锅炉烟气湿法脱硫理论与工业技术研究

论文摘要

随着经济的快速发展,二氧化硫的排放总量呈现快速增长趋势,消减和控制工业锅炉烟气二氧化硫的排放已成为我国可持续发展的严峻挑战。WX型脱硫装置是天津大学开发的适用于中小型锅炉的高效脱硫除尘一体化装置,本文对其核心元件文丘里洗涤器的脱硫性能进行了试验研究与理论分析,在此基础上设计了适用于中大型锅炉的WX/U型脱硫装置,并通过模拟试验和示范工程考察了该装置的脱硫效果。另外本文还在WX/U型脱硫试验平台上就添加剂对石灰脱硫的强化作用进行了试验研究。首先,就不同参数对文丘里脱硫效率和压力损失的影响进行了试验研究,得到了二氧化硫初始浓度为2000 mg·m-3时,文丘里洗涤器优化操作条件为:氢氧化钠溶液浓度为0.075 mol·l-1,液气比为1.0 l·m-3,喉口气速为40 m·s-1。其次,采用有限反应速率的二阶不可逆反应描述氢氧化钠与二氧化硫的反应过程,在考虑轴向涡流扩散与烟气与液滴相对速度的基础上,得到了描述文丘里内气-液传质的宏观模型。脱硫效率的预测值与实验值吻合良好,三种尺寸的文丘里洗涤器相对误差的算术平均值均小于5%,最大相对误差为-8.07%。再次,根据文丘里洗涤器与旋流分离器的结构特点,设计了结构合理、经济性好的WX/U型脱硫装置。模拟试验表明,优化操作条件下WX/U脱硫效率比单一文丘里洗涤器增加9.6%。20 t·h-1锅炉的WX/U型脱硫装置的运行效果表明,烟气出口的二氧化硫与烟尘浓度均达到了国家标准。在此基础上,还完成了WX/4U脱硫装置应用于2×130 t·h-1锅炉烟气脱硫的工程设计与推广工作。最后,在WX/U模拟试验平台上对脱硫剂进行筛选,研究添加剂对石灰脱硫的强化作用,结果表明增强作用的次序为:硫酸钠>造纸黑液>甲酸>柠檬酸>己二酸>氧化镁>硫酸镁。其中硫酸钠的增强作用最显著,成本也较低,是一个非常有发展前景的添加剂。同时还对硫酸钠强化石灰脱硫时操作条件对脱硫效率的影响进行了研究,并得到了优化的操作条件,氧化钙吸收液浓度为0.8%,液气比为1.0 l·m-3,喉口气速为40 m·s-1,硫酸钠的适宜浓度为0.004～0.006 mol·l-1。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 我国二氧化硫的污染现状及发展趋势
• 1.2 我国烟气脱硫技术与烟气脱硫装置的应用现状
• 1.2.1 烟气脱硫技术
• 1.2.2 国内烟气脱硫现状
• 1.2.3 国内脱硫技术的研发状况
• 1.2.4 典型的湿法脱硫设备
• 1.3 课题研究背景与内容
• 1.3.1 课题背景
• 1.3.2 研究内容
• 1.4 本章小结
• 第二章 文献综述
• 2.1 文丘里洗涤器脱除有害气体的研究进展
• 2.1.1 试验研究
• 2.1.2 理论计算方法
• 2.2 脱硫添加剂的研究进展
• 2.2.1 无机添加剂
• 2.2.2 有机添加剂
• 2.2.3 复合添加剂
• 2.3 本章小结
• 第三章 文丘里洗涤器氢氧化钠吸收二氧化硫的试验研究
• 3.1 文丘里洗涤器模拟试验装置
• 3.1.1 试验流程
• 3.1.2 文丘里洗涤器的尺寸设计
• 3.2 实验测量方法
• 3.2.1 二氧化硫浓度的测量
• 3.2.2 管道内气流压力的测定
• 3.2.3 气体流量和流速的测定和计算
• 3.2.4 耗水量及液气比的测定和计算
• 3.3 试验结果分析与讨论
• 3.3.1 氢氧化钠吸收二氧化硫的正交试验
• 3.3.2 单因素试验适宜操作条件的确定
• 3.3.3 操作参数对脱硫效率的单因素试验
• 3.4 本章小结
• 第四章 文丘里洗涤器气－液传质分析
• 4.1 理论模型的建立
• 4.1.1 氢氧化钠溶液吸收二氧化硫的化学过程
• 4.1.2 文丘里气－液传质分析假设条件
• 4.1.3 传质方程的建立
• 4.2 模型参数的确定
• 4.2.1 气体的轴向速度
• 4.2.2 液滴的运动方程
• 4.2.3 液滴平均直径dd 与液含率
• 4.2.4 气液传质比表面积a
• 4.2.5 涡流扩散系数
• 4.2.6 气液传质系数
• 4.2.7 气液平衡浓度
• 4.3 模型的求解过程
• 4.4 模拟结果及讨论
• 4.4.1 本文模型的试验验证
• 4.4.2 操作参数对文丘里洗涤器脱硫性能影响的模拟研究
• 4.5 本章小结
• 第五章 WX/U 脱硫装置的结构设计与工程运转试验
• 5.1 WX/U 脱硫装置的模拟试验结果分析与讨论
• 5.1.1 试验流程
• 5.1.2 试验结果分析与讨论
• 5.2 WX/U 脱硫装置的工程运转试验考核
• 5.2.1 工程概述
• 5.2.2 脱硫除尘工艺路线的选择
• 5.2.3 装置主要设计工艺参数
• 5.2.4 装置结构特点
• 5.2.5 WX/U 型脱硫装置的工程效果
• 5.3 本章小结
• 第六章 脱硫剂应用种类及适宜添加剂的试验研究
• 6.1 脱硫剂种类的选择
• 6.1.1 不同脱硫剂对脱硫效率的影响
• 6.1.2 石灰吸收液浓度对脱硫效率的影响
• 6.2 使用石灰脱硫剂时添加剂的筛选
• 6.2.1 无机添加剂对脱硫效率的影响
• 6.2.2 有机添加剂对脱硫效率的影响
• 6.2.3 WX/U 型脱硫装置适宜添加剂的选择
• 2SO₄作为添加剂时操作参数对脱硫效率的影响'>6.3 Na₂SO₄作为添加剂时操作参数对脱硫效率的影响
• 2SO₄作为添加剂时石灰浓度对脱硫效率的影响'>6.3.1 Na₂SO₄作为添加剂时石灰浓度对脱硫效率的影响
• 2SO₄添加浓度对脱硫效率的影响'>6.3.2 Na₂SO₄添加浓度对脱硫效率的影响
• 2SO₄作为添加剂时液气比对脱硫效率的影响'>6.3.3 Na₂SO₄作为添加剂时液气比对脱硫效率的影响
• 2SO₄作为添加剂时喉口气速对脱硫效率的影响'>6.3.4 Na₂SO₄作为添加剂时喉口气速对脱硫效率的影响
• 6.4 本章小结
• 第七章 WX/4U 脱硫装置的应用与推广
• 7.1 WX/4U 型脱硫装置的特点
• 7.2 WX/4U 型脱硫装置的工业应用前景
• 第八章 总结与展望
• 8.1 本文工作总结
• 8.1.1 文丘里洗涤器脱硫理论模型与试验分析
• 8.1.2 WX/U 的模拟试验与工业运转试验
• 8.1.3 吸收剂的选择与添加剂增强作用的试验研究
• 8.2 论文创新点
• 8.3 今后工作展望
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表和完成的学术论文
• 符号说明
• 致谢