石灰石—石膏法脱硫中石膏结晶特性对PM2.5物性变化的影响研究

摘要

细颗粒物(PM2.5)污染已成为我国突出的大气环境问题。燃煤电站是引起我国大气环境中PM2.5含量增加的主要污染源，目前，国内燃煤电站安装的烟气脱硫装置，85％以上为湿法烟气脱硫(WFGD)技术。在WFGD过程中，一方面，通过脱硫浆液的洗涤作用可协同脱除烟气中的PM2.5;同时脱硫过程本身又可能会形成大量PM2.5，使得烟气经湿法脱硫后PM2.5排放特征可能发生显著变化。
　　本文基于石灰石-石膏脱硫工艺，自行搭建了模拟实验装置，利用激光粒度分布仪、扫描电镜(SEM)等测试手段探究石膏的结晶特性，考察了脱硫操作参数、杂质组分以及脱硫添加剂等对石膏结晶的影响，并利用电称低压冲击器(ELPI)和气溶胶质谱仪(AMS)探究了出口烟气中细颗粒物粒度分布、数量和质量浓度;对脱硫系统出口细颗粒物物性与石膏结晶特性的关联进行了分析。
　　在石灰石-石膏法脱硫过程中，石膏晶体粒度最初呈现逐渐增加的趋势，其中粒度较大的晶体增长速率较快，微细晶体增长则稍慢，连续运行较长时间后逐渐趋于稳定。脱硫浆液温度在45℃左右时有利于石膏晶体的长大。采用较细的石灰石作为脱硫剂虽然能提高石灰石的利用率及脱硫效率，但是会促进微细石膏晶体的生成。石膏浆液中大部分杂质离子（如Fe3+、F-）以及脱硫添加剂均会不同程度地影响石膏的结晶过程;非金属离子中Cl-对石膏结晶有瞬时效应，但影响效果会随时间增加而减弱;由烟气中带入的燃煤飞灰会使得石膏晶体向片状发展，影响石膏的品质。脱硫浆液中添加的有机酸类添加剂（如柠檬酸）因会导致脱硫浆液过饱和度增加，从而形成细小的晶粒。通过优化工艺改良脱硫环境可使石膏晶体粒度增大。
　　基于气溶胶质谱仪对脱硫塔出口烟气中的颗粒物成分进行了在线监测，结果表明脱硫塔出口烟气中的颗粒物主要成分是硫酸盐。此外，出口烟气中颗粒物的扫描电镜结果也显示，主要成分为石膏，晶型呈狭长的棒状。脱硫浆液中石膏晶体粒度越小，烟气中夹带的细颗粒物浓度越高，这些细颗粒物粒径主要集中在0.1μm左右，通过优化脱硫操作参数以控制石膏晶体的粒度可以减少细颗粒物排放。另外，实验还发现模拟烟气中是否有SO2存在对脱硫塔出口烟气中细颗粒物形成和排放影响较大，说明脱硫系统出口石膏等细颗粒可能主要通过两种途径生成，一是存在于脱硫浆液中的原始石膏、亚硫酸钙及未反应的CaCO3被烟气夹带出脱硫系统，该颗粒物随着脱硫浆液的循环，在湿法脱硫系统中停留时间较长;二是脱硫浆液中未反应的CaCO3与烟气中SO2反应生成的亚硫酸钙、石膏产物在没进入脱硫浆液循环系统时就被烟气夹带出脱硫系统。

目录

声明

论文说明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 石灰石-石膏法脱硫工艺对细颗粒物排放特性的影响

1．3 石灰石-石膏法脱硫工艺中石膏结晶特性

1．3．1 石灰石-石膏法脱硫工艺中石膏结晶过程简介

1．3．2 石灰石-石膏法脱硫工艺中石膏结晶特性研究进展

1．4 本文的研究内容和方法

第二章 实验系统与方法

2．1 引言

2．2 实验系统

2．2．1 实验装置及仪器

2．2．2 模拟烟气配制装置

2．2．3 脱硫浆液配置输送系统

2．2．4 脱硫塔

2．3 采样与分析测试装置

2．4 试验方法

2．5 本章小结

第三章 石灰石-石膏法脱硫系统中石膏结晶特性

3．1 引言

3．2 石灰石-石膏法脱硫工艺中石膏晶体特性

3．2．1 湿法烟气脱硫模拟实验装置中生成的石膏晶体特性

3．2．2 实际电厂湿法脱硫系统中石膏样品特性

3．3 石灰石-石膏法脱硫工艺条件及杂质组分对石膏结晶的影响

3．3．1 过饱和度的影响

3．3．2 脱硫浆液温度的影响

3．3．3 浆液停留时间的影响

3．3．4 脱硫浆液浓度的影响

3．3．5 石灰石粒度的影响

3．3．6 浆液pH值的影响

3．3．7 脱硫液氧化的影响

3．3．8 杂质组分的影响

3．4 脱硫增效剂对石膏结晶的影响

3．5 脱硫环境对石膏结晶的影响

3．5 本章小结

第四章 脱硫液中石膏晶体性质与塔出口PM2．5物性关系

4．1 引言

4．2 石灰石-石膏法烟气脱硫系统出口PM2．5物性

4．2．1 脱硫系统出口PM2．5形貌及浓度分布

4．2．2 基于气溶胶质谱仪在线监测脱硫塔出口烟气中PM2．5成分

4．3 脱硫操作条件的影响

4．3．1 液气比的影响

4．3．2 空塔气速的影响

4．3．3 除雾系统的影响

4．2．3 脱硫浆液中石膏粒径的影响

4．3．4 SO2的影响

4．4 本章小结

第五章 总结与建议

5．1 结论

5．2 建议

参考文献

致谢

攻读学位期间发表论文及参加研究课题情况