锅炉烟气脱硫新技术及装置研究

锅炉烟气脱硫新技术及装置研究

锅炉烟气脱硫新技术及装置研究鄢亚玲，彭琴（昆明冶金研究院，云南昆明650031）直接从气体转变为可捕集的粒子，然后通过分离器将其分离出烟道，从而实现脱硫目的。文章从脱硫机理、装置形成、运行指标上论证了这种技术及装置的可行性。

　　1前言二氧化硫污染是当代世界的重大环境问题之一。继欧、美之后，我国由于SO的大量排放而产生大面积酸雨，造成农业、林业的巨大经济损失。

　　同时，引起城市大气SO污染，危害着人群健康，造成生活环境质量恶化。严峻的形势引起政府、民众及有关部门的高度重视。

　　在云南省70 以上的SO是由燃煤产生，我省近1 600多台锅炉未安装烟气脱硫装置，燃煤锅炉是构成SO污染源的主要部分。而目前国内外锅炉烟气脱硫技术，仍是以湿式脱硫为主，多采用碱性浆液溶液作为捕集吸收剂，如石灰―石膏法、维尔曼―洛德法、碳酸钠、氨法等。这些脱硫方法脱硫效率都比较高，可保证稳定达标排放，但这些脱硫技术工艺复杂、投资高，运行费用高，国内仅少数电厂锅炉采用，对于中小型锅炉而言，显然难以采纳。

　　2新型脱硫技术及装置大多数湿式脱硫方法中，需将烟气在吸收塔内预洗、降温后，再与吸收浆液接触，进行吸收脱硫净化，一般需液气比最少为2.6L/m 3.该技术基于控制条件让SO直接从气态转变为粒子，使用清水作为捕集转化载体，通过喷雾装置，可直接在原烟道内达到和实现转化成为粒子的目的，省去了吸收塔等主体反应设备，然后通过安装在烟道上的气水分离器，将含SO雾滴引出烟道，含酸废水进行外部处理后循环回用。在该技术中，需要控制的主要是烟气温度及流速。

　　因此该技术形成的装置主要由二部分构成：雾化系统气水分离器，关键技术有两点：（1）SO从气态转变为粒子（2）高效气水分离器。

　　3技术原理粒子化机理从二氧化硫本身物理化学性质分析，其沸点无外界条件协助，处于自然状态下是无法实现粒子化的。从自然界二氧化硫形成酸雨得到启发，在排烟道内人为地摸拟一定温度、压力、温度、含尘量及流速等参数，使烟气中的SO气体被吸收、生长、凝结转变成高浓度气溶胶雾粒子，经高效分离器，可以实现提前在烟道里下酸雨的目的，其转变过程可由气溶胶理论和气体吸收理论进行描述，实质上烟气与水雾微粒间的传质传热过程属于气溶胶之间以及气溶胶与气体及水蒸气之间的传热传质问题。研究表明可逆膨胀以及在较低温度体系下冷空气混合这两个条件都可以生成由液体微粒组成的气溶胶，在收缩―――扩张管里进行凝结研究，在典型的试验里，空气与水蒸气通过喷嘴而膨胀，喉管下游的压力与温度持续降低，在扩张段的某点气体所云南冶金产生的核迅速长大，并出现可见雾。另外，烟气中的细微颗粒物也是形成凝结产物的一个主要因素，适当条件下，以细微粒子为核心，产生凝结是十分迅速的。一旦气相内形成凝结物质，该体系就处于不平衡状态，体系便向着建立新平衡状态转化。根据上述原理， SO粒子化理论是可行的，其转变是可以实现的。其转变过程如图1所示。

　　3.2高效气水分离器原理由烟气、雾滴及灰尘组成的体系内，至少存在二个以上的相，其在管道传输过程中的力学关系基本上属于气液二相流体力学。在二相介质共同流动过程中，介质除与管壁之间存在着作用力外，在二相界面之间也存在着作用力。二相的分布状况也是多种多样的，可以是密集的，也可以是分散的，这种不同的分布状态，称为二相流动的型态，不但影响二相流动的力学关系，而且影响其传热和传质性能。另外，二相流中，各相的速度是不同的，这些都是气液二相流基本的特点。

　　流道内气液分离，实际上是气相和由雾滴组成的液相之间的分离，两相明显存在着密度差，可以利用惯性碰撞原理来进行分离。即由于拐形流道的流动区域发生变化、导致烟气的流向和流线发生改变。由于惯性的作用，悬浮在烟气中的含SO酸性雾滴或气溶胶会在气流变向时抛离流线，与流道壁面发生碰撞而被阻留分离。

　　上海交通大学徐君岭、施建伟等老师，对拐形分离器内空气单相传热与流动，采用K ε湍流模型，使用有限差分方法计算流道内流场分布。两相流动采用两相分离流模型，即气相采用Enler方法描述，水滴相采用随机采样分离流模型（SSF）由Largrange方法求解，求解出连续相中粒子位置与速度的表达式为：式中i =1 ， 2分别代表x与y方向的物理量―――粒径―――粒子周围连续相的瞬时速度―――对应粒子的瞬时速度―――粒子的标准阻力系数，与Re有关以此计算，当雾滴粒径小于5μm时，整个粒子将在流道内完全气化，分离效率为零。当粒径大于5μm时，分离效果明显，效率大于78 .

　　除粒子大小外，很显然，酸雾气溶胶粒子与拐形流道壁面发生碰撞后被吸收的程度对整套装置的脱硫效率有着重要的影响。上海交大为此建立了吸收与反弹模型，并给出了两个判断系数：碰撞的反弹系数：γ=水雾粒子被壁面粘附的判断准则系数：β=β与水雾粒子温度、流体中灰粒杂质以及流道壁面粗糙度等因素密切相关。在实际过程中，当β0.4，认为水雾存在足够的动能来克服壁面的摩擦阻力而从壁面反弹。反弹后，可得出：通过计算认为：γ取0.8 ，流场分布合理。

　　4设备运行情况根据该技术而设计制作的示范装置安装在一台型号为DZL4 1.25 AⅡ的4t/h燃煤锅炉排烟管道上，对其烟气中SO进行治理，运行已近2年，云南省环境监测站、西山区环境监测站、五华区环境监测站及云南冶金环境监测中心站监测数据均表明，锅炉烟气SO排放浓度稳定达标，去除率在61.5～69.5之间。监测结果。

　　5结论该技术在原理和形成的设备方面有新意。从示范装置从运行考核结果看，技术指标较好，且投资及运行费用低，易被大多数企业所接受。其特点为：（1）基本达到预期目的，形成的示范装置实际运行技经指标全面达到设计指标要求：在用清水作捕集液、液气比≤0.1L/m（工况）时，气水分离云南冶金3.5样品分析称取1.000 0g试样于150mL烧杯中，以下同实验方法（2.2）操作处理、测试，按标准加入法计算Te的含量。用本法分析部份高纯阴极铜及氧化铜光谱标样的结果。由表1可以看出，本法可以满足痕量分析的要求。

　　试样本法结果外检结果北京美国德国云冶标准值CuO标样致谢：云南冶炼厂检验处朱荣、刘明胜等同志对本试验给予了大力协助与支持，提供样品数据，作者在此表示衷心感谢。

　　陈德真。冶金分析与测试（冶金分析分册） [ J] .1985， 5 （6）：[ 7]周伯劲。试剂化学[ M] .广州：广东省韶关市科学技术协会，浓度监测结果比较监测方法及仪器浓度范围平均浓度范围平均去除率/ 监测单位碘量法英国探头式测定仪TH 990测定仪云南省冶金环境监测中心昆明市五华区环境监测站昆明市西山区环境监测站云南省环境监测中心（2）与其它治理工艺技术及设备相比较，该项技术及装置确实具备：工艺简单、体积小、占地面积小等特点，尤其适合对旧设备的改造（3）该项技术及装置经济指标较好，投资少，示范装置投资总计4.36万元，折算成单位投资：1.09万元/蒸t ，低于1.5万元/蒸t的专家市场预测价。治理费用低，含设备折旧在内， 0.41～0.99元2，若不计折旧费，成本费用仅为0.32～0.71 2，低于其它湿式脱硫方法治理成本（4）云南省中小型燃煤锅炉较多，所用燃煤含硫量低于2 ，产出烟气含SO浓度低于2 800mg/ 3，适合运用该技术，云南省经济发展水平相对落后，开发研究、推广这项经济、实用的脱硫技术及装置，对推动落后地区的二氧化硫治理工作具有重要的现实意义。