基于气液传质强化的湿法烟气脱硫技术研究

作     者：赵枫 

作者单位：江南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：崔政伟

授予年度：2019年

学科分类：083002[工学-环境工程] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 08[工学] 

主      题：燃煤烟气 湿法烟气脱硫 超低排放 静态螺旋切割 传质数学模型 

摘      要：燃煤烟气是大气重要污染物SO2的主要来源,随着生态文明建设的不断推进,我国对燃煤烟气中SO2的排放标准提出了更高的要求,在目前工业化应用的各种烟气脱硫技术中,湿法烟气脱硫技术凭借其运行稳定、反应高效以及脱硫剂廉价等优点,在烟气脱硫的领域中得到了广泛应用。但是传统的湿法烟气脱硫设备运行与投资成本昂贵,本课题主要针对这一问题,提出了一种新型的基于静态螺旋切割强化气液传质的湿法烟气脱硫技术,以模拟烟气为研究对象,采用钙法和镁法两种不同工艺,分别对不同工艺参数下的烟气脱硫效果进行了试验探究,并从动力学角度提出了静态螺旋切割强化条件下的传质数学模型,主要的研究内容包括如下:1.基于脱硫反应的特点和静态螺旋切割器的工作特性,针对中小型燃煤锅炉设计并搭建了一套适用于湿法烟气脱硫的烟气处理系统,主要包括模拟烟气发生系统、雾化反应系统和测量系统三个部分,能够实现在较低液气比条件下的高效脱硫,处理后烟气可满足“超低排放标准。2.采用单因素试验探究了静态螺旋切割强化钙法烟气脱硫的影响因素,并对比了单独的喷射混合与喷射混合组合静态螺旋切割强化方式下的脱硫效果。试验结果表明,静态螺旋切割器在强化湿法烟气脱硫上具有明显的优势,可使钙法脱硫率提高约7.64%。通过试验得出的最佳工艺参数:Ca（OH）2脱硫剂质量分数为15 wt%,烟气SO2质量浓度为3000 mg/m3,烟气流量为18 Nm3/h,Ca（OH）2循环流量为250 mL/min,在此工艺参数运行条件下,系统出口烟气SO2质量浓度为2.1 mg/m3,脱硫率高达99.93%。3.采用单因素试验探究了静态螺旋切割强化镁法烟气脱硫的影响因素,并对比了单独的喷射混合与喷射混合组合静态螺旋切割强化方式下的脱硫效果。试验结果表明,静态螺旋切割器在强化湿法烟气脱硫上具有明显的优势,可使镁法脱硫率提高约9.08%。通过单因素试验得出的最佳工艺参数:Mg（OH）2脱硫剂质量分数为10 wt%,烟气SO2质量浓度为3000 mg/m3,烟气流量为18 Nm3/h,Mg（OH）2循环流量为250 mL/min,在此工艺参数运行条件下,脱硫率高达100%。4.以Ca（OH）2溶液作为脱硫剂吸收烟气中的SO2为例,根据双膜理论对静态螺旋切割强化湿法烟气脱硫过程进行化学反应动力学分析,建立了碱性溶液烟气脱硫的传质数学模型,并且根据液相与气相SO2成分的质量守恒,得到了静态螺旋切割条件下SO2气相传质系数与液相传质系数的表达式。通过将理论计算值与试验数据对比并修正后发现,模型能够较好的表征实际反应过程,两者同时表明:烟气SO2浓度、烟气流量、脱硫剂浓度以及脱硫剂循环流量的增加均有助于提高传质速率,但当脱硫剂浓度大于5%时,传质速率随脱硫剂浓度的增加改变不大。本课题提供了一种适用于中小型锅炉燃煤烟气的处理技术,通过对静态螺旋切割强化条件下钙法和镁法两种湿法烟气脱硫工艺的试验探究,证明了静态螺旋切割强化湿法烟气脱硫技术具有运行成本低、反应效率高的优点,是一种经济高效的烟气处理方法。