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半干法烟气脱硫的实验及机理研究

滕斌  
【摘要】:烟气脱硫工艺中,半干法烟气脱硫工艺因为系统简单,投资低,脱硫产物容易处理等优点而被逐步广泛应用。但其吸收剂利用率较低,吸收剂消耗量大,造成运行成本增加,所以还需要进一步开发和完善,提高吸收剂利用率和脱硫效率,降低运行成本。本文以此为目的开展了半干法烟气脱硫方面的理论和试验研究,以及与脱硫装置相关的一些设备的试验和理论研究。 生石灰的消化工艺对石灰浆中固体颗粒大小以及消石灰的比表面积和孔隙率都有很大影响,直接关系到脱硫剂品质的好坏。通过研究消化条件对脱硫剂结构和脱硫性能的影响,找到最合适的消化条件,对如何提高系统脱硫效率和脱硫剂的利用率有很大帮助。本文通过正交试验方法研究了消化水初始温度、消化时间、消化水/生石灰比例等消化过程参数以及搅拌强度对脱硫剂结构和脱硫性能的影响,得到了试验条件下这些参数的优化值,即消化水初始温度85℃、消化时间1小时、消化水/生石灰比例4:1以及搅拌强度0.98m/s。 烟气脱硫工艺中,合适的添加剂既能提高脱硫效率又可节省吸收剂成本。如果弄清各种添加剂的作用机理或者作用规律,则可以有选择有目的的进行使用,达到最佳脱硫效果和最少的运行成本。本文针对脱硫剂制备过程中添加剂对石灰消化速度、消石灰结构以及脱硫剂脱硫性能所带来的影响进行了试验研究及机理分析。试验结果表明某些添加剂可以提高消石灰的比表面积和孔隙率,通过试验还得到了具有较高脱硫性能的复合型添加剂的组合成分及其配比。 本文研究了半干法烟气循环流化床脱硫工艺中运行参数(包括烟气在吸收塔内的停留时间,Ca/S,绝热饱和温距,入口二氧化硫浓度,入口烟温等),脱硫灰再循环,增湿活化,分级喷浆,添加剂等因素对脱硫塔内和整个系统脱硫效率的影响,以及脱硫塔在运行时的阻力特性,并对试验结果进行了理论分析和机理探讨,找出了试验条件下的最佳运行工况参数,为实际工程应用提供参考和指导。 试验结果表明,运行参数中绝热饱和温距、钙硫比以及浆滴粒径的变化对系统脱硫效率影响明显,绝热饱和温距越低,钙硫比越高,脱硫效率越高;一定范围内,浆滴粒径越大,脱硫效率越高,但是超过一定值后,脱硫效率会下降。考虑到布袋除尘器的安全运行以及运行费用问题,绝热饱和温距一般保持在10℃,钙硫比一般选为1.5,浆滴粒径则控制在75~80μm左右。在此工况(入口烟气温度160℃,入口SO_2浓度800ppm,趋近绝热饱和温度10℃,Ca/S摩尔比1.5,塔内风速3.2±0.1m/s,浆滴粒径75μm)下,塔内和系统脱硫效率分别达到63%和87%左右,布袋除尘器的脱硫效率约为24%;试验中所考察的其他运行参数对脱硫效率的影响不是很明显,他们的影响趋势是:脱硫塔入口烟气温度越高、入口SO_2浓度越低、烟气在塔内停留时间越长对提高脱硫效率越有利。 喷入一定比例的增湿水可以提高脱硫效率,增湿水量较大时,由于多级喷水可以减轻甚至避免贴壁现象,脱硫效率会高于一级喷水时的脱硫效率:多级增湿时,增湿水以 浙江大学博士学位论文 摘要 等比递减方式分配对提高脱硫效率最明显,等比递增分配方式最差;增湿水各参数优化 值为:增湿水量30%,三级增湿,递减分配方式。各参数优化后可以使塔内和系统脱硫 效率分别达到68%和91%左右。增大循环倍率也可以提高脱硫效率,钙硫比为1.54,循 环倍率为8时,塔内脱硫效率为70.44%,系统脱硫效率为91.79%,脱硫塔阻力1016.37 Pa;循环倍率增至14时,塔内脱硫效率为75.23%,系统脱硫效率为94.43%,脱硫塔阻 力1567.64 Pa。如果对脱硫效率要求较高,建议循环倍率取值14,如果对系统阻力增加 控制较严格,建议循环倍率取值8。增湿和灰循环综合作用时,增湿级数越多,循环灰 的增湿越均匀,脱硫效率越高。在循环倍率为19.16、三级增湿,增湿水量33%时,塔 内和系统的脱硫效率分别达到82%和97%左右。 分级喷浆可以减轻或者避免贴壁现象的发生,采用两级喷浆、浆量平均分配、第一 级浆滴粒径75娜、第二级浆滴粒径30娜时,塔内和系统的脱硫效率分别达到69%和 92%左右。某些添加剂对提高脱硫效率作用明显,吸湿性添加剂NaOH在添加量为1% (与吸收剂的质量百分比)时,使塔内和系统的脱硫效率分别达到将近71%和93%。把 分级喷浆的优化工况和添加剂的优化工况相结合,可使得塔内和系统的脱硫效率分别达 到将近75%和94%左右。 本文建立了半干法烟气循环流化床脱硫的数学模型。模型全面考虑了脱硫塔内恒速 干燥阶段、降速干燥阶段、干燥后阶段以及布袋除尘器内的脱硫反应过程,采用双膜理 论模型来研究塔内干燥阶段的脱硫反应过程,采用未反应核心收缩模型来研究塔内干燥 后阶段以及布袋除尘器内的脱硫反应过程。模型中包括循环流化床子模型、增湿水子模 型和分级喷浆子模型三部分。可以对运行参数(包括烟气在吸收塔内的流速,C留S,绝 热饱和温距,入口二氧化硫浓度,入口烟温等),增湿水,分级喷浆等因素对脱硫塔内 和整个系统脱硫效率的影响进行计算预测和分析。本文对以上参数的模型计算值与实验 测量值进行了比较并分析了误差原因,结果表明模型计算值与试验测量值吻合较?


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