双碱法脱硫技术方案大学论文.docx

双碱法脱硫技术方案大学论文.docx

《双碱法脱硫技术方案大学论文.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《双碱法脱硫技术方案大学论文.docx（27页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

双碱法脱硫技术方案大学论文

摘要：

在我国一次能源构成中，煤占据了绝对的主导地位。

目前煤的主要利用方式还是燃烧，由于含硫量较高，煤在燃烧过程中会释放出大量的二氧化硫（SO2）。

近二十年来，随着国民经济的迅速发展，我国的SO2排放量连年增长，1995年达到2369.53万吨，首次超过美国而成为世界SO2排放第一大国。

大量的SO2排放导致酸雨污染迅速发展，对工农业生产和人民生活造成极大危害。

目前对SO2进行治理的主要方式是锅炉尾部烟气脱硫，但由于国外成熟技术投资和运行费用都很高，难以为国内用户（特别是中小用户）所接受，因此本文的一个主要目标就是在已设计的一种旨在投资和运行费用都比较低、脱硫效率中等、适合国内市场需要的简易烟气脱硫装置的基础上设计试验方案、完成试验操作、分析试验数据，为实际生产中用废碱液进行烟气脱硫的应用作基础性研究。

试验研究分析了用烧碱脱硫的方法，为下一步双碱法脱硫工艺的试验研究做了第一步的基础准备；试验过程中考察了不同风量、SO2进口浓度、填料球高度、喷淋量、PH值等主要参数发生变化时对脱硫率影响的关系，并对试验结果进行了分析讨论，本试验研究为工艺装置的设计、操作和运行提供了所必需的基础数据；试验证明烟气脱硫的效率在较好工况条件下可达65.7%～89.9%是一种简易的烟气脱硫方法。

关键词：

湿法、烟气脱硫、二氧化硫、试验研究、双碱法

Abstract：

Inthecompositionofprimaryenergy,coaloccupytheleadingstationinourcountryabsolutelyandmostcoalisburned.Becauseofhighersulfurcontent,alargeamountofSO2isreleasedduringcombustion.Inlasttwentyyears,theemissionofSO2increasedyearbyyearandreachedto23.6953milliontonsin1995,thetotalamountofSO2emissioninourcountryhadexceededAmericaforthefirsttimeandbecomethemaximalcontributorofSO2。

LargeamountsofSO2emissionleadtoacidraindevelopingrapidly,andendangertheproductionofindustryandagriculturedirectly.NowFGD（fluegasdesulfurization）isthemainmannertodecreaseSO2emission,butcapitalcostandoperationalcostofforeignmaturetechnologyaretooexpensivetoacceptbyourconsumer.Soonemainobjectofthispaperisdevelopingakindofsimpledesulfurizationtechnology,whichcapitalcostandoperationalcostislowerandefficiencyofdesulfurizationismiddle.

TheNaOH-alkaliFGDmethodwasstudiedexperimentally.havingdonethefirststepbasicpreparationforthefollowingdual-alkaliFGDprocess,therelationbetweenthemainaffectingparameters（quantityofwind、inletSO2concentration、heightoftheball、quantityofliquid、PHvalueoftheabsorbentsolution.etc.）andSO2removalefficiencywerestudied.thisresearchprovidethenecessarybasicdataforthedesign、operationandperformingofprocessdevice,thepaperanalyseanddiscusstheresultoftheexperimentthetestindicatesthatdesulfurizationefficiencyingoodconditionscanachieve65.7%～89.9%,itisasimplemethodoffluegasdesulfurization.

Keyword：

wet、fluegasdesulfurization、sulfurdioxide、Experimentalresearch、dual-alkali

第一章SO2的危害及其来源

1.1环境与健康

近年来我们国家出现了一个非常好的现象，那就是人们对环境问题有了新的认识，对环境的重视程度在不断的提高。

人类和环境的话题，是人类永远的话题。

世界卫生组织在1997年6月23日提出的报告中曾经提出，在每年世界发生的13亿8000万病人当中有近1/4的人是受到恶劣环境的影响的；特别是包括我们国家在内的发展中国家，其环境污染日趋严重。

环境问题已经不再是一个局部地区的问题，而是整个地球范围内的问题；环境问题不仅仅是个人健康的问题，也是关系到中华民族生死存亡和子孙后代繁荣的大问题。

防止环境污染和治理污染的环境已经是一个刻不容缓的问题。

1.2大气的主要污染

目前，我国城市空气污染中存在着多种污染物。

这些污染物大致可以归纳为三类：

无机气体、有机化合物和颗粒物。

其中无机气体主要包括：

硫氧化物、氮氧化物、一氧化碳、二氧化碳、氨、氯化物、氟化物、臭氧等；有机化合物中主要包括：

碳氢化合物、醇类、醛类、酯类、酮类等；颗粒物中主要包括固态颗粒物即：

烟尘、粉尘和扬尘等；液态颗粒物即：

酸雨、酸雾等；生物颗粒物即微生物、植物种子与花粉等。

可以说当前和以后的一个相当长的时期内，我国城市空气污染物中，最普遍和最重要的就是二氧化硫（SO2）和尘。

1.3SO2和酸雨的主要危害

首先，SO2主要形成酸雨，正常情况下，在空气中约含有350×10-6二氧化碳（即350ppm的CO2），如呈饱和状态溶解时，雨水的酸碱度（PH）值为5.6。

所以，一般酸雨是指PH值小于5.6的降水。

酸雨的成因主要是含有由大气污染物生成的硫酸和硝酸。

硫酸和硝酸的前身是二氧化硫的氮氧化物。

另外，SO2被雨滴卷入氧化成硫酸的过程也是很重要的。

一般认为，酸雨对健康的影响有直接和间接两个方面。

如果人直接接触了酸雨酸雾，会产生眼睛和呼吸道的刺激症状，对抵抗力弱的儿童和老年人的危害更大。

在酸雨对健康的间接影响上主要体现在对生态环境的破坏作用，使人类可用资源减少，生存环境恶化。

由于植物不像人对酸雨能够采取主动躲避的防护方式，所以直接和长期受到酸雨的腐蚀，生长就会受到影响，农作物产量会下降。

轻者可见植物叶子出现黄斑点等损害，重者植物树木枯死。

因此出现了森林大面积被害的现象。

酸雨引起湖泊水变酸性后，严重时鱼等水生生物将无法生存而成为死湖。

酸雨也会改变土壤的环境而间接地妨碍植物的生长。

酸雨对建筑物的酸蚀作用是破坏人类文化遗产的原因之一。

许多优美的古建筑就是在酸雨的腐蚀下变得斑痕累累。

1.4SO2的主要来源

1.SO2的主要来源

一般说在地球大气中大约95%以上的SO2是由人类生活和生产过程中燃料燃烧产生的。

其主要来源是金属冶炼工业（包括铁及有色金属铜、锌和铅等）和能源工业（包括煤、石油和天然气），尤其是燃煤火力发电厂和工业锅炉。

在我国，燃煤二氧化硫排放量占总二氧化硫排放量的85%以上。

我国是世界上惟一以煤为主要能源的国家。

煤在一次能源中占75%，约相当于年耗煤1Gt，其中84%以上是通过燃烧方法利用的。

煤燃烧产生的SO2的废气，成为大气污染最主要的根源。

因此，我国城市的污染主要为煤烟型污染。

据有关部门统计，1995年全国煤炭消耗量1.28Gt，二氧化硫排放量达23.7Mt，超过美国目前的21Mt，成为世界SO2排放的第一大国。

1998年，由于电力行业增长减缓，国家环境监测总站公布的SO2排放量降为20.91Mt，酸雨造成的各项污染损失超过1100亿元，相当于1tSO2的污染损失超过5000元。

2.我国行业性SO2排放标准

标准规定：

1992年8月1日起立项新安装或更换的锅炉，当燃煤含硫量≤2%时，其最高允许SO2排放浓度为：

1200mg/m3；当燃煤含流量＞2%时，其最高允许SO2排放浓度为：

1800mg/m3。

1999年颁发的国家环境保护标准“锅炉大气污染物排放标准”规定SO2最高允许排放浓度见表1：

锅炉类型

SO2排放浓度/（mg/m3）

Ⅰ时段

Ⅱ时段

燃煤锅炉

1200

900

燃油锅炉

轻柴油、煤油

700

500

其它燃料油

1200

900

燃气锅炉

100

100

表1：

SO2最高允许排放浓度

第二章国内外治理燃煤污染的措施

是大自然赋予人类的宝贵资源。

在很长一段时间里，它一直扮演着为人类社会提供主要一次能源和化工原料的重要角色。

但是，煤炭的开发利用又往往带来了许多负面影响。

现在社会存在的所谓环境灾难，就其根源许多都与煤炭有关。

1.燃煤烟气产生的大气环境污染主要表现为：

①温室效应，污染物质主要是CO2；②酸雨，污染物质主要是SO2，NOx也有部分作用；③大气臭氧层破坏，污染物质主要是NOx；④颗粒悬浮物气溶胶，污染物质主要是燃煤产生的灰尘，通常小于5μm。

2.燃烧脱硫可分为：

①燃烧前脱硫；②燃烧过程中脱硫，即炉内脱硫；③燃烧后脱硫，即烟气脱硫（FGD）。

2.1燃烧前脱硫（煤脱硫）

1.高梯度强磁分离煤脱硫技术

高梯度强磁分离煤脱硫技术，国外在20世纪70年代就已开始研究，并取得了可喜的成果。

煤中含硫物质有机物为逆磁性，而大部分无机矿物质为顺磁性。

煤中的硫可分为有机硫和无机硫，有机硫即与有机物以化学键结合的硫，为逆磁性；无机硫包括黄铁矿（FeS2）或白铁矿硫酸盐等，它们都有较强的磁性，为顺磁性物质。

高梯度强磁分离煤脱硫可分为干法和湿法两种形式。

干法脱硫就是以空气为载流体，使煤粉均匀分散于空气中，然后使其通过高梯度强磁分离区。

在那里，顺磁性黄铁矿等矿物质被聚磁基质捕获，其它有机物通过分离区后成为精煤产品。

湿法脱硫是以水（油、甲醇）等作为载流体，基本方法与干法相同。

2.微波辐射法脱硫

微波能照射煤时，煤中黄铁矿中的硫最容易吸收微波，有机硫次之，煤基质基本上不吸收微波。

其总的结果是使分子具有较大的化学活性，有利于化学反应的进行。

煤微波脱硫的原理是煤和浸提剂组成的实样在微波电磁场作用下，产生极化效应，从而削弱煤中硫原子和其它原子之间的化学亲和力促进煤中硫与浸提剂发生化学反应生成可溶性硫化物，通过洗涤从煤中除去。

此法可以脱去煤中无机硫、有机硫。

3.微生物降解法脱硫

煤炭微生物脱硫是在细菌浸出金属的基础上应用于煤炭工业的一项生物工程新技术。

煤炭中无机硫大多以黄铁矿（FeS2）的形态存在，在微生物的作用下，无机硫被氧化，溶解而脱除，微生物的重要作用在于使Fe2+变成Fe3+的铁氧化作用以及使单体硫变成硫酸的硫氧化作用；有机硫在煤中是以与碳原子键合存在，比无机硫难脱除，而且脱硫机理亦比较复杂。

2.2燃烧中脱硫（炉内脱硫）

燃烧过程中的脱硫技术，就是在流化床燃烧时加入天然石灰石或其它种类的脱硫剂，使炉内产生的SO2气体与固硫剂反应，形成相对稳定的固态物质随炉渣排出。

此外，炉内脱硫还有很多其它方法如石灰/石灰石直接喷射法，炉内注入石灰并活化氧化钙法、型煤固硫法，炉内喷钙和氧化钙活化法等。

1.石灰石注入炉内分段燃烧法

燃煤锅炉SO2和NOx同时脱除的气体二次燃烧---吸收剂喷射[GR-SI]技术是为现有燃煤锅炉进行技术改造控制SO2、NOx排放而开发的一项新技术。

试验表明，没有SO2、NOx污染控制设施的现有燃煤锅炉采用[GR-SI]系统实施SO2、NOx同时控制的投资费用较低，且现有的燃煤锅炉易于技术改造，而且会有很好的成本效益。

2.循环流化床燃烧法

循环床锅炉燃烧效率高，燃料适应性强，低污染排放。

其各项技术指标如下：

1、锅炉效率：

一类烟煤>85%；一类无烟煤>80%；2、脱硫效率：

>80%；3、钙利用率：

>40%

2.3燃烧后脱硫（FGD）

2.3.1干法脱硫和半干法脱硫

1.干法脱硫中又分很多种，典型的如氧化铜法，其脱硫原理是流化床CuO烟气脱硫以CuO为吸收剂。

为提高吸收剂的比表面积，CuO浸渍于多孔的三氧化二铝颗粒中，制成以三氧化二铝为载体的吸收剂颗粒。

其脱硫反应在流化床反应器内进行，烟气通过流化床反应器时使吸收剂颗粒呈流化状态，同时，烟气中的硫氧化物与吸收剂颗粒中的CuO发生反应：

上式反应使烟气中的硫氧化物被吸收剂吸收，烟气得到了净化。

而吸收剂颗粒的CuO变成了CuSO4，降低了吸收剂对硫氧化物的吸收能力，所以反应器需要不断补充新鲜的吸收剂。

CuO工艺的特点如下：

（1）能同时去除烟气中90%以上的硫氧化物和氮氧化物；

（2）可用氢气、甲烷、一氧化碳等气体使失效的吸收剂再生，并循环使用；

（3）不产生干的或湿的废渣，没有二次污染；

（4）投资较小、运行费用低；

2.半干法脱硫技术的方法也有多种，在这里仅简单讨论一例，即喷雾干燥法烟气脱硫工艺。

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。

其主要反应有：

石灰熟化：

SO2物理吸收：

亚硫酸盐的部分氧化：

反应产物析出：

总反应式：

2.3.2湿法脱硫

湿式洗涤系统优点是：

设备小，操作较容易，且脱硫效率高，比较安全，成本相对较低。

能够除去烟气中的可溶成分，气体污染物可与尘粒同时被吸收，并中和气体内的腐蚀成分；但脱硫后烟气温度降低，不利于烟气扩散。

主要缺点：

洗涤液吸收了气体中的腐蚀成分，导致设备和构件的严蚀，洗涤废液难于处理等。

湿式烟气脱硫技术在工艺、设备、防腐与选材及废物处理等方面，都在不断革新、改造和发展。

至今，湿式烟气脱硫系统在空气污染控制技术中仍属于主导地位，国内应用煤粉炉装置已占有相当的比例，并且在设备结构、选材等方面具有独特的优点，但在工艺改革、废物处理方面的发展较慢。

目前，世界上烟气脱硫的方法以达100多种，工业上应用的方法也约有20种。

其中湿法脱硫技术应用约占整个工业化脱硫装置的85%左右，而湿式石灰石/石灰法又占湿法的约80%，在当今技术中占主导地位，但脱硫塔容易结垢甚至堵塞。

与石灰石/石灰法相比，钠钙双碱法可具有以下优势：

1.基脱硫渣在反应池中而非塔内生成，大大减少结垢机会；2.基清液吸收SO2速率快，故可用较小的液气比达到较高的脱硫效率；3.对脱硫除尘一体化技术而言，可避免未反应完的石灰颗粒混在沉灰池的灰渣中，而提高石灰利用率。

国内对双碱法烟气脱硫的研究报告较少。

而本课题的试验内容就是对钠钙双碱法脱硫工艺的钠基清液吸收SO2部分进行试验研究；但对其脱硫剂再生过程没有做更多的试验研究，试验的主要设备是湍球塔。

湍球塔是近年发展起来的高效传质、传热和除尘设备，全称为TurbulentContactAbsorber简称TCA，国内称三相流化床。

TCA设有两层格栅，在格栅中放入塑料空心球，碱性吸收液从上喷下、含尘烟气由下引入，在气液两种流体作用下，球体无规则的高速湍动，形成三相流化床，使气液两相充分接触，气体经塔顶旋流板除去其所带水分后排出湍球塔。

湍球塔在一定流体速度范围内，床层压降变化不大，因此具有处理气量大、耗能低、装置结构简单、价廉、操作方便等优点。

由于球体的湍动，塔体具有自净作用，不易被固体和粘性物料堵塞，特别适用于处理含有固体微粒、传质单元数不多的不可逆化学吸收过程，用NaOH作吸收剂吸收烟气中SO2的工艺过程正属此类过程。

第三章冷态模拟试验装置

3.1试验所用仪器

本次试验所用试验仪器有：

（1）烟道气分析仪

（2）比托管

（3）ph计

（4）气/液体流量计

（5）湍球塔

（6）风机

（7）水泵

（8）电子天平

3.2湍球塔试验装置

本次试验所用湍球塔脱硫装置示意图如图1：

图1：

湍球塔脱硫装置示意图

1.模拟试验流程是：

通过流量计配入一定量的SO2气体，和空气混合后由进气口进入湍球塔下段，烧碱溶入水后配成一定PH值的吸收液经过水泵、流量计后从湍球塔的上端喷头处往下喷出，气体和液体在湍球塔中逆向流动，由于球体的湍动，加剧了SO2与NaOH溶液的反应。

脱硫后的气体经过塔顶部旋流板除沫后排入大气。

试验中，要考虑所有可以控制的、对脱硫率影响较大的参数（因素）。

通过多次试验改变这些参数值，分析参数值变化时对脱硫率η定性的影响关系。

2.模拟烟气说明：

试验前先用皮管把SO2钢瓶接到气体流量计上，然后再用一根皮管把流量计接在进气口管道上的小孔处，当试验开始时，用风机向塔内吹入一定量的空气，再通过读流量计上的读数来控制钢瓶上的气阀，使得流入塔内的SO2浓度接近预定值。

整个气体由空气和二氧化硫组成，与实际烟气成分有很多不同点。

首先实际烟气的温度很高，而模拟烟气在常温下进入塔内；其次实际烟气的成分很复杂，含有大量的烟尘颗粒，而模拟烟气不含有固体颗粒。

所以本次试验只能是简单的冷态模拟试验，其试验研究可为进一步废碱液脱硫的试验研究做准备。

第四章烟气脱硫基础试验研究

4.1脱硫原理

烧碱法烟气脱硫是利用NaOH与SO2作用生成Na2SO3或NaHSO3其主要化学反应如下：

1.湍球塔内钠基清液吸收SO2的反应：

上式两反应是本次试验的主要反应，反应发生在湍球塔内，这样既吸收了SO2又不会在塔内形成脱硫渣沉淀堵塞塔体，这就为双碱法塔外反应的研究做好了第一步准备。

2.反应池中脱硫剂再生过程的反应：

上式两反应为双碱法的脱硫剂再生反应，实现了脱硫剂的循环利用。

但这一步在本试验中并没有做进一步试验研究。

所以本次试验的主要内容是试验、分析、研究塔内的各种工况点的脱硫效率。

从反应机理来看，反应的控制过程及SO2的吸收过程是在塔内进行的它和气、液、固的三相湍动程度有关。

所以，在设计湍球塔的结构和运行工况时，要充分考察化学反应的需要。

即在允许的压降范围内，尽可能提高床层的湍动程度，有利于SO2的吸收，这样才能提高烟气的脱硫效率。

4.2试验设计

试验设计分两大部分：

1.正交试验设计；2.以正交试验结果为基础进一步试验设计，这一步在正交试验结果分析后再进行。

4.2.1正交表的选用

试验设计是数理统计学科的一个分支，它主要是研究如何收集数据以供统计推断之用。

在科学研究、科学试验中，为了研制新产品，改革工艺条件，试验新方法，从而达到提高产品产量和物理性能，降低成本的目的，经常要设计多因素的试验。

合理的安排试验，能减少试验次数，缩短时间，获得有效结果。

试验安排得不好，就可能增加试验次数，造成各方面浪费，结果还未必满意。

因此，用科学的方法安排试验，不仅减少试验次数，还能通过试验设计直接选优，减少随机误差对数据分析的影响，保证结果的精度和可靠性。

试验设计的方法很多，用得较多的是正交试验设计。

它在可控因素的试验中，能适应多种数据结构的情形。

说明：

本次正交试验设计中，所有的因素都取了三个水平，因为这次试验是湍球塔建成后的第一次试验，对塔的结构是否设计的合理还不清楚，对如何合理地取主要影响因素的水平数还不确定。

另外，每个因素都取三个水平也使数据结构简单化。

本次试验中5个因素各取3个水平，可产生35=243个试验条件，用正交表选出的试验条件只是243个试验条件中的一部分。

然而由于正交表的正交性，这些选出的条件均衡地分散在这243个条件中，它们的代表性是很强的。

所以，本次试验研究用正交表设计试验方案，会收到很好的效果。

通过分析可以找到影响脱硫率的主要因素及它的好水平。

用正交表安排试验既减少试验次数又有很好的代表性。

即选取少数的试验条件均衡地分散在全部试验条件中，这是一切正交表具有的特点。

4.2.2用正交表安排试验

用正交表安排试验的主要步骤如下：

1.明确试验目的，确定试验指标。

目的：

研究分析主要参数（因素）对脱硫率的影响；

指标：

脱硫率η；

2.挑因素

在湿式双碱法脱硫试验中，影响其脱硫效率的因素是较多的，主要有风量，SO2进口浓度、填料球高度、喷淋量、PH值、烟气温度、喷淋液温度等。

在这些因素中，烟气温度和喷淋液温度都由于客观条件限制不能调节，所以在试验中不考虑这两个因素。

所选因素：

PH值、风量、填料球高度、SO2浓度、喷淋量。

3.挑选水平

各个因素所选水平见表2：

表2：

因素水平表

PH值

风量（m3/h）

球高（cm）

SO2进口浓度（ppm）

喷淋量（L/h）

12

1000

50

2000

3000

10

800

30

1000

2500

8

600

10

3000

1000

4.在正交表上安排试验方案

（1）选择适当的正交表

如表3所示：

表3：

为选择的正交表

列号　　　　　　

试验号

１　　２　　３　　４　　５　　６

１

２

３

４

５

６

７

８

９

１０

１１

１２

１３

１４

１５

１６

１７

１８

１　　１　　１　　１　　１　　１

１　　２　　２　　２　　２　　２

１　　３　　３　　３　　３　　３

２　　１　　１　　２　　２　　３

２　　２　　２　　３　　３　　１

２　　３　　３　　１　　１　　２

３　　１　　２　　１　　３　　２

３　　２　　３　　２　　１　　３

３　　３　　１　　３　　２　　１

１　　１　　３　　３　　２　　２

１　　２　　１　　１　　３　　３

１　　３　　２　　２　　１　　１

２　　１　　２　　３　　１　　３

２　　２　　３　　１　　２　　１

２　　３　　１　　２　　３　　２

３　　１　　３　　２　　３　　１

３　　２　　１　　３　　１　　２

３　　３　　２　　１　　２　　３

（2）表头设计和水平对号入座

5个因素A;B;C;D;E可以放在表头前5列上，多余一列在安排试验条件并不起作用，可以去掉；或不去掉，以后作为方差分析用。

各个因素在正交表的表头上安排好以后，再把相应的因素的水平对号入座，见表4。

（3）确定试验方案

表3中的每一个横行代表一个试验条件，共有18个试验条件。

第1号试验条件：

PH值为12；风量为1000m3/h；填料球高50cm；SO2进口浓度2000ppm；喷淋量为3000L/h；

第2号试验条件：

PH值为12；风