有爆孔作用，举从而增加孔隙办率。迫Paolo体用镜N俊aCl翅水溶液浸泡石优灰石颗粒，使凯其组分中含桥有咸2飞%玻的掘N简aCl传，显著改善了受石灰石的脱硫余性能。悔Kurlk危、荷Kind尝等人研究表明眼，加入满Cl船能够提高脱硫叉效率。片阔由图可见，相妈同钙硫比条件雷下统NaC条l垮的加入对末于把SO冰2迟去除率的影响披并不大蒜,旱仅略有提高。盲但对稳定去除自效率有帮助。4．结论粮通过提高浆液奥浓度来提高钙狭硫比是提高脱梳硫效率的一种堂有效方法。但玉是，过量的脱姜硫剂得不到充旗分反应造成资池源的浪费，且闷不环保不经济百。同时，浆液份的浓度过高，异过量的脱硫剂沉颗粒极易沉淀偏，会增加浆液促输送设备的磨抚损和能耗的增据加。因此，为帆达到尽可能高坊的脱硫效率同响时保证合理的胳经济性，确定越合适的钙硫比巷十分重要。综滩合对脱硫效率摄和脱硫剂利用款率的影响，钙奋硫比在疯1.0识～飞1.4块范围内取值较垦为合适。划随跟SO绝2邮进口浓度的增传加，脱硫效率蒜略有增加。恼随咽Ca/秆S肾的增加，脱硫索剂利用率反而快下降。如果脱谢硫剂利用率低淋，脱硫剂的消说耗就增洽加，从而加大蛾成本。因而循瞎环利用脱硫剂昏是提高脱硫剂桨利用率的有效惩方法。誉加入一定击的航NaC庸l聪添加剂对于提蜜高弄SO帆2雀的去除效率影艇响不很明显，格但对稳定去除讯效率有庸所帮助，适合们工况变化较大胀的焚烧处理系粥统。遮脱硫产物的处蠢置通常有两种娇，利用或堆放超。比较脱硫产童物和天然石膏传的成分，见下插表，可以发现夕，脱硫产物的国成分与天然石杰膏的成分差别毕不大。丛刚等码研究人员对脱圣硫石膏的用途搅研究发现，脱排硫石膏性能优论良，可用作粉唐刷涂料、空心悼砖等。在掺加秀35%麦粉煤灰的情况锅下，脱硫石膏浪制品的性能仍粱然优于国家标忠准中《建筑石林膏》优等品的地要求。策表索漆脱硫产物与天情然石膏的成分步对比表罪名称更CaO迷SiO球2亡Al优2思O魂3逐SO序3炼Fe朴2信O赠3克MgO疮Loss嫁天然石膏惯31.5索4.3搭1.73请41.1弄1.15雕1.30圆17.2块脱硫产物筑35.01位23.89枕22.13芒11.58息4.13匠~难3.26献对脱硫产物的份有害性进行分君析的结果表明裤CaSO拆4夏和醒CaSO盼3婶是性质比较稳再定的物质，拉CaSO浮3肢会在空气中慢福慢氧化，最终平氧化成痛CaSO仰4抽。干法和半干树法的脱硫产物蚕中含有未反应斜完全的慎CaO铺和盏

Ca(OH译)深2初，其与空气中秘的爬CO造2喝会反应生赖成少C膊aCO轨3饲，使脱硫产物览硬结，。碱性霞使脱硫产物中湾的重金属不易交溶出，而硬结升性能提高堆放愁层底部