添加湿空气促进湿法脱硫净烟气中PM2.5及SO3酸雾脱除的研究

摘要

燃煤电站是我国大气环境中细颗粒物(PM2.5)、SO3酸雾含量增加的主要污染源之一，且电厂现有的污染物控制设备对PM2.5及SO3酸雾的脱除效率较低。本文采用在湿法脱硫净烟气中添加湿空气的方式形成过饱和水汽环境，促进PM2.5和SO3酸雾脱除。
　　论文采用数值计算手段对湿法脱硫净烟气与湿空气混合后的过饱和水汽环境形成规律及可凝结水汽量进行了分析。结果表明，在高湿烟气中添加适量低温湿空气可实现PM2.5和SO3酸雾凝结长大所需的过饱和水汽环境，且过饱和度主要取决于脱硫净烟气温湿度、湿空气温湿度及添加量等因素。水汽过饱和度和可凝结水量随湿空气与烟气的温差变大而增大，且随湿空气相对湿度的升高而略有增加;当湿空气添加量增多时，混合后过饱和度先增加后趋于平缓并逐渐降低。数值模拟结果表明塔顶相变室内湿空气与脱硫净烟气混合状况良好，相变室主体区域内速度、温度梯度较高，二者能够进行充分的热质交换，从而获得较高的水汽过饱和度，可为PM2.5及SO3酸雾的凝结长大和脱除提供良好的条件。
　　本文在数值计算和模拟的基础上，对塔顶添加湿空气促进PM2.5及SO3酸雾的脱除进行了试验研究，考察了脱硫净烟气特性、湿空气温湿度以及湿空气添加量等对脱除效率的影响。结果显示添加适量湿空气能够明显提高PM2.5、SO3酸雾的脱除效率，降低二者的出口浓度。PM2.5、SO3酸雾的脱除效率随脱硫净烟气温度、湿空气添加量升高而增大，说明添加湿空气的方式适合应用于脱硫净烟气温度较高(≥55～60℃)的场合;同时随着湿空气相对湿度的增大，二者脱除效率略有升高。当湿空气的温度较低(≤15℃)时，细颗粒物的脱除效率可高达45％左右。
　　撞击流相变室由于其高湍动性和高传递系数使得含尘烟气对撞后细颗粒物和SO3酸雾出口浓度均降低，并且在添加湿空气后效果更明显。在相同操作条件下，添加湿空气前后PM2.5的脱除效率分别为30％、40.8％，SO3酸雾的脱除效率分别为24％和31％。在撞击流操作参数相同时，PM2.5和酸雾脱除效率随湿空气和脱硫净烟气温湿度的上升而增大，同时也随湿空气添加量增加而增大。在撞击流相变室中，当对撞距离增大时，PM2.5和SO3酸雾的脱除效率先上升后下降，最佳对撞距离为250mm左右;同时当对喷流速增大时，二者脱除效率逐渐上升，试验条件下最佳值约为35m/s。与塔顶添加湿空气的方式相比，撞击流相变室对颗粒物及酸雾脱除效率的促进作用更为明显。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 燃煤细颗粒物与SO3酸雾污染现状

1．2．1 细颗粒物污染现状

1．2．2 SO3酸雾污染现状

1．3 细颗粒物与SO3酸雾控制技术及发展趋势

1．3．1 细颗粒物控制技术

1．3．2 SO3酸雾控制技术

1．4 WFGD系统对细颗粒物及SO3酸雾的脱除性能

1．5 水汽相变研究进展

1．5．1 异质成核理论

1．5．2 应用水汽相变促进细颗粒物脱除的研究

1．6 研究内容与方法

1．7 本章小结

第二章 试验部分

2．1 引言

2．2 试验系统

2．3 试验装置与设备

2．3．1 含尘烟气发生系统

2．3．2 湿法烟气脱硫系统

2．3．3 湿空气发生与添加系统

2．3．4 相变室系统

2．3．5 除雾器

2．3．6 蒸汽发生器

2．3．7 分析测试系统

2．4 本章小结

第三章 过饱和水汽环境形成规律的数值模拟研究

3．1 引言

3．2 温湿度变化特性数值计算

3．2．1 数值计算方法

3．2．2 数值计算结果

3．3 脱硫净烟气与湿空气混合的数值模拟

3．3．1 相变室物理及网格模型

3．3．2 数学模型及边界条件

3．4 数值模拟结果与讨论

3．4．1 相变室中烟气温湿度的分布特性

3．4．2 速度分布

3．5 本章小结

第四章 脱硫塔顶添加湿空气促进PM2．5及SO3酸雾脱除试验研究

4．1 引言

4．2 脱硫净烟气中颗粒物分布特性

4．3 塔顶添加湿空气促进细颗粒物脱除

4．3．1 湿空气相对湿度对脱除效果的影响

4．3．2 湿空气添加量对脱除效果的影响

4．3．3 冷空气试验结果

4．3．4 脱硫净烟气温度对颗粒物脱除效果的影响

4．3．5 脱硫浆液烟气温度对颗粒物脱除效果的影响

4．3．6 塔顶添加湿空气长时间试验

4．4 塔顶添加湿空气促进SO3酸雾的脱除

4．5 本章小结

第五章 水汽相变耦合撞击流促进PM2．5及SO3酸雾脱除试验研究

5．1 前言

5．2 撞击流前后颗粒物浓度变化

5．3 水汽相变耦合撞击流促进细颗粒物的脱除

5．3．1 脱硫净烟气温度的影响

5．3．2 烟气对喷流速的影响

5．3．3 烟气对喷间距的影响

5．3．4 湿空气添加量及相对湿度的影响

5．4 撞击流相变室中添加湿空气促进SO3酸雾的脱除

5．5 本章小结

第六章 结论与建议

6．1 本文内容总结

6．2 后续研究建议

主要符号表

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间研究成果