石灰石-石膏湿法脱硫过程中细颗粒物转化机制研究

发布时间：2020-04-11 13:32

【摘要】：细颗粒物污染已成为我国突出的大气环境问题,是导致大气能见度降低、雾霾天气、气候变化等重大问题的重要因素。燃煤电站是引起我国大气环境中细颗粒物含量增加的主要污染源,控制燃煤电站细颗粒物排放是迫切需要解决的关键问题。石灰石-石膏湿法烟气脱硫(WFGD)系统是燃煤烟气终端处理装置,对烟气中细颗粒物物性存在重要影响,为增强WFGD系统对细颗粒物的脱除,开展石灰石-石膏湿法烟气脱硫过程中细颗粒物转化机制研究具有重要意义。本文首先基于实际燃煤电厂湿法脱硫系统及试验室装置,对石灰石-石膏湿法脱硫过程中细颗粒物物性变化进行了测试分析。结果表明,石灰石-石膏湿法烟气脱硫过程中,通过脱硫浆液的洗涤作用可协同脱除烟气中的部分细颗粒物,同时,脱硫过程中会形成新的细颗粒物,粒径集中在亚微米级范围。石灰石-石膏湿法烟气脱硫过程中形成的细颗粒物与脱硫浆液中固体晶粒存在一定关联,主要源于脱硫浆液中的石膏、亚硫酸钙及未反应的CaCO3被烟气夹带出脱硫系统。随着空塔气速、液气比的提高,以及脱硫浆液浓度的增加,脱硫净烟气中细颗粒物浓度增加。由于脱硫过程中所形成细颗粒物与脱硫浆液中固体晶粒存在一定关联,利用模拟烟气湿法脱硫试验系统,试验考察了石灰石-石膏湿法脱硫浆液结晶特性并分析探究了脱硫浆液中晶体特性与脱硫净烟气中细颗粒物物性之间的关系。结果表明,采用合适的脱硫浆液温度,较大粒度的石灰石,较低的脱硫浆液pH值及脱硫增效剂有利于抑制细小石膏晶粒的形成;脱硫浆液中Fe3+及F-有利于促进细小石膏晶粒的形成。脱硫净烟气中细颗粒物与脱硫浆液中固体晶粒形貌及主要元素相近,但颗粒物粒径明显较小,同时元素比例有所变化。随着脱硫浆液中晶体平均粒度增大,细小晶粒数量减少,脱硫净烟气中雾滴和脱硫浆液含固率比值减小,细颗粒物数量浓度降低,平均粒径有所增加。石灰石-石膏湿法烟气脱硫过程中形成的细颗粒物主要源于脱硫浆液液滴夹带。利用模拟湿法烟气脱硫试验装置及浆液夹带试验装置,对脱硫浆液夹带及其与脱硫净烟气中细颗粒物物性关系开展了试验研究。结果表明,夹带脱硫浆液液滴特性与喷嘴雾化特性相关,随着喷淋流量、喷淋压力的增加及脱硫浆液浓度的减少,脱硫浆液液滴粒径降低。通过高温烟气蒸发作用,脱硫塔内液滴粒径有所减小。当塔进口烟气温度增加,脱硫净烟气中细颗粒物浓度有所增加。脱硫净烟气中液滴粒径分布主要集中在30μm以下,颗粒物主要集中在亚微米级。随着空塔气速、液气比、脱硫浆液浓度的提高,以及脱硫浆液中晶体粒度的降低,脱硫净烟气中微米级液滴数量百分比及亚微米级细颗粒物数量浓度增加明显。同时,WFGD系统中存在细小SO_3酸雾,基于实际燃煤电厂湿法脱硫系统及试验室装置,试验探究了石灰石-石膏湿法脱硫系统对SO_3酸雾的脱除特性。结果表明,酸露点温度以上的燃煤烟气进入湿法脱硫系统后被急速冷却到酸露点以下,主要通过均相成核作用形成SO3酸雾。酸露点温度以下的燃煤烟气中飞灰粒径变化与SO3酸雾有一定关联,随着SO3酸雾浓度的提高,脱硫塔进口飞灰粒径有所增加。石灰石-石膏湿法脱硫系统对SO_3酸雾脱除效率为30-50%。随着脱硫液气比及脱硫塔进口飞灰浓度的增加,湿法烟气脱硫系统对SO3酸雾脱除效率均有所提高。随着塔进口烟温降低,WFGD系统对SO_3酸雾脱除效率增加,特别是当进口烟温低于酸露点时,脱除效率增加更趋明显。双塔湿法脱硫系统对SO3酸雾脱除效率为50-65%,明显高于单塔湿法脱硫系统,随着煤中硫分与灰分的增加,SO3酸雾脱除效率有所提高。为控制湿法脱硫净烟气中细颗粒物排放,利用实际燃煤湿法烟气脱硫系统及实际燃煤电厂脱硫系统,试验探究了过程优化对增强石灰石-石膏湿法脱硫系统脱除细颗粒物的影响。结果表明,在保证脱硫效率的前提下,优化脱硫操作条件后,石灰石-石膏湿法脱硫系统对细颗粒物质量浓度及数量浓度脱除效率可增加15-20%。增加喷淋层数有利于细颗粒物的脱除。实际燃煤电厂单塔双循环脱硫系统可实现烟气颗粒物高效脱除,但其脱除效率存在较大波动。实际燃煤电厂双塔双循环脱硫系统可增强脱除烟气中细颗粒物,其脱除效率达50-60%。
【图文】：

工艺流程图,双循环,双塔,单塔

逦｜邋丨逡逑图１．２单塔双循环工艺图逡逑双塔双循环技术的工艺流程图如图１．３所示。采用二级脱硫塔，烟气经过一级吸收逡逑塔后进入二级吸收塔，与脱硫浆液充分接触，提高其脱硫效率，脱硫浆液先进入二级吸逡逑收塔再流向一级吸收塔循环，两个循环过程是相对独立的，各个参数之间并无制约，有逡逑利于脱硫过程优化，快速适应煤种变化和负荷变化。一级吸收塔控制脱硫浆液维持较低逡逑ｐＨ值，实现了颗粒的快速溶解，有利于石膏的氧化，可以实现使用品质较差的石灰石逡逑并且可以较大幅度地提高石灰石颗粒度，降低磨制系统电耗。二级吸收塔脱硫浆液ｐＨ逡逑值较高，，有利于Ｓ０２的吸收，可以保证很高的脱硫效率，高硫煤可以达到９８．５％左右。逡逑国内已有电厂采用双塔双循环技术进行脱硫改造，结果表明该技术可有效提高脱硫效逡逑率

双循环,湿法烟气脱硫系统,双塔,工艺图

ｋ＞ｃＨ逦｜邋丨逡逑图１．２单塔双循环工艺图逡逑双塔双循环技术的工艺流程图如图１．３所示。采用二级脱硫塔，烟气经过一级吸收逡逑塔后进入二级吸收塔，与脱硫浆液充分接触，提高其脱硫效率，脱硫浆液先进入二级吸逡逑收塔再流向一级吸收塔循环，两个循环过程是相对独立的，各个参数之间并无制约，有逡逑利于脱硫过程优化，快速适应煤种变化和负荷变化。一级吸收塔控制脱硫浆液维持较低逡逑ｐＨ值，实现了颗粒的快速溶解，有利于石膏的氧化，可以实现使用品质较差的石灰石逡逑并且可以较大幅度地提高石灰石颗粒度，降低磨制系统电耗。二级吸收塔脱硫浆液ｐＨ逡逑值较高，有利于Ｓ０２的吸收，可以保证很高的脱硫效率，高硫煤可以达到９８．５％左右。逡逑国内已有电厂采用双塔双循环技术进行脱硫改造
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：X773

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