鍋爐煙氣脫硫新技術(shù)及裝置研究

鍋爐煙氣脫硫新技術(shù)及裝置研究鄢亞玲，彭琴（昆明冶金研究院，云南昆明650031）直接從氣體轉(zhuǎn)變?yōu)榭刹都�的粒��，然后通過分離器將其分離出煙道，從而實(shí)現(xiàn)脫硫目的。文章從脫硫機(jī)理、裝置形成、運(yùn)行指標(biāo)上論證了這種技術(shù)及裝置的可行性。

　　1前言二氧化硫污染是當(dāng)代世界的重大環(huán)境問題之一。繼歐、美之后，我國由于SO的大量排放而產(chǎn)生大面積酸雨，造成農(nóng)業(yè)、林業(yè)的巨大經(jīng)濟(jì)損失。

　　同時(shí)，引起城市大氣SO污染，危害著人群健康，造成生活環(huán)境質(zhì)量惡化。嚴(yán)峻的形勢(shì)引起政府、民眾及有關(guān)部門的高度重視。

　　在云南省70 以上的SO是由燃煤產(chǎn)生，我省近1 600多臺(tái)鍋爐未安裝煙氣脫硫裝置，燃煤鍋爐是構(gòu)成SO污染源的主要部分。而目前國內(nèi)外鍋爐煙氣脫硫技術(shù)，仍是以濕式脫硫?yàn)橹鳎�多采用堿性漿液溶液作為捕集吸收劑，如石灰―石膏法、維爾曼―洛德法、碳酸鈉、氨法等。這些脫硫方法脫硫效率都比較高，可保證穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放，但這些脫硫技術(shù)工藝復(fù)雜、投資高，運(yùn)行費(fèi)用高，國內(nèi)僅少數(shù)電廠鍋爐采用，對(duì)于中小型鍋爐而言，顯然難以采納。

　　2新型脫硫技術(shù)及裝置大多數(shù)濕式脫硫方法中，需將煙氣在吸收塔內(nèi)預(yù)洗、降溫后，再與吸收漿液接觸，進(jìn)行吸收脫硫凈化，一般需液氣比最少為2.6L/m 3.該技術(shù)基于控制條件讓SO直接從氣態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱Ｗ樱�使用清水作為捕集轉(zhuǎn)化載體，通過噴霧裝置，可直接在原煙道內(nèi)達(dá)到和實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)化成為粒子的目的，省去了吸收塔等主體反應(yīng)設(shè)備，然后通過安裝在煙道上的氣水分離器，將含SO霧滴引出煙道，含酸廢水進(jìn)行外部處理后循環(huán)回用。在該技術(shù)中，需要控制的主要是煙氣溫度及流速。

　　因此該技術(shù)形成的裝置主要由二部分構(gòu)成：霧化系統(tǒng)氣水分離器，關(guān)鍵技術(shù)有兩點(diǎn)：（1）SO從氣態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱Ｗ樱?）高效氣水分離器。

　　3技術(shù)原理粒子化機(jī)理從二氧化硫本身物理化學(xué)性質(zhì)分析，其沸點(diǎn)無外界條件協(xié)助，處于自然狀態(tài)下是無法實(shí)現(xiàn)粒子化的。從自然界二氧化硫形成酸雨得到啟發(fā)，在排煙道內(nèi)人為地摸擬一定溫度、壓力、溫度、含塵量及流速等參數(shù)，使煙氣中的SO氣體被吸收、生長(zhǎng)、凝結(jié)轉(zhuǎn)變成高濃度氣溶膠霧粒子，經(jīng)高效分離器，可以實(shí)現(xiàn)提前在煙道里下酸雨的目的，其轉(zhuǎn)變過程可由氣溶膠理論和氣體吸收理論進(jìn)行描述，實(shí)質(zhì)上煙氣與水霧微粒間的傳質(zhì)傳熱過程屬于氣溶膠之間以及氣溶膠與氣體及水蒸氣之間的傳熱傳質(zhì)問題。研究表明可逆膨脹以及在較低溫度體系下冷空氣混合這兩個(gè)條件都可以生成由液體微粒組成的氣溶膠，在收縮―――擴(kuò)張管里進(jìn)行凝結(jié)研究，在典型的試驗(yàn)里，空氣與水蒸氣通過噴嘴而膨脹，喉管下游的壓力與溫度持續(xù)降低，在擴(kuò)張段的某點(diǎn)氣體所云南冶金產(chǎn)生的核迅速長(zhǎng)大，并出現(xiàn)可見霧。另外，煙氣中的細(xì)微顆粒物也是形成凝結(jié)產(chǎn)物的一個(gè)主要因素，適當(dāng)條件下，以細(xì)微粒子為核心，產(chǎn)生凝結(jié)是十分迅速的。一旦氣相內(nèi)形成凝結(jié)物質(zhì)，該體系就處于不平衡狀態(tài)，體系便向著建立新平衡狀態(tài)轉(zhuǎn)化。根據(jù)上述原理， SO粒子化理論是可行的，其轉(zhuǎn)變是可以實(shí)現(xiàn)的。其轉(zhuǎn)變過程如圖1所示。

　　3.2高效氣水分離器原理由煙氣、霧滴及灰塵組成的體系內(nèi)，至少存在二個(gè)以上的相，其在管道傳輸過程中的力學(xué)關(guān)系基本上屬于氣液二相流體力學(xué)。在二相介質(zhì)共同流動(dòng)過程中，介質(zhì)除與管壁之間存在著作用力外，在二相界面之間也存在著作用力。二相的分布狀況也是多種多樣的，可以是密集的，也可以是分散的，這種不同的分布狀態(tài)，稱為二相流動(dòng)的型態(tài)，不但影響二相流動(dòng)的力學(xué)關(guān)系，而且影響其傳熱和傳質(zhì)性能。另外，二相流中，各相的速度是不同的，這些都是氣液二相流基本的特點(diǎn)。

　　流道內(nèi)氣液分離，實(shí)際上是氣相和由霧滴組成的液相之間的分離，兩相明顯存在著密度差，可以利用慣性碰撞原理來進(jìn)行分離。即由于拐形流道的流動(dòng)區(qū)域發(fā)生變化、導(dǎo)致煙氣的流向和流線發(fā)生改變。由于慣性的作用，懸浮在煙氣中的含SO酸性霧滴或氣溶膠會(huì)在氣流變向時(shí)拋離流線，與流道壁面發(fā)生碰撞而被阻留分離。

　　上海交通大學(xué)徐君嶺、施建偉等老師，對(duì)拐形分離器內(nèi)空氣單相傳熱與流動(dòng)，采用K ε湍流模型，使用有限差分方法計(jì)算流道內(nèi)流場(chǎng)分布。兩相流動(dòng)采用兩相分離流模型，即氣相采用Enler方法描述，水滴相采用隨機(jī)采樣分離流模型（SSF）由Largrange方法求解，求解出連續(xù)相中粒子位置與速度的表達(dá)式為：式中i =1 ， 2分別代表x與y方向的物理量―――粒徑―――粒子周圍連續(xù)相的瞬時(shí)速度―――對(duì)應(yīng)粒子的瞬時(shí)速度―――粒子的標(biāo)準(zhǔn)阻力系數(shù)，與Re有關(guān)以此計(jì)算，當(dāng)霧滴粒徑小于5μm時(shí)，整個(gè)粒子將在流道內(nèi)完全氣化，分離效率為零。當(dāng)粒徑大于5μm時(shí)，分離效果明顯，效率大于78 .

　　除粒子大小外，很顯然，酸霧氣溶膠粒子與拐形流道壁面發(fā)生碰撞后被吸收的程度對(duì)整套裝置的脫硫效率有著重要的影響。上海交大為此建立了吸收與反彈模型，并給出了兩個(gè)判斷系數(shù)：碰撞的反彈系數(shù)：γ=水霧粒子被壁面粘附的判斷準(zhǔn)則系數(shù)：β=β與水霧粒子溫度、流體中灰粒雜質(zhì)以及流道壁面粗糙度等因素密切相關(guān)。在實(shí)際過程中，當(dāng)β0.4，認(rèn)為水霧存在足夠的動(dòng)能來克服壁面的摩擦阻力而從壁面反彈。反彈后，可得出：通過計(jì)算認(rèn)為：γ取0.8 ，流場(chǎng)分布合理。

　　4設(shè)備運(yùn)行情況根據(jù)該技術(shù)而設(shè)計(jì)制作的示范裝置安裝在一臺(tái)型號(hào)為DZL4 1.25 AⅡ的4t/h燃煤鍋爐排煙管道上，對(duì)其煙氣中SO進(jìn)行治理，運(yùn)行已近2年，云南省環(huán)境監(jiān)測(cè)站、西山區(qū)環(huán)境監(jiān)測(cè)站、五華區(qū)環(huán)境監(jiān)測(cè)站及云南冶金環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)均表明，鍋爐煙氣SO排放濃度穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，去除率在61.5～69.5之間。監(jiān)測(cè)結(jié)果。

　　5結(jié)論該技術(shù)在原理和形成的設(shè)備方面有新意。從示范裝置從運(yùn)行考核結(jié)果看，技術(shù)指標(biāo)較好，且投資及運(yùn)行費(fèi)用低，易被大多數(shù)企業(yè)所接受。其特點(diǎn)為：（1）基本達(dá)到預(yù)期目的，形成的示范裝置實(shí)際運(yùn)行技經(jīng)指標(biāo)全面達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)要求：在用清水作捕集液、液氣比≤0.1L/m（工況）時(shí)，氣水分離云南冶金3.5樣品分析稱取1.000 0g試樣于150mL燒杯中，以下同實(shí)驗(yàn)方法（2.2）操作處理、測(cè)試，按標(biāo)準(zhǔn)加入法計(jì)算Te的含量。用本法分析部份高純陰極銅及氧化銅光譜標(biāo)樣的結(jié)果。由表1可以看出，本法可以滿足痕量分析的要求。

　　試樣本法結(jié)果外檢結(jié)果北京美國德國云冶標(biāo)準(zhǔn)值CuO標(biāo)樣致謝：云南冶煉廠檢驗(yàn)處朱榮、劉明勝等同志對(duì)本試驗(yàn)給予了大力協(xié)助與支持，提供樣品數(shù)據(jù)，作者在此表示衷心感謝。

　　陳德真。冶金分析與測(cè)試（冶金分析分冊(cè)） [ J] .1985， 5 （6）：[ 7]周伯勁。試劑化學(xué)[ M] .廣州：廣東省韶關(guān)市科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì)，濃度監(jiān)測(cè)結(jié)果比較監(jiān)測(cè)方法及儀器濃度范圍平均濃度范圍平均去除率/ 監(jiān)測(cè)單位碘量法英國探頭式測(cè)定儀TH 990測(cè)定儀云南省冶金環(huán)境監(jiān)測(cè)中心昆明市五華區(qū)環(huán)境監(jiān)測(cè)站昆明市西山區(qū)環(huán)境監(jiān)測(cè)站云南省環(huán)境監(jiān)測(cè)中心（2）與其它治理工藝技術(shù)及設(shè)備相比較，該項(xiàng)技術(shù)及裝置確實(shí)具備：工藝簡(jiǎn)單、體積小、占地面積小等特點(diǎn)，尤其適合對(duì)舊設(shè)備的改造（3）該項(xiàng)技術(shù)及裝置經(jīng)濟(jì)指標(biāo)較好，投資少，示范裝置投資總計(jì)4.36萬元，折算成單位投資：1.09萬元/蒸t ，低于1.5萬元/蒸t的專家市場(chǎng)預(yù)測(cè)價(jià)。治理費(fèi)用低，含設(shè)備折舊在內(nèi)， 0.41～0.99元2，若不計(jì)折舊費(fèi)，成本費(fèi)用僅為0.32～0.71 2，低于其它濕式脫硫方法治理成本（4）云南省中小型燃煤鍋爐較多，所用燃煤含硫量低于2 ，產(chǎn)出煙氣含SO濃度低于2 800mg/ 3，適合運(yùn)用該技術(shù)，云南省經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平相對(duì)落后，開發(fā)研究、推廣這項(xiàng)經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的脫硫技術(shù)及裝置，對(duì)推動(dòng)落后地區(qū)的二氧化硫治理工作具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。