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《天津大学》 2003年
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燃煤工业窑炉烟气脱硫除尘一体化装置的研究和应用

郭斌  
【摘要】: 随着国民经济的发展能源消耗不断增加,尤其在我国煤炭的大量消耗引起了大气中烟尘和SO2的严重污染,环境保护工作者对如何减少和控制大气污染进行了大量的研究。本文就我国的能源消耗现状及对环境的影响和工业窑炉洁净煤技术进行了评述,提出了从能源使用战略上进行能源结构的调整和优化、开发和应用新的清洁煤技术,通过源头分选、燃烧中的固化、末端的净化将污染物的排放量减少到最小以满足我国可持续发展的要求。 工业窑炉烟气污染是危害大气环境质量的主要因素之一,其主要污染物是烟尘、SO2和黑度,目前国内外对工业窑炉烟气治理技术方面多采用干法(如吸附、旋风、袋滤等),湿法(如喷淋、洗涤、水膜吸收等)及电除尘的方法,但每种方法都存在一定的不足,尤其对微尘的去除不能满足工业窑炉烟气的温度高、烟尘含量高、烟气黑度高的实际工况条件。本研究试图从理论—实验相结合寻求一提高工业窑炉烟气净化效果的方法。 通过分析燃煤烟气颗粒物及SO2的形成特性和在烟气中的运动规律,利用烟气本身的高温余热在高速气流的冲击下产生的微小液滴和蒸汽,利用核凝原理使微小颗粒直径变大,采用聚式流态化的方法提出了雾滴碰撞微粒—成核—凝聚—聚团的核凝聚团增长模型,并用实测粒径对预测粒径进行了验证,为微粒的去除提供了依据。依据气液平衡理论、电中性原则,对碱吸收SO2的性能进行了理论分析,得出了SO2的吸收总量与循环液中各离子浓度的函数关系式,根据理论计算结果,提出了微尘凝聚吸收和分段过程的模型,提高了除尘装置的脱硫除尘效率,为高效脱硫除尘装置的设计提供了依据。 本文研究设计了旋转射流式喷嘴并对其喷淋强度、雾化效果等指标进行了考察验证,确定了喷淋强度与半径的关系式,为喷嘴在实际中应用提供了参数。 根据理论分析及实验验证所得设计参数自行设计了高效脱硫除尘装置。该装置由三部分组成即喷淋段、冲击段和S通道,在喷淋段采用了雾化效果良好的喷嘴,冲击段内设置R板使其产生更多的微滴强化气—液—固的接触,S通道提高了脱硫除尘的效率。 GR型净化装置的压力损失在500~1000Pa之间,其压力随进气量的增加而增大,在进气量一定时,冲击段气速是影响压力损失的主要因素,装置的压力损 WP=3 失随冲击气速的增加而增加,并满足方程 。经对装置内横断面各点压力测定,装置内压力分布均匀,气流流动状况良好,说明装置内部结构设计合理。 通过静态沉降实验研究了含尘浆液、石灰石浆液、混合浆液及实际运行浆液的沉降特性,结果表明,在循环池的碱吸收循环液加石灰乳中和,可加速烟尘的沉降,有利于固相分离。在实际设计运行时,可根据液气比、循环液pH值、添加的CaO量以及循环池内停留时间设计循环池。 根据质量守恒定律、电中性原理、渗透—表面更新理论,及GR型净化装置的内部结构,建立了GR型净化装置热量传递、SO2传质过程同时进行的动力学模型,并与实际结果进行比较验证。 本研究设计出的实际工业窑炉的烟气净化装置,经四个单位的实际运行表明,该装置运行稳定,操作简便,选择参数合理,烟尘及SO2去除率高,不产生二次污染,所排烟气达到国家规定的标准,有较高应用价值。 本研究课题为河北省环保局2000年科技攻关项目(编号:9410)并得到资助。
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