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转炉除尘水用于烧结烟气脱硫的实验 陆 钢 徐 冰 邢 奕 宋存义 汤璐琳 郑 君 北京科技大学土木与环境工程学院, 北京 100083 摘要 在实验室进行转炉除尘水脱除模拟烧结烟气中二氧化硫的模拟实验。 考察风速、入口二氧化硫浓度、液气比、 反应接触时间、温度等因素对脱硫率的影响。 研究表明, 在设计的实验条件下, 通过对实验参数的控制, 用转炉除尘水 可以取得很好的脱硫效果。 关键词 转炉除尘水 烧结烟气 脱硫 0 引言 在世界各国现有的烟气脱硫技术中 ,湿法烟气脱 硫技术占82左右 ,其中石灰石-石膏法占 37. 7,其 它湿法占 44. 3; 我国从 70 年代起开始通过自主研 发、 国外引进等方式开展烟气脱硫的研究工作 [ 1] 。在 钢铁联合企业中 , 烧结、炼铁、炼钢、轧钢是主要工艺 流程 。在烧结过程中 ,产生大量含低浓度二氧化硫的 烟气, 在炼钢过程中 , 由于我国目前普遍采用文氏除 尘器所以会产生大量高碱度废水。在同一家企业中 大量存在二氧化硫废气和高碱度废水, 如将转炉除尘 水作为二氧化硫的吸收剂 ,同时将烟气二氧化硫作为 中和转炉除尘水碱性 、降低其 pH 值的原料 , 可以实 现2 种污染物的同步治理, 转炉除尘水吸收二氧化硫 进行烟气脱硫的同时 ,转炉除尘水的碱性也被中和。 一些学者提出了用转炉除尘水进行烧结烟气脱硫的 设想 [ 2] , 为了探明转炉除尘水烟气脱硫的可行性, 掌 握其脱硫的规律 ,在实验室进行相关研究。 1 实验 1. 1 实验装置 根据实验要求, 自行设计和建立的喷淋塔湿法脱 硫实验装置,如图 1所示。 实验装置由供风系统、 烟气制备系统、 脱硫反应系 统、 浆液循环系统、 测量系统 5 部分组成 ,其中 SO2烟 气采用液化 SO2钢瓶气与空气混合而成, 喷淋塔反应 器采用有机玻璃制成 ,高1 500 mm ,直径180 mm , 反应 器内布置 2层喷淋装置,喷嘴采用离心雾化喷嘴 ,喷射 角为50 ,SO2浓度测量采用 KM900 型手持式烟气分析 仪,量程为 0～ 15 000 mg m 3 ,分辨率为 1 mg m 3 。 1. 2 实验流程和测量方法 实验用SO2和空气来模拟烧结烟道气 ,由钢瓶来 1浆液泵; 2液体流量计; 3喷头; 4布气板; 5给风风扇; 6气体流量计; 7二氧化硫钢瓶; 8入口二氧化硫浓度检测; 9出口二氧化硫浓度检测; 10循环水箱; 11塔内测孔。 图1 试验装置图 的SO2和空气经减压阀后按烟道气的体积比由转子 流量计计量后进入配气瓶混合 ,混配后的模拟烟道气 通过旁路用大气采样器进行采样,然后用烟气分析仪 测量模拟烟气中的 SO2原始浓度, 待模拟烟气中 SO2 混合均匀且浓度稳定后, 由反应器底部进入与从喷嘴 喷出的转炉除尘水逆流接触反应。在不同时间段测 定反应器出口尾气中 SO2的浓度 ,从而计算 SO2的吸 收效率。 2 实验结果及分析 2. 1 喷淋量对风量的影响 由于实验采用的是喷淋法脱硫,喷淋法脱硫工艺 中不同的喷淋量会对风量产生一定的影响,为了考察 在实验条件下不同的液体喷淋量对风量的影响, 在实 验装置入口风量为 0. 653 m 3 min 时, 改变喷淋量 ,测得 出口风量如图 2所示,可以看出, 浆液的喷淋量在 0～ 270 L h 的范围内,风速随喷淋量的增大缓慢下降,在 喷淋量超过 270 L h 后, 风速随喷淋量的增加急剧降 低。 在其后设计的试验中,保持喷淋量 270 L h 。 41 环 境 工 程 2007年 8 月第25 卷第4 期 图 2 喷淋量对风量的影响 2. 2 入口 SO2浓度对脱硫效率的影响 实验通过控制不同的液气比, 分别观察液气比在 5、 7、 10 L m 3 的不同情况下入口 SO2浓度对脱硫效率 的影响。 2. 2. 1 试验条件 实验室实验条件见表 1。实验结果见图 3。 表 1 试验条件 序号 浆液流量 Lh- 1 液气比 浆液初始 pH值 烟气量 m3min- 1 12055. 011. 720. 683 22207. 09. 990. 524 321110. 010. 080. 350 图 3 入口二氧化硫浓度对脱硫率的影响 2. 2. 2 结果及分析 由图 3 可以看出 , 在不同液气比的情况下, 脱硫 效率均随着入口 SO2浓度的升高而降低, 提高烟气入 口SO2浓度有利于增加反应的推动力 ,但对于溶液反 应而言 ,浓度升高会降低其溶解率, 这两者的综合作 用决定了SO2浓度对反应的影响规律 。根据双膜理 论,SO2吸收速率可由公式 1 表示 N 1 1 kG 1 HEkL APGKGAPG 1 式中 N SO2吸收速率 kmol m 2s ; A 气液接触面积 m 2 ; KG 总传质系数 kmol m 2sPa ; kG 以分压差为推动力的气膜传质系数 kmol m 2sPa ; kL 以浓度差为推动力的气膜传质系数 kmol m 2s Pa ; E 增强因子 ; H 溶解系数 kmol m 2Pa ; PG 气相主体中的 SO2分压 Pa 。 烟气中 SO2分压 PG与 SO2入口浓度成正比, 入 口浓度增大 ,模拟烟气SO2分压 PG增大,SO2分压增 加,增强因子 E 减小, 因此由上式得出总传质系数 KG减小 ,由于 KG减小的程度没有 PG增加的程度 大,所以 SO2的吸收速率增加了 ,但其增加的程度没 有SO2入口浓度增加的浓度大, 对脱硫效率的概念来 讲,其分子的增加值小于分母的增加值, 其比值减小, 故脱硫效率减小。试验时保持一定的液气比和 pH 值,在不同 SO2入口浓度条件下的实验测量结果表 明 在本实验范围内 ,SO2入口浓度升高会使系统总 脱硫效率有所降低。 2. 3 液气比对脱硫效果的影响 2. 3. 1 浆液流量固定改变烟气量 1 实验条件 。浆液流量 238 L h; 入口 SO2浓度 3 200 mg m 3 ; 浆液初始 pH 值 12. 66。 2 实验结果。通过改变烟气量 ,使得液气比改 变,测量出口SO2浓度计算出脱硫效率。结果如图 4 所示 。 图 4 浆液流量固定改变烟气量对脱硫效果的影响 2. 3. 2 烟气量固定改变浆液流量 1 实验条件 。烟气量 0. 389 m 3 min ; 入口 SO 2浓 度2 861 mg m 3 , 浆液初始 pH 值 12. 52。 2 实验结果。通过改变浆液流量 ,使得液气比 改变,测量出口 SO2浓度计算出脱硫效率 。结果如 42 环 境 工 程 2007年 8 月第25 卷第4 期 图5 所示。 图 5 烟气量固定改变浆液流量对脱硫效果的影响 2. 3. 3 结果分析 由图 4,图 5 分析可知, 液气比增大 ,即浆液的喷 淋量与烟气流量的比值增大, 浆液与烟气中的SO2传 质面积增大 ,从而增大了反应速率, 也使得脱硫效率 增大 。液气比与脱硫率表现出很好的正相关性。 2. 4 反应接触时间对脱硫效果的影响 1 实验条件 。液气比 10 L m 3 , 入口 SO2浓度 2 000 mg m 3 ,浆液初始 pH 值 12. 46。 2 实验结果 。调节浆液流量和烟气量。测得出 口SO2浓度并计算出脱硫效率。结果如图 6 所示 。 图 6 反应接触时间对脱硫效率的影响 3 结果分析。在液气比不变的情况下, 通过控 制脱硫塔中烟气流速来改变反应接触时间 。由实验 结果可以看出, 随着反应接触时间增加 , 浆液与烟气 中SO2的作用时间增长,浆液中的固态金属氧化物与 溶解在溶液中的 SO2反应时间增长, 在脱硫塔内的溶 解量变大 ,这些都增大了脱硫效率 。 2. 5 浆液温度对脱硫效果的影响 1 实验条件 。浆液流量 325 L h, 入口 SO2浓度 2 000 mg m 3 ,烟气流量 0. 532m 3 min,液气比 10 L m3 。 2 实验结果 。在浆液池中用加热器对浆液进行 加热, 用温度计控制温度 ,在一定的温度下测量出口 SO2浓度 ,计算出脱硫效率。结果见图 7。 3 结果分析。可以看出脱硫效率在温度低于 图 7 温度对脱硫效率的影响 45 ℃时 , 随着温度的上升而增加 , 而且上升的比较 快; 到 45 ℃ 时达到最高值 ; 从 45 ℃以上 ,脱硫效率又 随着温度的增加而减少, 下降的速率比较慢。这样变 化的原因是 当温度上升时 ,浆液中分子的热运动增 大,使浆液中的少量固性物的溶解度增大 ,使脱硫效 率增加 ; 当温度升到 45 ℃以上时, SO2的溶解度下 降,从而导致脱硫效率的下降 。 通过实验结果可以看出 , 要达到较高的脱硫效 率,温度要稳定在 45 ℃左右。虽然其对于实验过程 是不容易办到的 ,这样会增加很多的能耗 。但对于工 业生产就比较容易达到, 因为实验所用的浆液 转 炉除尘水从炉内排出时温度一般在 40～ 60 ℃, 所以 在工业应用中, 不必对转炉除尘水进行升温或降温处 理即可达到与实验结果一致的理想脱硫率。 3 结论 1 实验研究发现 ,通过控制液气比, 反应接触时 间,浆液温度等参数可以使脱硫率保持在 80以上, 最佳脱硫率甚至达到 95以上 , 由此可以看出用转 炉除尘水进行烧结烟气脱硫通过实验室实验得出原 理上是可行的。 2 从实验数据的分析发现影响转炉除尘水脱硫 效率的因素主要有 液气比、 入口SO2浓度 、 反应接触 时间、浆液温度等 ; 在实验条件下,为保持较高的脱硫 效率应该控制液气比为 7～ 10 L m 3 ,入口 SO2浓度 1 s,浆液温度 40～ 55 ℃。 参考文献 [ 1] 汤静芳等. 烧结厂大气污染控制技术的应用及发展. 武钢技术, 2002, 40 5 52 -57. [ 2] 宋伟明. 钢铁联合企业控制 SO2污染的探讨. 钢铁, 1999, 34 7 66 -69. 作者通讯处 邢奕 100083 北京市海淀区 北京科技大学环境工程系 2006- 12-04 收稿 43 环 境 工 程 2007年 8 月第25 卷第4 期 TREATMENTOFPHARMACYWASTEWATERBYHYDROLYTICACIDIFICATION -SBR PROCESSBai Liyun Hu Xiaodong XiaoYongsheng et al 25 Abstract It is introduced the application of hydrolysis acidification-SBR process in a pharmacy factory. The debugging and running for a period of time shows that this process is feasible to treat mixed pharmacy wastewater which has highly concentrated organic impurities and large variety of wastewater quality and flux. The water quality of the final effluent can meet the second grade of Guangdong Local Effluent Discharge Standard. It has notable advantages such as simple operation, stable running. Therefore, this process is worthy to be popularized. Keywords hydrolysis acidification, sequencing batch reactor andmultiple pharmacy wastewater ADVANCED PROCESS FOR TREATING DE -INKING WASTEWATER IN PAPERMAKING PROCESSYu Guanlong Yang Chunping Ma Shuguang et al 28 Abstract An advanced process for treating de -inking wastewater is described. The principles, schematic flow diagram, and major structures of this advanced treatment process are presented, and the effects of parameters of design and operation of this process are discussed. A de -inking wastewater treatment project has been set up using this process in a big papermaking factory. The effluent water from this process meets the limits of the class two in the National Comprehensive Wastewater Discharge Standards GB8979 -1996. Measureshave been proposed to troubleshoot the problems in the oepration of this process. Keywords de -inking wasterwater, organic compounds, activated sludge process, advanced oxidation technology andwasterwater treatment THE CONTROL OF AERATION RATE AND THE VARIATION RULES OF PH AND DO IN A O PROCESSPeng Feng Peng Yongzhen Ma Yong 31 Abstract The effect of aeration rate on nitrification, and the variation rules of DO and pH in aerobic zones, were studied at different operational conditions. It is found that the average nitrification rate and DO concentration were gradually increased, but the increased range was reduced. The nitrification rate could be indirectly controlledby aeration rate, so as to meet the effluent standard. The average DO concentrationand the type of pH profiles could be used to determine the aeration if excessive, sufficient or insufficient. Keywords aeration rate, DO , pH, A O process and control EXPERIMENT ONTHE COLLECTION OF FINE DUST WITH HIGH RESISTIVITY BY A BIPOLAR DISCHARGING ESPChen Ling Xia Liangjian Shen Gaopeng et al 34 Abstract A new electrostatic precipitator ESPfor avoiding the back corona of the high resistivity dust layer is developed by fixing the barb nail discharging electrodes on the grounded plate electrodesbased on the analysis of the phenomenonof the back corona of the high resistivity dust layer deposited on the grounded plate electrodes. Therefore, this ESP becomes a bipolar discharging ESP because the negative and positive ions are generated simultaneously by the high voltage discharging electrodes and the grounded barb nail discharging electrodes respectively. The ionic wind is measured by a particle image velocimetry PIV because the ionic wind plays an important role in collecting the fine dust with high resistivity. The positive and the negative ion wind velocities in core area are about 2m swhen the distance between the opposite electrodes is 100 mm at the voltage of 3. 4kV. In our comparison experiments, the overall efficiency of the bipolar discharging ESP for collecting the silica flour with 0. 159μ m mass median diameter is higher than that of the unipolar discharging ESP at the mean electric field of 3. 4 kV cm at the room temperature and pressure. The experimental observation shows that the there is no back corona in the bipolar discharging ESP even when the very high resistivity silica flour 2. 4104Ψ cmis used. Keywords ESP, bipolar discharging, dust resistivity, ionwind and collection efficiency NUMERICAL ANALYSIS AND EXPERIMENTAL STUDY ON GAS FLOW DISTRIBUTION OF STRAIGHT-THROUGH FLOW BAGHOUSEDang Xiaoqing Gao Ruifang Ma Guangda et al 38 Abstract By using computational fluid dynamics CFD , the gas flow distribution of a large straight through baghouse in the coal- boiler power plantwas analyzed numerically. Through numerically analyzing gas flow distribution in the tank body, air volume of every filter bag cell, head-on gas flow velocity distribution of filter bag were demonstrated. The calculated results were better consistent with the model experiment and the measured results in the field. And the results can be as the basis for optimizing structure design of baghouse. Keywords coal-boiler power plant, baghouse, CFD and gas flow distribution EXPERIMENT ON DESULFURIZATION OF SINTERED FUME WITH WASTEWATER FROM CONVERTERLu Gang Xu Bing Xing Yi et al 41 Abstract A simulation experiment was carried out on desulfurization of fume by waste water from converter. Factors as gas speed, start SO2 concentration, ratio of liquid and gas, reaction duration, temperature are studied to find the impacts on desulfurization. Under the designed experiment situation, good deculfurization result was got through controlling the experimental parameters. Keywords waste water from converter, fume from sinter and desulfurization STUDY ONDYNAMIC ADSORPTION OF CHLORO BY ACTIVATED CARBON FIBRE TaoYangyu Kang Juan Xu Zelin et al 44 Abstract In order to study dynamic adsorption of chloro organic waste gas by using activated carbon fiber ACFas adsorption material, the influence of chloro inlet concentration, gas flow rate, temperature, the times of regeneration on adsorption efficiency and the 3 ENVIRONMENTAL ENGINEERING Vol. 25,No. 4, Aug . , 2007