烟气循环流化床同时脱硫脱氮实验研究

火电厂烟气脱硫脱硝技术研讨会 论文 政研论文下载论文大学下载论文大学下载关于长拳的论文浙大论文封面下载 集 烟气循环流化床同时脱硫脱氮实验研究 赵毅，于欢欢，徐佩瑶，刘凤 (华北电力大学环境科学与工程学院，河北保定071003) 摘要：制备了高活性吸收剂，在烟气循环流化床上进行了同时脱硫脱氮试验。向影响烟气循环流化床脱硫脱氮效率的诸多 参数进行了试验研究。这些参数包括温度、湿度、钙硫氯比、床内气体流速以及粉煤灰粗细等。试验表明在典型工况下烟气 循环流化床脱硫率可稳定在90％以上，脱氮率可达60％左右。、 ／ 关键词：烟气循环流化床：脱硫脱氮；高活性吸收剂 0引言 烟气脱硫是世界上唯一大规模商业应用的、最有 效的脱硫方法，目前国外已有较成熟的工艺。NO． 控制的研究起步较晚，最近15～20a间，国外才开展 此项工作，现在主要的方法有2类，低氮燃烧技术和 烟气脱氮技术。低氮燃烧技术投资费用较低，但脱除 效果常常达不到排放 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 的要求，所以燃烧后烟气仍 需脱氮。烟气脱氮工艺现已比较成熟，其中选择性催 化还原法(SCR)最为成熟有效，但因其投资和运行 费用高，只在德国和日本等少数工业国得到了应用。 分段脱除二氧化硫和氮氧化物不仅投资和运行费用 昂贵，而且还存在烟气再热或催化剂中毒等运行问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 。所以目前开发既廉价又高效可以同时脱硫脱氮的 新技术是国内外烟气净化技术研究的总趋势。 循环流化床烟气脱硫是国内近年来积极开展研 究的一种新型脱硫技术。其流程简单，运行及投资 费用低，占地少。在钙硫比很低(1．1～1．2)时可达 到较高的脱硫效率(80％～8s％)。是一项适合中国 国情的烟气脱硫技术⋯。 如果能找到一种能够在流化床上进行的同时脱 硫脱氮的方法，在保证脱硫效率的同时，也能够脱 除氮氧化物，将是一项非常有意义的工作。 该文介绍了高活性吸收剂的制作方法，并在自 行研制的烟气循环流化床上进行了同时脱硫脱氮试 验，对影响脱硫脱氮的诸多因素进行了讨论，找到 了脱硫脱氮的最佳条件。试验结果表明在典型工况 下烟气循环流化床脱硫率可稳定在90％以上，脱氮 率可达60％左右。本试验结果可为深入研究烟气循 环流化床脱硫脱氮技术提供参考依据。 1 系统组成与工作原理 1．1系统组成 实验系统由以下几部分组成(见图1)：循环流 化床主体、中间灰斗、回料腿、旋风除尘器、灰斗、 给料机、电加热器、高压水泵、引风机。 循环流化床主体是一个直径250mm、高为4 100mm的垂直圆筒，其底部有布风板i块，作用是 使进入反应器底部的模拟烟气均匀向上吹动固体颗 粒。而为了使床内气体和固体颗粒加强湍动，设计 时在床体内加了6块挡板，运行时可与反应器轴线 成o～90。角。另外，主体上还设有5个测压孔和 若干个温度测点。中间灰斗分两级，均置于第一级 旋风除尘器之下。旋风除尘器也有两级，其中一级 为主除尘器，从反应器出来的固体物料绝大部分被 它收集，被除下来的固体物料通过2个中间灰斗和 回料腿重新进入床体在本实验中全部参与循环。第 二级旋风除尘器主要收集不能被一级旋风除尘器捕 捉的细颗粒，收集到的固体颗粒暂存于灰斗中，达 到一定量后集中卸下，通常作抛弃处理。给料机为 螺旋式给料机，可通过调节加料斗中加料口的开度 来调节给料量。实验所用模拟烟气的温度由电加热 器来实现。由于所需烟气量较大，使得电加热器的 功率很高。为了控制反应器内的温度和湿度，本系 赵毅等：烟气循环流化床同时脱硫脱氮实验研究 统配置了1台高压水泵，该泵具有很高的压头，能 够使位于反应器中心线上的喷头喷出的液滴具有良 好的雾化效果。高压水泵与水箱之间可实现闭路循 环，喷水量则通过调节球阀开度加以调节。本实验 系统使用两级引风机以满足实验所需烟气量，无送 风机，故而整个实验系统为负压系统。 1 2工作原理 试验中，通过阀门对进入床体内的气体流速进行 控制，通过电加热器对气体加热，待加热到所需温度， 将SO：和N仇从烟气进口通入，并调节二者质量浓 度直至稳定。此时，将高活性吸收剂通过循环给料机 加入，同时打开高压水泵进行烟气增湿和降温。在流 化床反应器中开始进行脱硫脱氮反应。此时从s02 和Nm测点 记录 混凝土 养护记录下载土方回填监理旁站记录免费下载集备记录下载集备记录下载集备记录下载 SO：和NOx质量浓度的变化。试验 过程中，反应器中带出的绝大部分物料被一级旋风除 尘器收集，并通过中间灰斗和回料脚重新进入流化床 反应器中参与循环。同时第二级旋风除尘器收集不能 被一级旋风除尘器捕捉的细颗粒，收集到的固体颗粒 暂存于灰斗中，避免对大气造成污染。 2试验方法 2．1试验条件 高活性吸收剂由粉煤灰和石灰制成，粉煤灰取 接引眦机 自保定热电厂，经化验测定，以下元素的质量分数 分别为：Si02为46．6％；Fe203为11．I％：AI203为 16．2％；CaO为3．3％；MgO为2．4％；石灰中CaO 为90．77％。为便于分析，本试验的典型工况为：入 口烟气温度，=J30℃：烟气含湿量珂=5％：Ca／ (S+I／2N)=1．2；床内气体流速V=I．70m／s：S02质 量浓度为2000mg／m3；NOx质量浓度为1000mg／m3。 在考虑单因素改变对试验的影响时，采用固定其他 典型参数的方法。 2．2高活性吸收剂的制备 按预先制定好的配比，称取一定量的粉煤灰和 石灰，放入水浴锅中加水搅拌；经过一定时间后， 置于干燥箱中烘干得到粉状吸收剂。根据本实验结 果以及参考国内外的研究结论”~41，得出制备活性 吸收剂的最佳反应条件为：消化温度为363K，灰钙 比3：1，反应时间为6h。以下实验中所用的吸收剂均 以此为标准制备。 在做脱氮试验时，需在吸收剂中加入一定量的 添加荆，为使添加剂能够均匀地与吸收剂进行混 合，采用将添加剂用热水溶解，溶解后倒入吸收剂 中进行研磨，待研磨均匀后自然风干的方法，取得 了很好的效果，添加剂可均匀地分布于吸收剂中， 制得的富氧型吸收剂为以后的实验提供了很好的 条件。 烟气进u —soi．No．质量浓度测点；2一二级旋风豫尘器；3一流化床厦应器；4一一圾旋风除尘器 5--灰斗：6一中间灰斗}7—接高压水泵；8一回料腿：9一喷头：IO—烟气挡板； 1l—给料机；12一布风扳；13一电加热器； 图1烟气循环流化床系统图 Fig．1DiagramofCFBunit 火电厂烟气脱硫脱硝技术研讨会论文集 2．3实验参数的测量 二氧化硫和氮氧化物的 检测 工程第三方检测合同工程防雷检测合同植筋拉拔检测方案传感器技术课后答案检测机构通用要求培训 主要使用武汉天虹 TH880．V型微电脑烟气平行采样仪在质量浓度测点 测得(见图1)；温度由热电偶温度仪测量，由数字 仪表直接显示读数，温度测点分别布置于加热嚣出 口、床进口、床中部和床出口；试验装置沿烟气流 程布置有5个压力测点，用以测定床体压降及床内 真空度，显示仪表用U型管压力计；烟气含湿量由 武汉天虹TH880智能仪表测量；床内气量是气体流 速的直接反映，实验时，烟气量由数字仪表显示， 可通过阀门进行调节。 3试验结果及讨论 3．1温度对脱硫脱氮效率的影响 图2是在典型工况下，温度对脱硫脱氮效率影 响的结果。温度的变化影响脱硫效率。首先，温度 升高时，液滴的寿命将减少，缩短了二氧化硫与液 滴的反应时间：其次，温度升高，导致喷雾量降低， 从而减少了可供传质的表面积；第3，较高的温度， 意味着喷水量减少，以及烟气相对湿度的降低。在 液滴完全干燥后，较低的烟气湿度降低了那些没有 跟液滴反应的吸收剂颗粒反应活性，弱化了工艺中 的气固反应。但是，温度的提高对提高反应物扩散 系数是有利的，从这一方面来讲温度对脱硫是有益 的，综合考虑以上因素，导致了图中出现的临界点， 即存在一个最佳反应温度。 240 圉2入口烟气温度与脱硫脱氮韵关系 F，；：．2 Relationbetweentemperratureand desulfurrizationanddenitronlieationeffnciency 温度的变化对脱氮主要表现为2个方面：NO 向N02的转化；N02的吸收。由于NO的转化过程 是吸热反应，温度增加是有利的，但是NO：的吸收 过程与S02是相似的，因此过高的温度也会对其产 生不利影响。如图所示，也出现了转折点。 3．2湿度对脱硫脱氮效率的影晌 图3是典型工况下，烟气湿度对脱硫脱氮效率 的影响。当湿度增加时，蒸发过程在时间上延长， 二氧化硫和=氧化氮分子和液滴的碰撞机会增多， 这样就会有更多的二氧化硫和二氧化氮溶于水，与 吸收剂之间进行离子反应，从而提高脱硫脱氮效率。 但当湿度增加到某种程度时，会使吸收剂粉末粘联 成块状，影响吸收剂的比表面积，也会影响到床内 的流化状态，从而使脱硫脱氮效率略有下降。此外， 实际运行中，反应温度受湿度的制约，为保证循环 流化床正常运行，湿度不能过大，必须保证运行温 度高于露点温度，否则会因产生结露而使实验无法 继续进行。 100 8f) ： 三一60 《 道4(1 垒 20 0 2 4 6 8 湿』2，n‘ —_．一S0 圈3湿度与脱硫脱氮的关系 Fig．3Relationbetweenhumidityand desulfurizationanddenitronficationemficiency 此外，含湿量的提高增加了吸收剂的活性，对 于喷水增湿活化提高脱硫效率，国外的一些学者曾 做过较多的研究”“。。脱硫反应时，水分的存在使 钙基脱硫剂反应活性增加的原因在于脱硫剂中的水 分超过临界值，即脱硫剂表面剩余的结合水分不能 维持整个颗粒内离子反应时颗粒的含湿量。 3．3钙硫氮比对脱硫效率的影响 图4是典型工况下，Ca／(S+I／2N)摩尔比对脱 硫脱氮效率的影响。其中脱硫效率和脱氮效率在钙／ 硫氮比为o～I．2间呈明显增加趋势，达1．2时出现 转折点，此后随着钙／硫氮比的继续增大而变化不 赵毅等：烟气循环流化床同时脱硫脱氮实验研究 大。最佳Ca／(S+N)定为1．2。 tq碱鲺比 图4 Ca／(s+1／2N)与脱硫脱氯效率的关系 Fig．4RelationbetweenCa／(S+I／2N)and desulfarizationanddenitronficationefficiency 随着Ca／(S+I／2N)进一步提高，曲线逐渐变 平。这归结于2个因素：一是提高Ca／(S+I／2N)， 相当于提高了浆液质量浓度，则靠近液滴表面附近 的颗粒质量浓度提高了，同时降低了液相传质阻力， 从而改善SO：和N仇的吸收；二是浆液滴内同含量 的提高。提高固含量，降低了液滴中的水含量并提 高了液滴的数量，从而提高了SO：和NO，传质和蒸 发的可利用的表面积。此外对于氮氧化物来讲钙硫 氮比的增加还意味着添加剂的增加，从而更加有利 于脱氮，因此使脱硫脱氯效率增加。 但是，进一步提高Ca／(S+I／2N)，则液滴固 含量也随之增加，因而液滴的干燥时间变短，即气 液固反应时间变短，这对脱硫有抑制作用，使脱硫 性能增长缓慢，从而曲线趋于平缓⋯。 需指出的是，在烟气循环流化床试验中，由于 吸收剂颗粒多次循环，床体的实际Ca／(S+I／2N) 远大于进料Ca／(S+I／2N)，因此在Ca，(S+I／2N) 大于1．2以后，过多的吸收剂没有参与反应而浪费， 低于1．2时会因吸收剂太少影响效率。 3．4床内气体流速对脱硫脱氮效率的影响 图5是典型工况下，烟气循环流化床内气体流 速对脱硫脱氮效率的影响。当气体流速在1．70m／s 左右时，固体物料既有较好的湍动性能，又有较长 的停留时间，故而脱硫效率较高，当气速小于1．70m／s 时，由于流速较小，影响湍动性能，停留时间延长 对脱硫效率的正面影响要略小于湍动性能减弱对脱 硫效率的阻碍作用，但当气体流速从1．70m／s增至 2．26m／s时，停留时间缩短对脱硫效率的负面影响要 略大于湍动性能增强对脱硫效率的促进作用，故脱 硫效率略有下降。而当气体流速继续增加至2．83m／s 时，停留时间缩短对脱硫效率的负面影响大占上风， 导致脱硫效率迅速下降。 }0。00 §8000 交6000 耋40()0 萎2000 一 O00 ——●一s()， 毖 No 00 l 50 200 250 300 流j出／m·s 图5流速与脱硫脱氮效率的关系 Fig．5Relationbetweengasvelocitx’and desulfurizatiooanddeoitroficationefficiency 对于氮氧化物来说，影响其脱除效率一个重要 因素就是一氧化氮向二氧化氨的转化，可以说，停 留时间对其影响要比SO：大的多，停留时间延长， 转化率就增大，脱除效率就高，所以从图中可看到 当流速从I．70m／s增至2．26m／s时，氮氧化物的脱 除效率就有明显下降，升至2．83m／s时己降得很低， 因为此时一氧化氮还没来得及氧化就已被带出床 体。但是当流速过小时，仍然会因为湍动的原因导 致脱氮率下降，但从图中可看出，这种影响与对二 氧化硫的影响相比要弱一些。 此外，烟气流速增加，烟气和浆滴之间的传热 和传质相应增强，浆滴蒸发速度变快，使得有效反 应时间变短，虽然烟气流速增加也会使S02从烟气 到浆滴表面的扩散速度增加，但吸收的主要阻力来 自于S02在浆滴内的扩散，综合作用效果使得脱硫 率随烟气流速的增加而下降”1。 3．5制备吸收剂所用的粉煤灰纲度对脱硫脱氮效 率的影响 图6是在典型工况下，制备吸收剂所用的粉煤 灰细度对脱硫脱氮效率的影响。造成这种现象要归 根于粉煤灰表面特性的变化。细灰与粗灰相比优势 在于比表面积较大，这样可更好地吸附细水滴和气 体。而粗灰的优势在于其表面粗糙，湍动性能较好， 停留时间较长，且在反应过程申与其他细颗粒碰撞 摩擦，更容易将表面已反应完的吸收剂磨去，从而 增加吸收剂的利用率，也就提高了脱除效率。对于 241 火电厂烟气脱硫脱硝技术研讨会论文集 iiiiiiTiiiiiiiiiiiiiiiiiii宣iiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiii 二氧化硫来说，优劣相较，综合起来粗灰使其脱除 效率略有上升，而对于氮氧化物来说，如前所述， 停留时间起到了关键作用，所以使用粗灰对氮氧化 物的脱除效率有很大的提高。 图0粉煤灰绷度对脱硫脱氮效率的关系 Fig6 Relationbetweenthecoarseandfineflyash anddesulfurizationanddenitroficationefficiency 4结论 (1)烟气循环流化床脱硫脱氮技术工艺简单， 运行可靠，是一种经济有效的脱硫脱氮方法，在典 型工况下，脱硫效率可稳定在90％以上，脱氮效率 可达60％左右。(2)实验结果表明，运行温度是影 响脱硫效率的主要参数。温度越高，脱硫效率越低。 对于脱氮效率，温度对其影响与脱硫效率相反。(3) 烟气含湿量也对脱硫脱氮效率具有很大影响。含湿 量无论过大还是过小都会对脱硫脱氮产生不利影 响。(4)钙硫氮比对脱硫脱氮效率影响较大。随着 钙硫氮比的增大，脱硫脱氮效率升高，但进一步提 高钙硫氮比，脱硫脱氮效率的变化趋于缓慢，亦即 增加钙硫氮比虽可提高脱硫脱氮率，但吸收剂的利 用率降低，因此它不是提高脱硫脱氮效率的最佳途 径。(5)流化床内气体流速影响流化床内的停留时 间和湍流程度对脱硫脱氮效率产生影响。实验表明 脱硫脱氮效率随床内气体流速的提高而呈先升后降 的趋势，即存在一个最佳的气速。(6)粗灰比细灰 具有更好的表厩特性和湍动性能，因而在同等条件 下具有更高的脱硫脱氮效率。 参考文献： LI JWUYing-hai．WANGWen-liang．HuangZhen．etal． Experimentalstudiesonacirculatingfiuidizedbed [J]．JofSoutheastUniversity，1998，14(1)：62-66． L2JHIROAKITsuchiaLTOMOHIROlshizuka．Uighlyactive absorbentforS02removalpreparedfromcoalnyash【J』． 1nd．Eng．Chem．Res．1995．34(4)：1404-1411． 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CFBwastakenandtheparametersinfluencingthedesulfurizationanddenitrificationefficiencywerestudiedinthispaper． Theseparametersincludethetemperature，thehumidity．Theratioofcalciumtosulfurandnitrogen，thegasvelocity，the coarseandlinellyashete．resultindicatesthatunderthetypicalcondition．TheDesulfurizationefficiencycallreachover 90％．andtheOenitrificationefficiencywasabout60％． Kevwords：CFB：desuIfnrizationanddenitrification；highlyreactiveabsorbent 242 烟气循环流化床同时脱硫脱氮实验研究 作者： 赵毅， 于欢欢， 徐佩瑶， 刘凤 作者单位： 华北电力大学环境科学与工程学院(河北保定) 本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Conference_6010036.aspx