喷淋泡沫柱烟气脱硫试验.pdf

喷淋泡沫柱烟气脱硫试验 王存英1， 2王艳秋1田华1张达志1夏先伟1 1. 徐州工业职业技术学院化工系， 江苏 徐州 221006; 2. 中国矿业大学化工学院， 江苏 徐州 221116 摘要 通过喷淋吸收和旋流强化吸收的 “联合效应” 、 重力场和旋流力场的 “联合力场” 作用原理， 研制了脱硫除尘喷淋 泡沫柱。分析了喷淋泡沫柱脱硫除尘过程及原理， 考察了烟气 SO2浓度、 吸收液 pH 值及烟气在柱体中停留时间等工 艺参数对脱硫效率的影响。试验结果表明 SO2浓度为 866. 1 mg/m3、 粉尘浓度为 1 077. 2 mg/m3烟气经喷淋泡沫柱 处理后， 其脱硫、 除尘效率分别达到 90. 9和 97. 3。 关键词 喷淋泡沫柱; 烟气脱硫; 分离 DOI 10. 13205/j． hjgc． 201408018 TEST OF FLUE GAS DESULFUＲIZATION USING SPＲAY FOAM COLUMN Wang Cunying1， 2Wang Yanqiu1Tian Hua1Zhang Dazhi1Xia Xianwei1 1. School of Chemical Engineering and Technology，Xuzhou College of Industrial Technology，Xuzhou， 221006，China; 2. School of Chemical Engineering and Technology，China University of Mining ＆ Technology，Xuzhou， 221116，China AbstractA novel spray foam column was developed for desulfurization with dedusting of flue gas，which combined cyclonic absorption with spray absorption， as well combined gravity field with cyclone field． The process and principle of desulfurization and dedusting of the spray foam colum were analyzed． The effects of operating parameters such as the concentration of SO2， pH and the residence time on the removal of SO2were investigated． The experimental results showed that the SO2and dust removal of 90. 9 and 97. 3 were obtained with initial SO2and dust concentration of 866. 1 mg/m3and 1 077. 2 mg/m3by using the spray foam colum，respectively． Keywordsspray foam column;flue gas desulfurization;separation 收稿日期 2013 －09 －17 0引言 煤炭在我国是主体能源， 我国不仅是世界上最大 的煤炭生产国， 同时也是世界上最大的煤炭消费国 表 1 。煤炭占总能源消耗的 70 以上， 而由燃煤 产生的 SO2约占到全国 SO2总排放量的 90。因 此， 对燃煤锅炉烟气进行脱硫， 控制 SO2的排放是可 持续发展的迫切要求， 也是实现煤炭的高效、 清洁利 用所面临的重要课题。 表 1近 10 年煤炭生产量与消费量 Table 1Coal production and consumption in past 10 years 亿 t 年份2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 生产 13.80 16.67 19.56 21.90 23.80 25.36 27.93 30.50 32.40 35.20 消费 14.16 16.92 19.36 21.67 23.92 25.86 28.11 29.58 31.23 35.70 烟气脱硫就是用物理或化学的方法将烟气中的 SO2予以固定和脱除。烟气脱硫按脱硫方式可分为干 法、 半干法和湿法三类。干法脱硫是指采用粉状或粒 状脱硫剂来脱除烟气中的 SO2; 半干法是指脱硫剂在 干态下脱硫， 在湿态下再生， 或者在湿态下脱硫、 在干 态下处理脱硫产物; 湿法是指采用浆液状脱硫剂来脱 除烟气中的 SO2。湿法脱硫效率高， 技术成熟， 但投 资及运行成本偏高; 半干法脱硫效率中等， 投资及运 行成本较湿法低， 综合经济性较好; 干法脱硫工艺简 单， 投资及运行成本低， 且无结垢、 腐蚀小， 但脱硫效 率较低。 烟气脱硫新技术研究开发工作主要围绕脱硫新 工艺、 新设备及新型脱硫剂展开。在脱硫新工艺方面 有气动脱硫技术 AFGD ［1 ］、 电子束法［2- 3 ］、 脉冲电晕 法 PPCP ［4- 6 ］、 活性炭吸附法［7- 8 ］、 CuO/γ- Al 2O3催化 67 环境工程 Environmental Engineering 吸收法 ［9 ］、 臭氧氧化结合化学吸收同步脱硫脱硝［10 ］、 LIFAC 脱硫工艺 ［11 ］、 SNO X ［12 ］、 NID 技术［13 ］等。脱硫 剂方面有活性炭脱硫剂 ［14 ］、 活性焦脱硫剂［15 ］、 活性 炭纤维脱硫剂 ［16 ］、 氧化铁脱硫剂［17 ］、 稀土掺杂脱硫 剂 ［18 ］、 柠檬酸 － 柠檬酸钠脱硫剂［19 ］等。脱硫设备方 面有固定床 ［20 ］、 移动床［21 ］、 循环流化床［22 ］等。 本文利用喷淋吸收和旋流强化吸收的“联合效 应” 、 重力场和旋流力场的“联合力场” ， 开发新型烟 气脱硫装置。在喷淋泡沫柱样机设计的基础上， 进行 烟气脱硫除尘的试验。 1喷淋泡沫柱 1. 1结构及其特点 本文针对目前脱硫设备脱硫方式单一、 气液间紊 流度弱、 吸收阻力大等问题， 导致吸收效果差的不足 之处， 采用喷淋吸收和旋流强化吸收的“联合效应” ， 开发了一种结构紧凑， 投资少， 占地面积小， 吸收效果 好， 脱硫效率高的烟气脱硫设备。按照此要求设计的 喷淋泡沫柱原理结构见图 1。 图 1喷淋泡沫柱原理结构 Fig．1The schematic structure of spray foam column 整个设备分为喷淋吸收段、 旋流强化吸收段及浆 液循环段， 喷淋柱的上部设有除雾器， 除雾器下部设 有喷淋浆液的浆液分布器， 喷淋柱中部布置两层或多 层旋流器， 下部设有倒锥， 浆液循环泵置于柱体外。 烟气分段切向进入旋流器， 同柱底部倒锥分流出的经 浆液循环泵输送的喷淋浆液混合后进入柱体中。经 旋流器强化吸收后， 固体物料等从旋流器的外圈向下 流动， 气体向上流动进入喷淋吸收段， 经由浆液分布 器喷淋出的吸收浆液经过再一次喷淋吸收作用， 从而 强化了脱硫效果。 1. 2工作原理 喷淋泡沫柱采用切向进风， 由风机鼓入的待处理 的烟气同循环浆液混合后， 切向进入旋流器， 在旋流 力场作用下， 浆液吸收烟气中 SO2， 高紊流度的旋流 力场强化了 SO2的吸收。经旋流段吸收作用后的气、 液混合物料中比重小的气体向内、 向上流动， 比重大 的固、 液物料向外、 向下流动。向上流动的气体进入 喷淋吸收段， 来自喷淋分布器补充的新鲜的吸收浆液 向下流动， 二者逆流运动产生吸收作用。进一步被吸 收了 SO2的气体继续向上运动， 经过除雾器除雾后形 成净化气， 排至柱体外。喷淋吸收段向下流动的固、 液进入旋流吸收段， 进一步吸收刚进入的新鲜烟气中 SO2。旋流器中向下流动的固、 液物料进入浆液循环 段， 部分未达到饱和吸收的吸收液进入倒锥 E， 形成 循环浆液， 经浆液循环泵抽出加压后再经管路和新鲜 烟气混合后切向进入旋流器进行吸收脱硫。形成的 固体酸渣和达到饱和吸收的浆液经排渣管排至柱体 外。烟气上升再经除雾器， 形成有巨大液膜表面积的 泡沫层， 同时除雾器板上具有极大液膜表面积的气 雾， 烟尘在此阶段亦发生扩散作用， 从而进一步去除细 颗粒烟尘和脱掉 SO2， 最终达到高的除尘脱硫效率。 洗涤、 吸收是在气、 液两相液膜界面进行的， 液膜 面积越大， 除尘脱硫效率越高。净化烟气中的气雾， 在上柱体中缓慢上升， 经柱体与脱水器之间的连接 管， 进入脱水器， 脱水后经烟道进入引风机至烟囱达 标排放。碱性循环水在柱体内吸收 SO2后， pH 值迅 速降低。通过加药装置， 将 MgO 或者 CaO 粉制成 Mg OH 2乳液 或 Ca OH2乳液 ， 与烟气中 SO2 反应， 使脱硫产物最终氧化成 MgSO4 或 CaSO4 。 其化学反应方程式为 MgO s H2O Mg OH2 aq Mg OH 2 aq SO2 aq MgSO3 aq H2O MgSO3 aq H2O SO2 aq Mg HSO3 2 aq Mg HSO3 2 aq Mg OH2 aq4H2O 2MgSO3 3H2O s MgSO3 aq O2 MgSO4 aq 2喷淋泡沫柱脱硫除尘试验研究 2. 1试验系统与试验过程 为了考察喷淋泡沫柱脱硫除尘效果， 在设计并制 作了喷淋泡沫柱样机的基础上， 进行脱硫除尘的试验。 首先建立了如图 2 所示的试验系统。主体设备为 77 大 气 污 染 防 治 Air Pollution Control 150 mm 的喷淋泡沫柱。补充的脱硫吸收液从柱体中 上部均匀喷下， 由风机鼓入的空气与钢瓶中释放出来 的 SO2经缓冲瓶混合后形成模拟烟气。模拟烟气同循 环浆液混合后由柱体外分段切向进入喷淋泡沫柱中。 在一定气流速度下， 烟气和吸收液进行喷淋吸收和旋 流强化吸收， 净化后的烟气经除雾器除雾后排出。试 验过程中， 气、 液体流量均用经过校正的转子流量计测 量， 浆液 pH 由 pH 计测量。试验处理烟气量为 100 m3/h， 液体最大喷淋量为0. 5 m3/h， 入口 SO2浓度 为500 ～1 000 mg/m3， 烟尘浓度为700 ～1 200 mg/m3。 图 2喷淋泡沫柱脱硫除尘试验系统 Fig．2Schematic diagram of experiment apparatus of desulfuration and dedusting by the column 2. 2试验结果 首先进行了条件试验， 主要考察了烟气在喷淋泡 沫柱内停留时间、 烟气 SO2浓度及浆液 pH 值对脱硫 效果的影响， 试验结果见图 3图 5。 图 3脱硫效率随时间变化关系 Fig．3Effect of residence time on removal rate of SO2 图 4烟气 SO2浓度对脱硫效率的影响 Fig．4Effect of inlet concentration of SO2on removal rate of SO2 图 5脱硫效率随 pH 变化关系 Fig．5Effect of pH on removal rate of SO2 由图 3 可知 脱硫率随时间变化整体呈下降趋 势。试验运行 4 h， 脱硫率达到 92. 0 之后， 脱硫率 随时间的延长呈线性下降。 由图 4 可知 脱硫效率随 SO2浓度的增加而降 低。SO2浓度由535. 3 mg/m3增加到983. 4 mg/m3 ， 脱 硫效率由 94. 7降低到 88. 5。随着 SO2浓度的增 加， 消耗的浆液量增加， 在浆液量不变的条件下， Mg/ S 下降， 吸收浆液的 pH 值下降， 因此脱硫效率降低。 由图5 可知 脱硫率随 pH 的增大而提高。当 pH 从 5. 2 增大到 6. 0 左右， 脱硫率提高约 1. 3 个百分 点; 当 pH ＞6. 0 以后， 脱硫率随 pH 增大又增加变缓。 提高 pH 值， H 降低， 降低了 H 的同离子阻碍效应， 增强了吸收能力。但 pH 继续增加， 降低了 MgSO3的 溶解， 增强了吸收液对 CO2的吸收能力。 在条件试验基础上， 根据优化的条件通过 12 h 的连续运行试验， 考查了喷淋泡沫柱脱硫除尘的整体 效果及设备运行的稳定性， 试验结果见表 2。 87 环境工程 Environmental Engineering 表 2烟气处理结果 Table 2The results of treatment of flue gas 项目 进柱 SO2浓度/ mg m －3 出柱 SO2浓度/ mg m －3 脱硫效率/ 进柱烟尘浓度/ mg m －3 出柱烟尘浓度/ mg m －3 除尘效率/ 1857. 583. 290. 31 058. 528. 697. 3 2878. 381. 790. 71 100. 329. 797. 3 3824. 670. 191. 51 092. 830. 697. 2 4890. 880. 291. 01 038. 528. 097. 3 5879. 580. 990. 81 095. 828. 597. 4 均值866. 179. 290. 91 077. 229. 197. 3 由表 2 可知 经处理后 SO2的平均排放浓度为 79. 2 mg/m3， 平均去除率达 90. 9; 烟尘的平均排放 浓度为 29. 1 mg/m3， 平均去除率达 97. 3。试验结 果说明用喷淋泡沫柱脱硫除尘可以达到非常理想的 效果。 3结论 1 喷淋泡沫柱根据喷淋吸收和旋流强化吸收的 “联合效应” 、 重力场和旋流力场的“联合力场” 净化 原理， 脱硫与除尘相互结合， 充分发挥了两种方式脱 硫及除尘单元的功能。 2 该设备净化效率高， 其脱硫除尘效率分别达 到 90. 9和 97. 3。喷淋泡沫柱具有脱硫、 除尘一 体化特点。 参考文献 ［1］邓宁丰，戴尔烈，刘显荣，等． AFGD 气动脱硫技术发展及其 应用［J］． 环境保护， 2001， 41 1 9- 11. ［2］Ahmed A Basfar，Osama I Fageeha，Noushad Kunnummal，et al． Electron beam flue gas treatmentEBFGT technology for simultaneous removal of SO2and NOxfrom combustion of liguid fuels［J］． Fuel， 2008， 87 8 1446- 1452. ［3］利锋． 电子束照射法脱硫脱氮技术工艺［J］ ． 环境保护科学， 2004， 30 3 4- 6. ［4］Chu H，Chien T W，Li S Y． Simultaneous absorption of SO2and NO from flue gas with KMnO4/NaOH solutions［ J］ ． The Science of the Total Environment， 2001， 27 5 127- 135. ［5］陈伟华，任先文，王保健，等． 脉冲放电等离子体烟气脱硫脱 硝工业试验研究［J］ ． 环境污染治理技术与设备，2006， 7 9 22- 26. ［6］Ighigeanu D， Martin D， Zissulescu E， et al． SO2and NOx removal by electron beam and electrical discharge induced nonthermal plasmas［J］． Vacuum， 2005， 77 3 493- 500. ［7］IsaoMochida， ShizuoKawano， MotohiroHironaka， etal． Ｒeduction of NO at very low concentration in air with NH3at room temperature over a series of calcined pitch hased activated carbon fibers［J］． Chemistry Letter， 1995， 109 5 385- 386. ［8］陶贺，金保升，朴桂林，等． 活性焦烟气脱硫脱硝的静态实验 和工艺参数选择［J］． 东南大学学报， 2009， 39 3 635- 640. ［9］谢国勇，刘振宇，刘有智，等． 用 CuO/γ- Al2O3催化剂同时脱 除烟气中的 SO2和 NO［J］． 催化学报， 2004， 25 1 33- 38. ［ 10］王智化，周俊虎，魏林生，等． 用臭氧氧化技术同时脱除锅炉 烟气中 NOx 和 SO2的试验研究［J］． 中国电机工程学报， 2007， 27 11 1- 5. ［ 11］刘寅洁． LIFAC 脱硫新工艺［ J］ ． 环境保护， 1992， 32 7 13. ［ 12］Hsunling Bai， Pratim Biswas， Tim C Keener． SO2removal by NH3 gas injectionEffects of temprature and moisture content［J］． Ind Eng Chem Ｒse， 1994， 33 5 1231- 1236. ［ 13］汪建慧． NID 循环半干法烟气脱硫装置脱硫效率的分析［J］． 环境工程， 2011， 29 S1 50- 51. ［ 14］Schroder E，Thmouske K，Weber C，et al． Experiments on the generation of activated carbon from biomass［J］．Journal of Analytic and Applied Pyrolysis， 2007， 79 106- 111. ［ 15］Zhang X L，Zhang Y，Ding F S，et al． Effect of the surface properties of an activated coke on its desulphurization perance ［J］． Mining Science and Technology， 2009， 19 5 769- 774. ［ 16］Valente Nabais J M，Carrott P J M，Ｒibeirocarrott M M L，et al． Preparationandmodificationofactivatedcarbonfibresby microwave heating［J］． Carbon， 2004， 42 1315- 1320. ［ 17］任爱玲，郭斌，周保华，等． 以工业废物制备高效氧化铁系脱 硫剂的研究［J］． 环境工程， 2000， 18 4 40- 42. ［ 18］刘勇健，江传力，黄汝彬，等． 稀土型烟道气脱硫剂脱硫作用 的研究［J］． 中国矿业大学学报， 2001， 30 6 582- 584. ［ 19］Akyalcin L，Kaytakoglu S．Flue gas desuofurization by citrate process and optimization of working parameters［J］．Chemical Engineering and Processing， 2010， 49 199- 204. ［ 20］崔莲溪． 磷铵肥法 PAFP 烟气脱硫技术［J］． 硫酸工业， 1992 4 3- 10. ［ 21］赵建涛，黄戒介，吴晋沪，等． 气固错流移动床高温煤气脱硫 过程模拟［J］． 煤炭转化， 2006， 26 3 40- 44. ［ 22］赵毅，马双忱，黄建军，等． 烟气循环流化床同时脱硫脱氮试 验研究［J］． 中国电机工程学报， 2005， 25 2 120- 124. 第一作者 王存英 1976 － ， 女， 讲师， 博士研究生， 主要从事化工工 艺、 分离技术的开发。wcy97923 sohu． com 97 大 气 污 染 防 治 Air Pollution Control