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烟气SO_2在活性炭上的吸附特性研究及应用

王海鸿  
【摘要】:我国的大气污染以燃煤型为主,燃烧排放的SO2使大气环境恶化,形成的雾霾危害严重,控制SO2污染已经成为非常迫切的任务。我国中小型锅炉约50多万台,布局分散,对空气质量产生重要影响,污染贡献率高达45%-65%,成为控制SO2排放的主要方向。由于中小型锅炉具有安装分散、独立操作、负荷变化大、运行管理费用低等特点,因此要求与其相配用的锅炉烟气脱硫装置,也应采用结构简单、工艺合理、运行可靠、费用低的先进技术。活性炭烟气脱硫技术投资小,操作简单,脱硫效率高,无二次污染,且副产物可得到综合利用,能够适应中小型锅炉的实际需要,是控制SO2污染的一种行之有效的方法。 本文针对工业中常用的几种粒径活性炭进行了吸附动力学和热力学分析,讨论了吸附过程中不同条件下控速步骤的变化规律,在此基础上得到了较为简单,不含经验公式的吸附速率模型,在不同活性炭粒径、烟气温度、烟气线速度、SO2浓度条件下都与实验值吻合较好。 然后从我国中小型燃煤锅炉的现实工况和烟气净化的实际需求出发,针对水洗再生后的活性炭床层烟气脱硫过程,搭建了润湿活性炭烟气脱硫及水洗再生实验台,讨论了SO2在润湿活性炭上的动态吸附特性。然后在干态活性炭吸附SO2模型基础上,结合前人在润湿活性炭脱硫方面的相关研究,建立了润湿活性炭烟气脱硫数值仿真模型。以模型为基础,本文考察了润湿活性炭烟气脱硫过程中传热、传质以及活性炭干燥过程,揭示了不同工况条件下润湿活性炭床层热、湿过程对活性炭吸附性能的协同影响机理。 最后,本文以数值仿真模型为基础,结合工程现场锅炉实际改造情况得到了脱硫所需的工艺参数。在此基础上搭建了6000m3/h活性炭烟气脱硫示范性工程,在锅炉负荷经常变化,烟气工况不稳定的情况下装置长期运行稳定,出口浓度始终在限排范围内,达到了设计要求。 本文的研究结果可以较为准确地了解吸附床内传质、传热过程,为吸附器的设计和优化提供参考依据,同时可以为中小型燃煤锅炉烟气净化技术的改进和发展提供参考。


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