半干式噴霧干燥法煙氣脫硫工藝

半干式噴霧干燥法煙氣脫硫工藝研究摘要：[目的]在中等試驗臺上研究煙道作為脫硫反應器的半干法煙氣脫硫技術，確定工藝條件，重點在提高脫硫效率和脫硫劑利用率。[方法]選用半干式噴淋塔脫除煙氣中的SO2。[結果]1.脫硫效率雖然隨鈣/硫比（Ca/S）的增加而增加(Ca/S為0.806時，平均去除效率為57.53%;Ca/S為1.207時，平均去除效率為77.34%;Ca/S為1.414時，平均去除效率為80.75%)，但當Ca/S>1以后脫硫增加率趨緩。2.伴隨SO2進口濃度的增加，脫硫效率略有增加。3.隨Ca/S的增加，脫硫劑利用率有所下降。4.加入一定量NaCl添加劑對提高SO2去除效率影響不很明顯(平均去除率約提高2%)，但對穩(wěn)定去除效率有所幫助。[結論]1.提高Ca/S是提高脫硫效率的一種有效方法，綜合對脫硫效率和脫硫劑利用率的影響，Ca/S在1.0～1.4范圍內較為合適。2.循環(huán)利用脫硫劑是提高脫硫劑利用率的有效方法。3.NaCl添加劑適合工況變化較大的焚燒處理系統(tǒng)。關鍵詞：半干法煙氣脫硫；Ca/S；脫硫劑；NaCl添加劑TheResearchofSO2RemovalbySemidrySprayingTowerAbstract:[Objective]ToevaluatetheoperationconditionsofSemi-dryFluGasDesulfurizationanditsinfluencefactorsonbench-scaleequipment;toinvestigatehowtoimprovetheSO2removalefficiencyandtheutilizationofsorbent.[Methods]SO2influegascanberemovedbysprayingtower.[Results]TheremovalefficiencyofSO2willbeimprovedwiththeincreaseofCa/Sratio.UndertheexperimentconditionofdifferentCa/Sratiosas0.806,1.207and1.414,theaverageSO2removalefficiencyis57.53%,77.34%and80.75%,respectively.WhenCa/S>1,however,theincreaseofSO2removalefficiencybecomesinsignificant.WithrespecttotheinitialconcentrationofSO2,noappreciableeffectontheremovalefficiencyhasbeenobservedsofar.TheutilizationefficiencyofsorbentisfoundtodecreasewiththeincreaseofCa/S.ThesorbentwithNaCladdedcannotincreaseSO2removalefficiencysignificantly(Theefficienciesincreasebyabout2%),butitishelpfultomakethedesulfurizationprocessmorestable.[Conclusion]ImprovingCa/SisconsideredasafeasibleapproachtoincreaseSO2removalefficiency.Ca/Sratiointherangeof1.0~1.4isoptimumforthistechniqueconsideringboththeeffectofSO2removalefficiencyandutilizationofsorbent.Itisalsoadvisabletorecyclesorbenttoincreaseitsutilization.TheadditiveofNaClisrecommendedfortheunstableoperationconditions.Keywords:SemidryFGD;Ca/S;SO2removalsorbent;additiveofNaCl據(jù)聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署1988年公布的統(tǒng)計資料顯示，人為排放的SO2已成為世界第一大污染物，每年人類約向大氣排放SO21.8億噸。中國是世界上最大的煤炭生產(chǎn)國和消費國，煤炭占一次能源消費總量的75%。隨著經(jīng)濟的發(fā)展，全國煤炭消耗量和SO2排放量不斷增加，據(jù)統(tǒng)計1990年燃煤約為10.5億噸，排放SO2達1622萬噸(其中工業(yè)占7l.8%)；1995年燃煤量約為12.8億噸，排放SO2約為2370萬噸，超過美國當時的2100萬噸；1998年SO2排放量為2090萬噸；2000年SO2排放總量為1995萬噸，已成為世界SO2排放第一大國[1]。SO2給人類帶來最嚴重的問題是酸雨，它對人類生存的地球生態(tài)環(huán)境造成嚴重影響，酸雨在國外被稱為“空中死神”，會造成對水生生態(tài)系統(tǒng)、陸地生態(tài)系統(tǒng)和人體健康的危害，對建筑物、機械和市政設施有腐蝕破壞作用。其對人體健康的危害主要表現(xiàn)在：1.通過食物鏈使汞、鉛等重金屬進入人體，誘發(fā)癌癥和老年癡呆；2.酸霧侵入肺部，誘發(fā)肺水腫或導致死亡；3.長期生活在含酸沉降物的環(huán)境中，誘發(fā)人體產(chǎn)生過多氧化脂，導致動脈硬化、心梗等疾病概率增加[2,3]。目前，控制二氧化硫的技術途徑主要有：燃料脫硫、燃燒脫硫和煙氣脫硫等。燃料脫硫技術難度大，經(jīng)濟成本高，尚處于研究階段；燃燒脫硫難以控制脫硫劑用量，在實際應用中受到限制；而煙氣脫硫則被認為是控制SO2最有效的途徑[4]半干式噴霧干燥法脫硫機理研究噴霧干燥吸收煙道氣脫硫原理是20世紀70年代中、末期發(fā)展起來的，這種技術具有經(jīng)濟效益好，操作簡便等優(yōu)點。噴霧干燥是一種傳統(tǒng)的干燥工藝方法。它是將需要干燥的介質溶液通過噴頭高速旋轉產(chǎn)生的強大動能在高溫氣體中霧化，利用高溫氣體的熱量將霧滴水分蒸發(fā)形成干燥的粉狀固體產(chǎn)品收集下來。煙氣脫硫的干燥工藝是在干燥發(fā)生的同時亦發(fā)生化學吸收反應，達到脫硫的目的[5]。經(jīng)噴嘴噴入反應器的霧化漿滴將經(jīng)歷兩種變化，一是通過與氣體的熱交換使水分蒸發(fā)，漿滴粒徑不斷收縮；另一種是漿滴中的Ca(OH)2吸收SO2發(fā)生脫硫反應。兩種變化同時發(fā)生、互相影響。由于漿滴內的液相反應速度比漿液內的傳質過程快得多，所以漿滴蒸發(fā)過程對脫硫有重要影響[6]。1．1漿液蒸發(fā)過程機理研究蒸發(fā)干燥過程為物理變化過程，隨干燥的進行，漿滴的尺寸、含水量、速度和溫度都發(fā)生變化，同時煙氣溫度、濕度也將發(fā)生相應的變化。漿滴性質的變化將直接引起反應表面積以及傳質阻力相對大小的改變，對反應過程有著重要的影響。漿滴的蒸發(fā)過程可分為三個階段，恒速干燥、第一期降速干燥和第二期降速干燥。在恒速期，漿滴表面有充分的非結合水，蒸發(fā)速度由水的表面汽化速度所控制，漿滴粒徑隨蒸發(fā)進行而不斷縮小。當粒徑縮小到使分散的懸浮顆粒相互接觸以致顆粒運動受到限制時，物料表面已不能維持全部濕潤，部分表面汽化的為結合水，蒸發(fā)過程速度由水分從漿滴內部移動到表面的速度所控制，顆粒溫度逐漸上升，這時就進入了第一降速干燥期，即不飽和表面干燥階段。當漿滴全部表面都不含結合水時，第二降速干燥期開始，此時汽化速度受水分在物料中的移動速度控制，汽化面逐漸由表面向干燥漿滴內部移動，汽化所需的熱量通過已干燥的固體顆粒傳遞到汽化面。當顆粒的含濕量與煙氣中的溫度和濕度達到平衡時，干燥過程結束[7]。1．2化學反應機理[5]：石灰熟化：CaO(固)+H2O←→Ca(OH)2(固)←→Ca2++2OH—SO2物理吸收：SO2(氣)←→SO2（液）SO2（液）+OH—←→HSO3—亞硫酸鹽的部分氧化：SO32—+1/2O2（液）←→SO42—懂反應產(chǎn)物析出羊：徒SO秤3犧2述—蛛+Ca緞2+泛←→虹CaSO蹲3葛(嫂固扛)迎SO捉4旨2械—目+銅Ca講2+社←→慌CaSO忙4夾(隸固絲)渡總反應物：邁SO暮2置(雞氣旅)跪+Ca(O揪H)唇2億(疑固腐)份息←→侄CaSO舅3被(銳固纖)迫+H喚2捆O誦勸筍SO聲2梁(脅氣障)釣+Ca(O拜H)晨2訊(倘固撥)浴+1/2O珠2前←→筑CaSO辜4海(噴固隊)瞞+H匯2該O估實驗裝置與方?jīng)r法阻2糊．厚1友實驗背景喬日傾本實驗是上海否市重點學科項線目籮“錫固體廢物處理俗與資源念化循”殼項目的子課疏題攏“徐潔凈的廢物焚濃燒技植術法”仇研究內容之一鏈。由于國內尚造無開展焚燒系飼統(tǒng)的中試實驗送平臺，對于焚餐燒中試方面的翠研究也沒有先先例，因此在此危課題基礎上建窄成的同濟大學融廢物焚燒試驗捷中心的廢物焚言燒中試裝置，物具有開展焚燒高系統(tǒng)中試研究程的充足的實驗殊條件，對發(fā)展極適合我國國情睬且技術上先進惜的煙氣凈化技吧術，為今后國刪內煙氣凈化工羊藝的設計和選率擇提供關鍵的善技術參數(shù)和理岔論依據(jù)具有重漁要的意義。夢2燃．怪2先實驗裝置閉該中試系統(tǒng)（解見誦圖怖1膛）所擁有的言潔凈廢物焚燒特裝置包括爐排杯爐和回轉窯焚糊燒系統(tǒng)各一套隔，及煙氣處理杠裝置（半干式爬噴淋塔＋布袋朽除塵和濕式噴春淋塔＋靜電除漸塵或除霧塔）擱。羅其中，本次試篩驗所選用的處宋理工藝為回轉物窯＋汽半干式噴淋塔慮＋布袋除塵狂系統(tǒng)。抱圖榜1添章白焚燒實驗裝置來其中的主要設和備的參數(shù)如下演表所示：輪表：焚燒實驗猾室主要設備參異數(shù)肆名稱雁基本參數(shù)他回轉窯縣處理能力：固荒體廢腔物外15kg/租h洲；一燃室綢長補3輕m感，體木積猜0.935m冤3害，內疏徑博400m羽m蝴；二燃室煩高江1.6員m況，體證積橡0.452m仁3辣換熱器既換熱面搖積村25.4m丹2冰；換熱效與率埋0.7騾噴淋塔五煙氣銜量級300Nm稿3亭/址h腫；噴液寬量性125kg/名h潮；溶液固含闖量突2廣0后％啊袋除塵抵KMC-3么2統(tǒng)型；過濾面領積永24m驟2洲；過濾風則速棒1~1.5m旁/笑s現(xiàn)；處理風日量褲1500~2亞100m翠3罵/別h禾；風機功改率路3kw悶引風機獵風間量歉2000m氧3銅/震h鞏；風栗壓披7870Pa緣煙囪詞高趨5.7敲m名；直都徑糖200cm厘冷卻塔揪KIN結3消型；冷卻水量嗎為雪2m毀3聲/h燈3存．結果與討論異憑灣在半干法煙氣氣脫硫技術中最滿為關鍵的技術退參數(shù)是鈣硫比皺，盡Ca學/徑S團的計算公式栽為薦:C蛾a/S=誤,盛本實驗正是基酒于不同鈣硫比飾情況下脫硫效奸率的比較來進誘行設計的宿。示Ca(OH)涼2公溶液是直接加蒙入切Ca(OH)支2利粉末調配出的吹。吩3旺．兄1森鈣硫比銀對辭SO嬌2遮去除率的影響夸蝦徒鈣硫比是脫硫訂效率的重要影揪響因素，不謊同觀C禿a/S婆得到的進出巖口脾SO殲2陶濃度和去除效差率分別如客圖宇2喪、圖幼3吼、俘圖院4遮所示：側萬拾從圖中可以看塘出訴，朽C益a/S弓是脫硫效率的跡重要影響因素翁之一。脫硫效諷率笑隨輸C描a/S規(guī)的增加而增加翻。但當艇Ca/S>零1返以后脫硫效率扯的增加趨勢減舒緩。賀旱蘆在通常情況庸下腦C徐a/S鑄通常由噴漿液謙量和漿液濃度花共同控制，在孫本實驗中噴漿瘋液量不變，通吹過改變漿液濃霞度改變鈣硫比汽。脫硫效率減隨喊C擱a/S館的增加而增加尤即漿液濃度大夕脫硫效率就高鎮(zhèn)，因為此時漿域滴中的顆粒濃靈度隨漿液的增州加而變大，使灣得液相傳質阻孩力減小，有利致于反應的進行釣。合牛播從脫硫機理來托看，不論增加礎漿液量還是增俊加漿液濃度，愁增攻加腸C調a/S凍意味著脫硫劑岡量的增加，即尿增加了漿滴中除的顆粒，有利普于減少液膜擴恢散阻力以及減范少懸浮顆粒的地溶解阻力，所引以脫硫效率提蹤高；當務Ca/S<嗽1融時，脫硫劑的絞量不足以使全洪部的落SO困2松反應，脫硫效兇率完全取決于尖脫硫劑的量，鳴所以脫硫效率悶隨脫硫劑量的假增加而快速增搞加；當脫硫劑磚量過量，即根Ca/S>鵲1銜時，漿滴固體準濃度升高，漿夢滴蒸發(fā)時間縮高短，液相反應少時間減少，同籠時反應產(chǎn)物沉倘積在顆粒表面標，形成產(chǎn)物層維，影響了反應眨的繼續(xù)進行，交因而此時鈣硫婦比提高，脫硫啞效率并未相應拿提高。械3豪．概2姑SO咳2異進口濃度對蝴SO胞2罩去除率的影響控架摧從以上圖中可蛋以看出，在相抽同昏C獄a/S準的情況下，進理口旗SO暑2益濃度的提高可痰以使脫硫效率杠略有提高。臂鈣硫比保持恒桑定，必SO置2困濃度升高，漿退液中脫硫劑的廟量也相應要增劇大息，鍵蔬在一定體積的完反應器內，分輝子碰撞的概率戒增大，覺SO桂2濟與脫硫劑的反蘇應將趨于激烈移；從傳質動力片學方面，銀SO凍2臘濃度升高，提劍高了煙氣中污SO沸2慮的分壓力，敵SO待2櫻在脫硫劑孔隙禽內的擴散傳質勢動力和兵SO序2愛在液膜中溶解麻的傳質動力將目增加，從而促碗進了反應的進紀行，使脫硫效冶率升貴高井;念但鋪SO鉗2倍濃度增大到某顏一濃度區(qū)間時民，由于反應激騙烈，在液滴表膀面迅速生成產(chǎn)饑物層，從而阻某礙墳了密SO端2借進一步向液滴泡內擴散興滲透，使反應液速度趨緩。陸蕩永琪道[9]愚的研究也表明萍了相似的結果口。陜3回．爹3煤鈣硫比對脫硫段劑利用率的影浴響鏡脫硫劑的利用撈率，是表示脫珍硫系統(tǒng)中被用納來脫除訓SO壁2主的脫硫劑的重經(jīng)量與加入脫硫怒系統(tǒng)脫硫劑總餃重量的比，計否算公式為：缸Yca=視脫硫效農率修/英鈣硫比傍神巴隨沃C曲a/S郊的增加，脫硫驅劑的利用率出仰現(xiàn)下降，原因倉為，增貢大濕C撥a/S察，過量的脫硫憑劑未得到充分潛的反應。誘刪激從脫硫機理看稻Ca/S巖增加，使初始將反應速度加快溪，由于緩SO攤2麗濃度隨反應進梅行而降低的速忌度也較快，造傳成氣膜阻力增膚大，脫硫劑的唉利用率減小。殊3臘．控4NaC聞l總溶液對向SO埋2炭去除效率的影乘響老勺料煙道作為反應耀器，氣液接觸房時間較短，僅摔為緞1~顧3肚秒，反應不充晃分，這是造成灘脫硫效率和脫杠硫劑利用率較世低的原因之一出。所以，為提梅高煙道噴射脫末硫的效率，必吐須提高脫硫劑猛的活性，從而屬提高脫硫劑的嚴利用率應。耗C絞aO酷的微觀結構初和飛C韻aO笛與宰SO廚2繩的化學反應活腥性是影響脫硫扒效率的主要因秀素。因此應從削改善這二者入筑手，提高脫硫什效率和脫硫劑迷利用率。目前出對提高脫硫效帳率和脫硫劑利鴿用率的研究主腹要集中在以下事幾個方面撞[8]侍：一是脫硫劑驚的制備方法，腹二是灰渣再循嗚環(huán)，三是加入舒添加劑，四是溉制備高效脫硫睜吸收劑。本文共主要研究添加飽劑的影響殃。天莫琴醬浙江大學利用剝噴霧干燥系統(tǒng)筆進行試驗，根岡據(jù)化學反應動律力學原理，從腎保持脫硫劑表繳面的水分、加香氧化亞硫酸、壩保某持惹P陽H謎和促進石灰溶辱解等方面進行騰添加劑的研究芬。結果表明，販加入刺NaOH尊、饒N政aCl險、狂N層a蚊2懶CO雷3去、亭CaCl價2贏等吸濕性添加憤劑可以提高脫湯硫效率，一方忠面是由于這些幼物質本身具有邀堿性，且它們命直接命與泡SO段2敵的反應對脫硫董效率的影響很貧??；另一方面故的原因是它們藥導致石愚灰漿蒸發(fā)時的暢蒸汽壓降低，穴從而延長漿滴負在液相中的停遭留時間，而大圖部分反應是在俊液相發(fā)生，因放此有利于提高趁脫硫反應。驟峰炸清華大學作過另加入丟CaCl衛(wèi)2扒、袖N外aCl板、渣NaOH妄的實驗。結果喬表明加入適量龜?shù)奶砑觿┛膳迨箘頒穴a(OH)鄭2纖的活性提高彎2~2.5統(tǒng)倍。倦管徑西安交通大學虎研惑究痛N任aCl就對燃煤污染物坐排放的影響。竭因繼N家aCl哭有極強的潮解掏性，使水分蒸頑發(fā)緩慢；同時虹在燃燒彎時另N專aCl撐有爆孔作用，舉從而增加孔隙辦率。迫Paolo體用鏡N俊aCl翅水溶液浸泡石優(yōu)灰石顆粒，使凱其組分中含橋有咸2飛%玻的掘N簡aCl傳，顯著改善了受石灰石的脫硫余性能?；贙urlk危、荷Kind嘗等人研究表明眼，加入滿Cl船能夠提高脫硫叉效率。片闊由圖可見，相媽同鈣硫比條件雷下統(tǒng)NaC條l垮的加入對末于把SO冰2遲去除率的影響披并不大蒜,旱僅略有提高。盲但對穩(wěn)定去除自效率有幫助。4．結論糧通過提高漿液奧濃度來提高鈣狹硫比是提高脫梳硫效率的一種堂有效方法。但玉是，過量的脫姜硫劑得不到充旗分反應造成資池源的浪費，且悶不環(huán)保不經(jīng)濟百。同時，漿液份的濃度過高，異過量的脫硫劑沉顆粒極易沉淀偏，會增加漿液促輸送設備的磨撫損和能耗的增據(jù)加。因此，為帆達到盡可能高坊的脫硫效率同響時保證合理的胳經(jīng)濟性，確定越合適的鈣硫比巷十分重要。綜灘合對脫硫效率攝和脫硫劑利用款率的影響，鈣奮硫比在瘋1.0識～飛1.4塊范圍內取值較墾為合適。劃隨跟SO絕2郵進口濃度的增傳加，脫硫效率蒜略有增加。惱隨咽Ca/稈S腎的增加，脫硫索劑利用率反而快下降。如果脫謝硫劑利用率低淋，脫硫劑的消說耗就增洽加，從而加大蛾成本。因而循瞎環(huán)利用脫硫劑昏是提高脫硫劑槳利用率的有效懲方法。譽加入一定擊的航NaC庸l聰添加劑對于提蜜高弄SO帆2雀的去除效率影艇響不很明顯，格但對穩(wěn)定去除訊效率有庸所幫助，適合們工況變化較大脹的焚燒處理系粥統(tǒng)。遮脫硫產(chǎn)物的處蠢置通常有兩種嬌，利用或堆放超。比較脫硫產(chǎn)童物和天然石膏傳的成分，見下插表，可以發(fā)現(xiàn)夕，脫硫產(chǎn)物的國成分與天然石杰膏的成分差別畢不大。叢剛等碼研究人員對脫圣硫石膏的用途攪研究發(fā)現(xiàn)，脫排硫石膏性能優(yōu)論良，可用作粉唐刷涂料、空心悼磚等。在摻加秀35%麥粉煤灰的情況鍋下，脫硫石膏浪制品的性能仍粱然優(yōu)于國家標忠準中《建筑石林膏》優(yōu)等品的地要求。策表索漆脫硫產(chǎn)物與天情然石膏的成分步對比表罪名稱更CaO迷SiO球2亡Al優(yōu)2思O魂3逐SO序3煉Fe樸2信O贈3克MgO瘡Loss嫁天然石膏慣31.5索4.3搭1.73請41.1弄1.15雕1.30圓17.2塊脫硫產(chǎn)物筑35.01位23.89枕22.13芒11.58息4.13匠~難3.26獻對脫硫產(chǎn)物的份有害性進行分君析的結果表明褲CaSO拆4夏和醒CaSO盼3嬸是性質比較穩(wěn)再定的物質，拉CaSO浮3肢會在空氣中慢福慢氧化，最終平氧化成痛CaSO仰4抽。干法和半干樹法的脫硫產(chǎn)物蠶中含有未反應斜完全的慎CaO鋪和盞

Ca(OH譯)深2初，其與空氣中秘的爬CO造2喝會反應生賴成少C膊aCO軌3飼，使脫硫產(chǎn)物覽硬結，。堿性霞使脫硫產(chǎn)物中灣的重金屬不易交溶出，而硬結升性能提高堆放愁層底部