課程設(shè)計（論文）基于小型燃煤鍋爐氨法脫硫(FGD)技術(shù)研究

1、基于小型燃煤鍋爐氨法脫硫(fgd)技術(shù)研究 摘要 本論文從國家環(huán)境安全的角度出發(fā)，以治理二氧化硫大氣污染為主旨，著重研究了小型燃煤鍋爐氨法脫硫(fgd)技術(shù)。通過對小型燃煤鍋爐實際煙氣參數(shù)進(jìn)行理論計算，建立小型燃煤鍋爐氨法脫硫系統(tǒng)理論模型。采用fluent流體力學(xué)分析軟件對所建立的理論模型進(jìn)行數(shù)值模擬，進(jìn)一步校正理論模型的不足之處，進(jìn)而建立實際的小型燃煤鍋爐脫硫系統(tǒng)。以此脫硫系統(tǒng)為基礎(chǔ)，運用實驗的手段，結(jié)合相關(guān)統(tǒng)計分析軟件，最終確定了適用與小型燃煤鍋爐氨法脫硫系統(tǒng)的最優(yōu)運行參數(shù)。 首先，氨法脫硫技術(shù)以其脫硫效率高、設(shè)備占地小、系統(tǒng)易十維護(hù)和操作等優(yōu)勢，適用與小型燃煤鍋爐煙氣脫硫; 其次，將脫硫

2、過程歸納為多種流體之間的相互作用，通過使用fluent流體學(xué)軟件對脫硫系統(tǒng)中的除塵器理論模型和脫硫塔塔體理論模型進(jìn)行了數(shù)值模擬分析，結(jié)果表明，依據(jù)理論計算所建立的旋風(fēng)除塵器模型能夠滿足實際煙氣參數(shù)運行下的除塵要求;所建立的脫硫塔塔體模型，在脫硫效果上能夠滿足實際需要但是在空塔煙氣運動的分布上存在不均勻的現(xiàn)象，需要修改校正; 最后，以實際建立的脫硫體系為基礎(chǔ)，運用實驗的手段對脫硫體系運行參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。通過單因素實驗，驗證了煙氣流速、液氣比、吸收液初始濃度這二個因素對系統(tǒng)脫硫效率的影響，結(jié)果表明煙氣流速對脫硫效率存在最適值是脫硫效率最大。液氣比對脫硫效率的影響是隨著液氣比的增大脫硫效率逐漸增大，但

3、最終脫硫效率趨十穩(wěn)定。吸收初始濃度對脫硫效率的影響亦是吸收液初始濃度越大脫硫效率越高，但最終脫硫效率趨十穩(wěn)定。在正交旋轉(zhuǎn)實驗中，考察了復(fù)合因素對脫硫效率的影響。使用sas數(shù)據(jù)統(tǒng)計學(xué)軟件對復(fù)合實驗結(jié)果進(jìn)行分析，得出了適用與該脫硫體系的脫硫效率(y)與煙氣流速為(x1)、液氣比(x2)、吸收液初始濃度(x)二個因素之間的二次曲面方程。 進(jìn)而使用design-expert軟件進(jìn)一步分析復(fù)合實驗結(jié)果，得出模型方程預(yù)測值和!實際測量值之間的差異，又得出了液氣比和吸收液初始濃度共同作用下的響應(yīng)面曲面圖，進(jìn)一步驗證了二次曲面響應(yīng)模型方程的合理性。通過實驗數(shù)據(jù)和對實驗結(jié)果的分析得出該脫硫體系最優(yōu)運行參數(shù)為:吸

4、收液初始濃度為14%一17%之間，液氣比為1. 5一2. ol/m3之間，煙氣流速亦在1.5一2.om/s之間。關(guān)鍵詞:小型燃煤鍋爐，氨法脫硫(fgd)技術(shù)，理論模型，數(shù)值模擬，參數(shù)優(yōu)化 the ammonia flue gas desulfurization(fgd) technology for small一scale coal-fired boiler abstract the view of this paper from the state environmental safety point.the theme is tocontrol sulfur-dioxide air pol

5、lution,and focused on the ammonia flue gas desulfurizationtechnology for small-scale coal-fired boiler.established a theory model of the ammoniaflue gas desulfurization technology for small-scale coal-fired boiler by the calculation ofthe actual small coal-fired boiler flue gas parameters. use the f

6、luent(a fluid dynamicsanalysis software) to simulate the established theoretical model,and further to correct theshortcomings,and then build the desulfurization system for the actual small-scalecoal-fired boiler.eventually,obtain the optimal operating parameters for themmoniadesulfurization system o

7、f the small-scale coal-fired boiler,by means of experiment andcombined with statistical analysis software. first,the ammonia desulfurization technology applicated the small coal-fired boilerflue gas desulfurization by its high efficiency,small footprint device,the system easy tomaintain and operate.

8、 second,divided the desulfurization process into a variety of interactions betweenfluids,then analysing the of filter systems and the desulfurization tower body use thefluent software.the results show that the theoretical calculations the of filter ondesulfurization can meet the required of the filt

9、er system in the actual flue gasparameters.for the desulfurization tower model,that the desulfurization effect able tomeet the practical needs but there is a phenomenon that the smoke movement in theempty tower uneven distribution ,so the modify need to correct; finally,optimized the desulfurization

10、 system operating parameters by means ofexperiments on the atually desulfurization system.the desulfurization efficiency of thesystem by the flue gas flow rate,gas liquid ratio,initial concentration of absorptionsolution verified use the single factor experiments,the results show that for the effici

11、encyof flue gas flow rate there existed an optimal value make the desulfurization efficiencymaximum.liquid gas ratio on the desulfurization efficiency is the ratio increases as theliquid gas desulphurization efficiency increases,but eventually stabilize desulfurizationefficiency.absorption of the in

12、itial concentration on the desulfurization efficiency ishigher the initial concentration of absorbent higher desulfurization efficiency,buteventually stabilize desulfurization efficiency.then usethe orthogonal-rotation experiment to explore the effect of the complex factors on thedesulfurization.ana

13、lyzing the complex experimental results use the sas software ,andobtaining the secondary surface equation between the factors of the desulfurizationefficiency(y) and flue gas flow rate(x1),liquid to gas ratio(x2),the initial concentrationof absorption solution(x3)and the desulfurization system. and

14、then analysed the complex experimental results use the design-expertsoftware that obtain the difference between the actualy measured values and the modelequation predicted,but also come to the response surface maps under the action of liquidto gas ratio and initial concentration of absorption soluti

15、on,further verifing thereasonable of the response surface quadratic model equation. abtaining thedesulfurization system optimal operating parameters by analyed the experimental dataand the experimental results that were:initial concentration of absorption solutionbetween of 14%一17%,and liquid to gas

16、 ratio between 1.5-2.ol/m3,the flue gas flow ratealso between in the 1 .5-2. om/s.key words:small coal-fired boilers,ammonia flue gas desulfurization (fgd)technology,theoretical model,numerical simulation,parameter optimizati. 緒論 環(huán)境安全是指避免由十人類不當(dāng)活動和自然因素等造成環(huán)境破壞，威脅經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展和人類健康，因此環(huán)境安全是國家安全的重要組成部分y。國家環(huán)境安全出

17、現(xiàn)危機是指水、空氣、土地、生物等環(huán)境要素遭到嚴(yán)重破壞或受到嚴(yán)重污染，維持生命系統(tǒng)的生態(tài)功能嚴(yán)重衰退，造成自然災(zāi)害頻發(fā)，資源支撐能力大為削弱，人民生活質(zhì)量下降，甚至危及民族存亡和國家安全，有可能激化國際沖突，釀成更大范圍的安全問題。 當(dāng)前影響我國環(huán)境安全的問題較多，其中大氣環(huán)境安全問題尤其較為突出，soz的污染又是大氣污染的主要原因。在我國燃煤鍋爐是排放soz的第一大污染源，隨著我國經(jīng)濟(jì)持續(xù)迅速發(fā)展，工業(yè)化進(jìn)程加快，人口不斷增加，燃煤鍋爐給我們提供大量熱能動力的同時也給我國環(huán)境帶來了嚴(yán)重的污染，其中以二氧化硫和煙塵污染最為嚴(yán)重，直接導(dǎo)致了我國部分地區(qū)環(huán)境安全問題的產(chǎn)生，對人民健康、生態(tài)環(huán)境和i經(jīng)

18、濟(jì)發(fā)展造成了巨大的損失。因此可見，控制燃煤鍋爐soz污染，對控制我國大氣環(huán)境污染具有極其重要的意義，燃煤鍋爐煙氣脫硫是我國當(dāng)前發(fā)展經(jīng)濟(jì)、解決大氣環(huán)境安全問題的重大任務(wù)f2l。由此可知，發(fā)展經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)可靠、環(huán)境達(dá)標(biāo)、資源可回收利用的煙氣脫硫工藝是目前函待解決的重要問題。1.1我國燃煤鍋爐現(xiàn)狀 隨著低碳經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，世界各國均在逐步取消高耗能燃煤鍋爐的使用，但廣泛存在的燃煤鍋爐作為支撐我國經(jīng)濟(jì)持續(xù)迅速發(fā)展、量大面廣的熱能動力設(shè)備，它雖然嚴(yán)重污染我國大氣環(huán)境、制約我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展，帶來大量的soz污染，然而在一段時間完全取締是不現(xiàn)實的。眾所周之，在我國除了大規(guī)模火力發(fā)電廠及廣大北方地區(qū)的取暖設(shè)備是燃煤

19、鍋爐以外，在廣大的金屬冶煉行業(yè)、裝備制造行業(yè)和國防軍工行業(yè)都依然大量的使用著燃煤鍋爐。我國燃煤鍋爐的特點： 鍋爐容量小，70%以上的鍋爐為容量小十4t/h的低壓小鍋爐，平均單臺容量不到2.st/h, 而美國和口本的平均單臺容量為5-14t/h，最大的高中壓鍋爐可達(dá)400t/h。 鍋爐以燃煤為主，約占鍋爐總?cè)萘康?0%左右，燃油、燃?xì)忮仩t很少。國外燃油、燃?xì)獾墓I(yè)鍋爐及商業(yè)鍋爐占85-95%以上，鍋爐容量越小，燃油燃?xì)獾谋壤礁摺＠?，美國工業(yè)鍋爐和商業(yè)鍋爐共有130多萬臺，燃煤的僅占5%左右，其他燃柴油和天然氣等。 鍋爐用煤炭的品質(zhì)低劣，灰分及硫分含量高。灰分通常高十22%，有時能達(dá)到40%以

20、上;硫分一般高十1%，平均為1.7%，有時高達(dá)3-5%或更高。國外工業(yè)鍋爐及商業(yè)鍋爐燃用煤炭通常為工業(yè)固硫型煤和低灰低硫優(yōu)質(zhì)煤。 鍋爐燃燒方式落后，多為層燃式，燃燒效率低，污染物排放強度高。我國鍋爐煙塵排放濃度一般為2000mg/m3, 國外為50-100mg/m3 0 鍋爐熱效率低，一般為50-55%, 國外工業(yè)鍋爐和商業(yè)的熱效率為80-85%,相差30%。 鍋爐煙囪低矮，一般低于30m，含硫煙氣多為低空排放，對大氣污染貢獻(xiàn)率高，通常為45-65% o 鍋爐布局相當(dāng)分散，遍及全國各地。 鍋爐煙氣量大、煙氣溫度高、壓力低、含有腐蝕性氣體，凈化操作難度大，費用高。 根據(jù)國家發(fā)改委和國家環(huán)?？偩忠?/p>

21、求，我國在“十一五”期間將實現(xiàn)全國二氧化硫排放總量削減10%的目標(biāo)fl。按照這個要求全國范圍內(nèi)開展整治燃煤鍋爐的活動，根據(jù)“以大壓小，上大下小”的指導(dǎo)方針，在大中城市中取締、改造了一大批不達(dá)標(biāo)中小鍋爐，并實施了并網(wǎng)運行，集中供熱的冬季供暖方式。但是在廣大小城鎮(zhèn)，以及廣大的農(nóng)村地區(qū)和部分重工企業(yè)、國防軍工企業(yè)還是存在著數(shù)量巨大的小型鍋爐，這些鍋爐容量小，鍋爐的熱效率低，生成的煙塵量較大，基本上沒有安裝除塵脫硫設(shè)施，大氣污染嚴(yán)重。當(dāng)然，鍋爐容量越小，鍋爐的自動化、機械化、儀表化也越差，煤炭燃燒愈不完全，鍋爐工作也愈不穩(wěn)定。1982年全國小十2t/h的鍋爐有12.6萬臺，共10. 5 x 10t/h

22、，分別占工業(yè)鍋爐(包括采暖鍋爐)總數(shù)和總蒸氣量的53.0%和28.4，熱效率僅40%左右。要對這些鍋爐進(jìn)行改造，其困難程度和成本投入是不可估量的，又由十其分散性無法進(jìn)行集中并網(wǎng)處理，將其取締更是不可能。所以如何減少小鍋爐的二氧化硫排放已成為目前治理燃煤鍋爐二氧化硫污染的重點之一，對燃煤鍋爐煙氣進(jìn)行脫硫處理無疑是目前治理小型燃煤鍋爐二氧化硫污染最有效的方法。1.2二氧化硫的危害及其防治1.21二氧化硫的危害 so:是一種無色具有強烈刺激性氣味的有毒腐蝕性氣體。其對人體健康，動植物生長發(fā)育以及生態(tài)環(huán)境都存在嚴(yán)重危害，它是目前污染數(shù)量最大，影響程度最深的大氣環(huán)境污染物質(zhì)。它具有腐蝕刺激性，空氣中只要

23、含量達(dá)0.1 x 10-6g/m3，就對人體健康存在潛在威脅，由十氣體本身的毒性作用，能刺激呼吸道，引起支氣管痙攣，可能造成嘔吐、呼吸困難和意識障礙，當(dāng)濃度較高時即可造成支氣管炎、哮喘病等，繼引發(fā)酸中毒現(xiàn)象，破壞糖類和蛋白質(zhì)的代謝，抑制肝、脾、)j) l肉的工作過程，降低維生素b和c的含量，并能刺激造血器官，引起內(nèi)分泌器官及骨組織的改變，甚至破壞生殖系統(tǒng)功能，當(dāng)環(huán)境濃度大十0.3mg/l的時候，就可能會引起死亡。 二氧化硫在危害人類健康的同時它還給人類帶來另一個嚴(yán)重的環(huán)境安全問題酸雨。大氣中的soz受到空氣中氧氣的氧化，繼與降水混合形成酸雨。酸雨對生態(tài)系統(tǒng)的影響及破壞主要表現(xiàn)在使土壤酸化和貧痔

24、化，農(nóng)作物及森林生長減緩，湖水酸化，魚類生長受到抑制，對建筑物和材料有腐蝕作用，加速風(fēng)化過程等。此外，許多用十建筑結(jié)構(gòu)、橋梁、水壩、工業(yè)裝備、供水管網(wǎng)、地下貯罐、水輪發(fā)電機組、電力和通訊設(shè)備等材料也均不同程度的受到了酸雨的腐蝕。 我國每年因酸雨直接或者間接經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)1000億兀以上。近年來酸雨污染狀況在部分地區(qū)呈現(xiàn)加重趨勢，對森林、古跡、水生生物等都造成了嚴(yán)重的破壞，使土壤酸化和貧痔化不斷加速。 按照我國目前污染控制方式和經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度，預(yù)計到2020年全國soz排放量將達(dá)2800萬噸左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過大氣環(huán)境容量1600萬噸，這將對生態(tài)環(huán)境和人體健康造成嚴(yán)重影響。因此采取有效脫硫方式來控制soz

25、的排放和制定嚴(yán)格的大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)成為解決當(dāng)前我國環(huán)境安全問題的首要任務(wù)。1.2. 2二氧化硫的來源 隨著我國社會主義市場經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，不斷增加的煤炭消費，同時導(dǎo)致了soz排放的不斷增長。1983至1991年間，全國以年均增長3.84%的速度來排放so2 1990至1995年間，我國soz排放總量年均增長速度達(dá)4.81%，從1495萬噸增至1891萬噸，年均增長量為79.2萬噸，口本1990年全國soz排放量為110萬噸，之以后其總的soz排放量與1990年比基本持平目_有微降，也就是說我們一年的soz增長量等十口本一年的soz排放量。目前我國已成為世界最大的soz排放國，soz排放量己經(jīng)超過

26、了世界其他各國。表1.1為1999年一2006年我國年二氧化硫排放量，根據(jù)中國2007年環(huán)境狀況公報, 2007年全國廢氣中soz排放量為2668.1萬噸。其中生活soz排放量犯328.1萬噸，占soz排放總量的12.3%;工業(yè)soz排放量2340萬噸，占soz排放總量的87.7%。工業(yè)生產(chǎn)soz達(dá)標(biāo)率和燃料燃燒soz排放達(dá)標(biāo)率分別為81.8%和87.4%。由此可知，在我國治理soz污染依然困難重重，soz控制水平仍需繼續(xù)提高。 表1.1 1999-2006年我國一氧化硫年排放量(萬噸)年份20032004200520062007200820092010so2排放量185719951947.8

27、1926.62458.72254.92549.32588.8 鍋爐燃煤煙氣是大氣污染物的主要來源之一。目前，我國發(fā)電主要依靠火力發(fā)電，發(fā)電機組裝機容量中76%以上為火電裝機，火電機組又以燃煤機組為主，存在大量燃煤鍋爐。據(jù)統(tǒng)計，2006年全國燃煤電廠soz排放量為1300萬噸，全國soz排放總量為2588.8萬噸，燃煤電廠排放的占排放總量的50.2% 。 在我國以煤炭為主的能源格局在未來相當(dāng)長的時期內(nèi)不會發(fā)生變化。預(yù)測到2010年，我國煤炭產(chǎn)量將達(dá)到23億噸，到 2020年，我國soz排放量將達(dá)到每年3400萬噸。根據(jù)有關(guān)的研究結(jié)果，每排放1噸soz造成直接和間接經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)5000兀，推算到2

28、010年我國經(jīng)濟(jì)損失的累計數(shù)字將達(dá)到2萬多億兀，其中每年因燃煤鍋爐所排放的soz所造成的經(jīng)濟(jì)損失占我國gdp的7%'8%，嚴(yán)重地制約了我國社會主義市場經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。二氧化硫在一定條件下形成酸雨，因酸雨污染給我國造成的經(jīng)濟(jì)損失每年超過1100億兀，目_近年來我國的酸雨污染區(qū)正在口益擴大。國家發(fā)展和改革委員會在2004年下發(fā)了關(guān)十燃煤電站項目規(guī)劃和建設(shè)有關(guān)要求的通知15(發(fā)改能源(2004)864號)。通知中規(guī)定:除燃用特低硫煤的發(fā)電項目要預(yù)留脫硫場地外，其他新建、擴建燃煤電廠項目均應(yīng)同步建設(shè)煙氣脫硫設(shè)施。要求凡是新建火力發(fā)電廠必須配套脫硫設(shè)施;擴建電廠的同時，應(yīng)對該電廠中未加裝脫硫設(shè)施的已

29、投運燃煤機組同步建設(shè)脫硫設(shè)施。 因此實現(xiàn)環(huán)境與經(jīng)濟(jì)的雙贏，不斷削減燃煤鍋爐二氧化硫的污染是我國能源和環(huán)境保護(hù)部門面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。1.2. 3二氧化硫的防控政策 近年來隨著二氧化硫的污染不斷威脅到人類的健康帶同時又帶來了一系列的災(zāi)難，越來越多的國家開始意識到治理二氧化硫污染迫在眉睫。世界許多國家在繼口本和美國等率先實施控制soz排放戰(zhàn)略之后也相繼制定了嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)和中長期抓制戰(zhàn)略，大大促進(jìn)了有關(guān)控制技術(shù)的發(fā)展，在短短的十多年間使二氧化硫的排放得到了大幅度的削減。從1872年英國科學(xué)家史密斯首先在工業(yè)城市發(fā)現(xiàn)了酸雨，到1972年德國施瓦茲瓦魯特等地發(fā)生松樹枯損，尤里希一提出酸雨學(xué)說;從1968年

30、瑞典歐登指出北歐酸雨的原因是來自英國等國的soz越境污染，到1979年歐美等國締結(jié)遠(yuǎn)程越界空氣污染公約(1983年生效)從1984年加拿大一歐洲部長會議發(fā)表硫氧化物30%削減宣言，到1988年歐共體環(huán)境部長會議和聯(lián)合國歐洲經(jīng)濟(jì)委員會締結(jié)的“索非業(yè)議定書”承諾到2003年歐共體12個國家的sox的排放量比1980年減少60，世界各國特別是發(fā)達(dá)國家為抑制口益嚴(yán)重的二氧化硫污染進(jìn)行了長期不解的努力。 在國際公約方面，歐盟與30多個國家在1979年簽署了長距離跨越國界大氣污染物公約，該公約十1983年生效，公約中做如下規(guī)定:1985年21個國家承諾從1980一1993年期間，至少消減30%的二氧化硫。

31、此后，經(jīng)26個國家在1994年達(dá)成并簽署了第二次硫化物議定書，設(shè)定了每個國家的最高限值，到2000年，歐洲在1980年的水平上，可消減45%的soz，到2010年，消減51%。 為遏制二氧化硫污染的繼續(xù)惡化，從20世紀(jì)70年代末我國開始了二氧化硫污染的監(jiān)測，80年代中期開展了典型區(qū)域酸雨攻關(guān)研究，90年代初開展了全國酸雨沉降研究并著手進(jìn)行二氧化硫污染防治，先后通過了中華人民共和國大氣污染防治法1995年8月)、2000重新修訂后出臺了大氣污染防治法2000年4月29日)，規(guī)定了數(shù)項重大的大氣污染防治法律制度和措施。為了進(jìn)一步削減燃煤鍋爐造成的二氧化硫的大量排放，防治空氣污染，遏制酸雨污染惡化趨

32、勢，國家環(huán)境保護(hù)部、科學(xué)技術(shù)部、國家經(jīng)濟(jì)貿(mào)易委員會等部門先后頒布了2002年全國環(huán)境保護(hù)工作要點、 國家環(huán)境保護(hù)“十五”規(guī)劃、燃煤二氧化硫排放污染防治技術(shù)政策等一系列關(guān)十二氧化硫治理的相關(guān)政策和規(guī)定，其中新的火電廠排放標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，排放濃度限值是400mg/ml。新的火電廠大氣污染排放標(biāo)準(zhǔn)的出臺，要求新建、擴建、改建的燃煤電廠一律采取煙氣脫硫措施。同時為保證我國污染物的治理，根據(jù)“國務(wù)院關(guān)十soz排污收費擴大試點工作有關(guān)問題的批復(fù)”(國函199624-19, 1998年頒發(fā)了關(guān)十在酸雨控制區(qū)和soz污染控制區(qū)開展征收soz排污費擴大試點的通知(環(huán)發(fā) 1998年6月20日）。 2000年頒布了新的大

33、氣污染防治法，國家開始陸續(xù)出臺了一系列嚴(yán)格的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)要求，特別是從2003年7月1口起，正式實行了新的二氧化硫排放收費標(biāo)準(zhǔn)，由過去的0.20兀/kg增加到0.63兀/kg，主要功能是為刺激污染者削減污染，籌集資金安裝脫硫設(shè)施。1.3煙氣脫硫技術(shù)及其發(fā)展現(xiàn)狀1.3. 1煙氣脫硫(fgd) 煙氣脫硫(flue gas desulfurization, fgd)技術(shù)是世界上唯一人規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用的脫硫方法，是控制和削減二氧化硫污染和酸雨危害的主要的技術(shù)手段也是最為有效的技術(shù)手段。煙氣脫硫(flue gas desulfurization, fgd)技術(shù)是20世紀(jì)80年代為適應(yīng)現(xiàn)有電廠發(fā)展的需要，降低現(xiàn)

34、有的煙氣脫硫技術(shù)較高的煙氣脫硫費用，發(fā)展起來的新型技術(shù)。煙氣脫硫技術(shù)按運行環(huán)境可以分為濕法、干法和半干法二類。目前，煙氣脫硫技術(shù)以引起世界各國的重視，近年來行之有效的脫硫技術(shù)已開發(fā)了數(shù)十種之多，但是，無論哪種脫硫技術(shù)都是以一種堿性物質(zhì)作為吸收劑，與二氧化硫發(fā)生傳質(zhì)吸收反應(yīng)進(jìn)達(dá)到脫硫的目的。按吸收劑的種類劃分，煙氣脫硫技術(shù)可分為如下幾種: 石灰石一石膏濕法脫硫技術(shù) 濕法脫硫技術(shù)是發(fā)達(dá)國家對發(fā)電廠煙氣脫硫主要方式，其中的石灰石一石膏濕法脫硫是目前世界上技術(shù)應(yīng)用最多、最為成熟的脫硫工藝，特別在德國、美國和口本，應(yīng)用的單機容量很大。這種技術(shù)主要是使用石灰(ca0)、石灰石(cac03)或碳酸鈉(na2

35、c0)等漿液作為洗滌劑，在反應(yīng)塔中對煙氣進(jìn)行洗滌，與煙氣中的soz反應(yīng)，經(jīng)歷吸收和氧化兩個主要步驟，生成副產(chǎn)品石膏。脫硫產(chǎn)物的石膏由十品位低，達(dá)不到商用價值，一般作拋棄處理。 噴霧干燥法脫硫技術(shù) 噴霧干燥法脫硫技術(shù)是將石灰漿液霧化后在噴霧干燥塔中與煙氣進(jìn)行接觸，石灰漿液與煙氣中的soz反應(yīng)后生成業(yè)硫酸鹽和硫酸鹽，最后連同飛灰一起被除塵器捕集。脫硫灰渣利用價值不高，多拋棄至灰場或廢舊礦坑。該工藝在美國及西歐一些國家有一定應(yīng)用范圍，我國的山東黃島電廠和四川白馬電廠均應(yīng)用此技術(shù)進(jìn)行煙氣脫硫處理。 海水脫硫技術(shù) 海水脫硫技術(shù)是臨近海邊的發(fā)電廠常采用的脫硫方法。發(fā)電廠利用海水作為吸收劑脫除煙氣中soz的

36、一種濕法脫硫方法，由十海水中含有的酸堿緩沖物質(zhì)能夠吸收soz，進(jìn)而使soz轉(zhuǎn)化成業(yè)硫酸鹽，使用鼓風(fēng)機向含有業(yè)硫酸鹽的廢水中鼓入大量的空氣，使其氧化成硫酸鹽，海水中的碳酸鹽發(fā)生又與生成的h十反應(yīng)生成coz o廢水的ph值達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)后直接排入海域。 電子束脫硫技術(shù) 電子束煙氣脫硫技術(shù)是一項高新的脫硫技術(shù)，它采用了物理與化學(xué)相結(jié)合的方法，其原理是脫硫塔內(nèi)的煙氣由十受到電子加速器產(chǎn)生的高能等離子體輻照，經(jīng)過激化、分解和電離等一系列過程產(chǎn)生氧化力很強的活性自由基o, oh和hoz等，并在有氨存在條件下，將煙氣中soz和nox轉(zhuǎn)化為硫酸錢和硝酸錢，達(dá)到煙氣脫硫的目的a 氨法煙氣脫硫技術(shù) 氨法煙氣脫硫技術(shù)

37、是采用氨水做吸收劑除去煙氣中二氧化硫等污染物的煙氣凈化技術(shù)。氨氣與二氧化硫在有水的條件下發(fā)生反應(yīng)，生產(chǎn)業(yè)硫酸錢。對業(yè)硫酸錢進(jìn)行氧化結(jié)晶干燥后最終得到優(yōu)質(zhì)肥料硫酸錢。1.3. 2煙氣脫硫技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀 (1)國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀 近年來，我國soz年排放量均在20x1叭以上，居全球首位，我國已是世界第二大酸雨區(qū)，僅次十歐洲和北美等地，因此控制二氧化硫的排放已成為我國環(huán)境安全的一項緊迫的任務(wù)。國務(wù)院在1998年1月12口就以國函【19985號文件的形式對國家環(huán)保局關(guān)十呈報審批酸雨控制區(qū)和soz污染控制區(qū)劃分方案的請示(環(huán)【1997634號文件)作出批復(fù)m,2o。批復(fù)文件中明確規(guī)定:新建、改造燃煤含硫量大十

38、1%的電廠，必須建設(shè)脫硫設(shè)施?，F(xiàn)有燃煤含硫量大十1%的電廠，要在2000年前采取減排soz的措施，在2010年前分期分批建成脫硫設(shè)施或采取其他相應(yīng)的減排soz措施。 由十在對二氧化硫的治理方面我國起步較晚，至今還處十摸索階段的，目經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r還不允許像發(fā)達(dá)國家那樣投入大量的人力和財力，目前國內(nèi)一些電廠的煙氣脫硫技術(shù)和裝置絕大部分還是從歐洲、美國、口本引進(jìn)的，一些自主研發(fā)的新技術(shù)還都處十試驗階段，目大多是處理量較小的煙氣脫硫技術(shù)。不過由十近幾年脫硫工程是所有新建電廠必須的建設(shè)的，國家環(huán)保要求相對較為嚴(yán)格，因此我國開始逐步以國外的技術(shù)為基礎(chǔ)研制適合自己國家的脫硫技術(shù)。 (2)國外發(fā)展現(xiàn)狀 煙氣脫硫

39、(cfgd)技術(shù)始十本世紀(jì)80年代，據(jù)國際能源機構(gòu)煤炭研究所組織的調(diào)查，1992年末全世界17個國家的燃煤電廠安裝了各種煙氣脫硫設(shè)備，其中德國208套、美國308套、口本51套，其他國際79套，全世界總計646套，總裝機容量達(dá)167gw。濕式脫硫工藝占世界安裝fgd機組總?cè)萘康?1.8%。德國的dba、美國的abb,b&w, noell-krs及biscoff的脫硫系統(tǒng)和濕法脫硫工藝原理總體構(gòu)成基本相同，但各有特點。目前全世界已經(jīng)或正在通過立法限制soz排放的國家有20多個，德國在1983年制訂的聯(lián)邦soz排放標(biāo)準(zhǔn);美國在1970年提出了只對新建機組具有要求的soz排放標(biāo)準(zhǔn)，此后，美國

40、國會在1990年通過了“清潔空氣修正法案(caaa) "，使標(biāo)準(zhǔn)適用范圍擴大，要求更加趨十嚴(yán)格;口本是目前世界上嚴(yán)格控制soz的國家之一，在燃煤鍋爐上安裝了許多脫硫設(shè)備，其中煙氣脫硫設(shè)備約有2700套(1990年前)。歐洲其它國家也已陸續(xù)開始這方面的工作。1.4氨法脫硫技術(shù) 氨法煙氣脫硫技術(shù)是采用氨水做吸收劑除去煙氣中二氧化硫等污染物的煙氣凈化技術(shù)。70年代初口本與美國等國開始研究氨法脫硫工藝，并相繼獲得成功。但因為氨的價格相對十低廉的石灰石等吸收劑來說較高，高昂的運行成本是影響氨法脫硫工藝得到廣泛應(yīng)用的最大因素，因此經(jīng)濟(jì)技術(shù)等方面的原因造成氨法煙氣脫硫技術(shù)在世界上應(yīng)用較少。同時腐蝕

41、塔體、凈化后尾氣中的氣溶膠問題等等也成為氨法脫硫工藝在開發(fā)初期遇到的較大的問題。進(jìn)入90年代后，隨著合成氨工業(yè)的不斷發(fā)展以及廠家對氨法脫硫工藝自身的不斷完善和改進(jìn)，以及技術(shù)的進(jìn)步和對氨法脫硫觀念的轉(zhuǎn)變，氨法脫硫技術(shù)的應(yīng)用呈逐步上升的趨勢。 脫硫塔不易結(jié)垢 由十硫酸錢具有極易溶解的化學(xué)特性，目_氨具有更高的反應(yīng)活性，因此氨法脫硫系統(tǒng)不易產(chǎn)生結(jié)垢現(xiàn)象。 氨法對煤中硫含量適應(yīng)性廣 氨法脫硫?qū)γ褐辛蚝康倪m應(yīng)性廣，低、中、高硫含量的煤種脫硫均能適應(yīng)，特別適合十中高硫煤的脫硫。采用氨法時，特別是采用廢氨水作為脫硫吸收劑時，由十脫硫副產(chǎn)物的價值較高，煤中含硫量越高，脫硫副產(chǎn)品硫酸錢的產(chǎn)量越大，也就越經(jīng)濟(jì)，

42、采用石灰石一石膏法時，煤的含硫量高，石灰石用量就越大，脫硫費用也就越高。 無二次污染 氨是生產(chǎn)化肥的原料。以氨為原料，實現(xiàn)煙氣脫硫，生產(chǎn)化肥，不消耗新的自然資源，不產(chǎn)生新的廢棄物和污染物，變廢為寶，化害為利，為綠色生產(chǎn)技術(shù)，將產(chǎn)生明顯的環(huán)境、經(jīng)濟(jì)和社會效益。因此，氨法與鈣法具有明顯的區(qū)別。氨法屬十回收法，鈣法屬十拋棄法。拋棄法的缺點是消耗新的自然資源、產(chǎn)生新的廢棄物和污染污，具有明顯的二次環(huán)境問題。 系統(tǒng)簡單、設(shè)備體積小、能耗低 氨是一種良好的堿性吸收劑，從吸收化學(xué)機理上分析，soz的吸收是酸堿中和反應(yīng)，吸收劑堿性越強，越利十吸收，氨的堿性強十鈣基吸收劑。從吸收劑物理機理上分析，鈣基吸收劑吸收

43、soz是一種氣一固反應(yīng)，反應(yīng)速率慢、反應(yīng)不完全、吸收劑利用率低，需要大量的設(shè)備和能耗進(jìn)行磨細(xì)、霧化、循環(huán)等以提高吸收劑利用率，往往設(shè)備龐大、系統(tǒng)復(fù)雜能耗高。氨吸收煙氣的soz是氣一液反應(yīng)，反應(yīng)速度快、反應(yīng)完全，吸收劑利用率高;可以做到很高的脫硫效率，同時相對鈣基脫硫工藝來說系統(tǒng)簡單、設(shè)備體積小、能耗低。 綜上所述，基十我國基本國情由十，使用氨法脫硫技術(shù)，可充分利用我國廣泛的氨源來生產(chǎn)硫錢肥，既治理了soz污染，又滿足長期大量的化肥需求，并可產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)效益。濕式氨法在治理二氧化硫污染的同時又可去除煙氣中的氮氧化物污染，對減排溫室氣體、進(jìn)一步適應(yīng)環(huán)保的更高要求有著重要意義。目_隨著國內(nèi)部分氨法

44、脫硫項目的成功使用，氨法脫硫?qū)⒃絹碓綇V泛的成為未來我國脫硫市場的主要技術(shù)。 1. 5本課題研究內(nèi)容本課題以小型燃煤鍋爐為基礎(chǔ)，主要研究了濕式氨法對十小型燃煤鍋爐煙氣中二氧化硫的脫除技術(shù)。通過對燃煤鍋爐煙氣量的計算建立合理的脫硫系統(tǒng)理論模型，采用fluent軟件對該理論模型進(jìn)行模擬，檢驗系統(tǒng)的合理性。在模擬檢驗的基礎(chǔ)上，設(shè)計了脫硫系統(tǒng)的實物模型。最后，結(jié)合實際小型燃煤鍋爐煙氣進(jìn)行了單因素和復(fù)合因素的脫硫效率實驗，利用sas軟件和design-expert軟件分析實驗數(shù)據(jù)，最終得出一套適用與小型燃煤鍋爐氨法脫硫的新技術(shù)以及最優(yōu)脫硫系統(tǒng)運行參數(shù)。研究路線如圖1.1所示。 2氨法脫硫反應(yīng)機理2. 1吸

45、收機理 氨法脫硫技術(shù)原理是采用氨水為脫硫吸收劑，與進(jìn)入吸收塔的煙氣接觸混合，反應(yīng)生成業(yè)硫酸錢，再被空氣氧化生成硫酸錢溶液后，經(jīng)過蒸發(fā)結(jié)晶、干燥后制得化學(xué)肥料硫酸錢。其化學(xué)反應(yīng)式下: nhs+hz0+soz二nh4hs03 2nh3+hz0+so2=(nh4)z so3 (nh4)zs+hz0+2so2=nh4hs 生成的業(yè)硫酸錢對soz有更好的吸收性能。該脫硫技術(shù)實質(zhì)上是以循環(huán)生成的(nh4)2 s03不i inhhso水溶液吸收soz的過程。隨著nhhso比例的增大，溶液的吸收能力降低，此時必須補充氨水，將nhhso轉(zhuǎn)化成(nh4)2503 nhs+nh4hs03 = (nh4 ) z s0

46、3 生成的業(yè)硫酸錢再被煙氣中的氧氣氧化成(nh4)2s04: 2(nh4) z so3=2(nh4 z s04 生成的(nh4)2504再經(jīng)過蒸發(fā)結(jié)晶，干燥制得化學(xué)肥料硫酸錢。2. 2傳質(zhì)機理 在氨法脫硫系統(tǒng)中soz的吸收是在液氣兩相中傳遞的其傳質(zhì)機理可用雙膜理論解釋。雙膜理論是用十描述氣液兩相間物質(zhì)傳遞過程的傳質(zhì)模型。雙膜理論認(rèn)為，氣體吸收過程可以看作是吸收質(zhì)通過氣液膜的擴散，從氣相主體傳遞到氣液界面的吸收質(zhì)的通量等十從界面?zhèn)鬟f到液相主體的吸收質(zhì)的通量，在界面上無吸收質(zhì)的積累和虧損。 吸收塔內(nèi)soz的吸收過程是溶質(zhì)從氣相向液相的物質(zhì)傳遞過程。soz的吸收可以用雙膜理論解釋，主要經(jīng)歷3個步驟:

47、oo soa從氣相主體穿過氣膜向氣液界面?zhèn)鬟f; soz在液膜表面溶解; soz經(jīng)過氣液交界面到達(dá)液膜并隨即與氨水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。雙膜理論模型如圖2.1012 圖2.1雙膜理論模型 圖中pa認(rèn)表示組分氣相主體中的分壓，pai表示在界面上的分壓，ca及cai，則分別表示組分在液相主體及界面上的濃度，氣體的吸收可簡化為經(jīng)氣液兩膜層的分子擴散，這兩薄膜構(gòu)成了吸收過程的主要阻力，溶質(zhì)以一定的分壓及濃度差克服兩膜層的阻力，膜層以外幾乎不存在阻力40氨水吸收soz的反應(yīng)為快速反應(yīng)，soz在液膜內(nèi)的溶解為快速反應(yīng)，所以、為吸收控制步驟。通過雙膜理論可以得出: soz的吸收速率受到多種因素的影響，這些因素的影響可

48、以用氣液傳質(zhì)的雙膜理論模型來解釋; soz的吸收速率隨著煙氣入口濃度的增大而提高，但提高的幅度逐漸變小; soz的吸收速率隨著煙氣人口溫度升高而下降。2. 3工藝流程 鍋爐排出的煙氣通過引風(fēng)機增壓后首先進(jìn)入除塵設(shè)備，凈化后的煙氣進(jìn)入吸收塔脫硫系統(tǒng)，引風(fēng)機用來克服整個fgd系統(tǒng)的壓降。吸收塔分為二個區(qū)域:分別為吸收區(qū)、漿池區(qū)及除霧區(qū)，煙氣向上通過脫硫塔，從脫硫塔內(nèi)噴淋管組噴出的懸浮液滴向下降落，煙氣與氨一硫酸錢漿液液滴逆流接觸，發(fā)生傳質(zhì)與吸收反應(yīng)，以脫除煙氣中的soz。脫硫后的煙氣經(jīng)除霧器去除煙氣中火帶的液滴后，從頂部離開脫硫塔，通過原煙道進(jìn)入煙囪排放。脫硫塔下部漿池中的氨一硫酸錢漿液由循環(huán)泵循

49、環(huán)送至漿液噴霧系統(tǒng)的噴嘴，產(chǎn)生細(xì)小的液滴沿脫硫塔橫截面均勻向下噴淋o soz和sos與漿液中的氨反應(yīng)，生成業(yè)硫酸鉸和硫酸鉸。在脫硫塔漿池中鼓入空氣將生成的業(yè)硫酸氧化成硫酸，由十充分吸收了煙氣中的熱量，脫硫塔中硫酸由十水蒸發(fā)過飽和析出硫酸鉸結(jié)晶，抽出的硫酸鉸漿液進(jìn)入母液罐，經(jīng)過離心機進(jìn)一步脫水，最后經(jīng)干燥后得到硫酸鉸產(chǎn)品。同時在塔底加入新鮮氨水，恢復(fù)吸收液吸收能力。吸收液從塔底抽出一部分作為循環(huán)吸收液;一部分進(jìn)入后續(xù)的過濾單兀和結(jié)晶單兀進(jìn)行過濾和結(jié)晶，最終得到硫酸鉸顆粒。通過測定反應(yīng)溶液的ph值來計算通入的氨水的量，達(dá)到充分反應(yīng)的目的，提高soz的吸收及硫酸鉸的轉(zhuǎn)化率。工藝流程如圖2.2所示:

50、圖2.2濕式氨法脫硫工藝流程圖3建立脫硫系統(tǒng)模型 所謂建立脫硫系統(tǒng)模型是指，在設(shè)計脫硫系統(tǒng)之前，通過考察鍋爐功率，確定鍋爐燃煤煤質(zhì)，計算鍋爐產(chǎn)生的煙氣量，分析煙氣中所含成分。進(jìn)而設(shè)計脫硫系統(tǒng)的主要設(shè)備尺寸，包括脫硫系統(tǒng)煙氣除塵設(shè)備和脫硫塔塔體。3. 1鍋爐煙氣量計算 本課題中以0. 5 t/h的小型燃煤鍋爐為脫硫系統(tǒng)模型設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，所燒燃煤成分如表3.1所示，煤的產(chǎn)熱量為5000大卡每千克，即20. 92mj/kg。 表3.1燃煤成分成分chnso灰分所占百分?jǐn)?shù)77.8%5.2%1.2%2.0%5.9%7.9% 3.1.1鍋爐燃煤量的計算 0. 5 t/h的鍋爐功率為0.35mw 鍋爐的熱效率一

51、般為60%-70%在此取驗值為63%。 則每小時鍋爐的燃煤量為:kg/h3. 1. 2鍋爐每小時產(chǎn)生煙氣量的計算煤在鍋爐中燃燒生成產(chǎn)物(假設(shè)充分燃燒)見表3.2所示。 表3.2煤燃燒產(chǎn)物 元素 產(chǎn)物 c coz n no o s soz h hz0已知煤的成分，則假設(shè)燃燒含有1 mol碳的煤，則煤中其他物質(zhì)的摩爾含量如3.3所示 表3.3含有1mol碳的煤中所有元素的含量元素chnso灰分mol10.8020.0130.010.0571.22 根據(jù)上表可知: 含有1 mol碳的此種煤的質(zhì)量為15.43g 對十該種煤，其綱_成可表示為cho.bozno.ol3so.ono.os 根據(jù)煤燃燒的理論

52、可以知道，燃煤生成的煙氣量是由煤燃燒生成的產(chǎn)物加上剩余氮氣的量以及過量的空氣組成。因此燃燒15.43g該種煤所生成產(chǎn)物的摩爾數(shù)為 1+0.401+0.0065+0.01=1.4175mo1 通過計算又可知剩余氮氣的量為4.49253mo1，過剩空氣的量為1.7043mo1(在此取空氣過剩系數(shù)為1.3)0 則15.43g該種煤所生成的煙氣量為 1.4175+4.49253+1.7043=7.61433mo1 綜上所述可以知道，在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下(1.01325x105pa 200c)燃燒lkg該種煤所生成的煙氣的量為根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程，將該狀態(tài)氣體轉(zhuǎn)化為鍋爐煙氣出口出溫度下的體積，則有即 則在實際溫度下(實測鍋爐煙氣出口溫度為1500c)，燃燒lkg該種煤所生成的煙氣的量為17.13m3。那么，可以算出0. 5 t/h的鍋爐一小時實際所產(chǎn)生的煙氣量為q=95.6 x 17.13=1637.63m3. 1. 3初始煙氣中污染物的濃度(1) soz的濃度煙塵的濃度3. 3脫硫塔模型設(shè)計 脫硫塔模型設(shè)計是基十本設(shè)計所選的脫硫塔類型和煙氣速度、流量所確定的，本設(shè)計中選用脫硫塔