燃煤WFGD系统中应用蒸汽相变促进细颗粒物脱除的实验研究

摘要

我国是世界上第二大能源产国，但以火电为主的能源消费结构导致煤炭燃烧成为我国大气环境的主要污染源之一。煤炭燃烧过程中产生的SO2、可吸入颗粒物等多种污染物成为目前全球关注的焦点，面对国际社会的压力和我国自身发展、经济转型的现况，加强燃煤细颗粒物控制势在必行。
　　 本文结合湿法烟气脱硫工艺（WFGD）中水汽含量较高的特点，进行了单塔、双塔WFGD工艺中应用蒸汽相变促进细颗粒物脱除的试验研究。在单塔WFGD工艺中，分别考察了采用喷淋塔的石灰石-石膏脱硫工艺和旋流板塔的双碱法脱硫工艺；结果表明：采用石灰石-石膏工艺时，脱硫后烟气细颗粒数浓度反而有所升高，尤其是脱硫液循环操作时；脱硫塔进口烟气颗粒物浓度越低，越有利于洗涤脱除PM2.5；烟气温度在一定程度上影响细颗粒的相变脱除效果，在未添加蒸汽时，几乎不受塔进口烟温影响，而在塔顶相变室添加蒸汽后，烟温影响增强。采用旋流板塔双碱法脱硫工艺时，由于气液接触状况优于相应的喷淋塔设备，细颗粒脱除性能较好，提高脱硫液温度可促进细颗粒的脱除，旋流板塔盘间添加蒸汽时，适当提高脱硫液温度有利于细颗粒物的脱除，如随脱硫液由10℃加热到50℃时脱除效率由36％增至60％。
　　 在双塔WFGD工艺中，以喷淋塔作为预洗涤塔（塔一），旋流板塔作为脱硫主塔（塔二），通过改变塔一喷淋量及蒸汽量来调节塔二进口烟气湿度（RH），试验研究了脱硫液温度、液气比及蒸汽添加量等操作条件对细颗粒脱除的影响。结果表明：当塔二进口烟气RH<100％时，塔二对细颗粒物的脱除效率随着RH的增大而升高；但当RH>100％时，由于部分细颗粒物在进入塔二前可发生凝结长大并由安装于塔一出口的除雾器脱除，塔二的脱除效率较低；脱硫液温度对脱除效率也有较大影响，脱硫液温度在30℃左右时脱除效率相对较高；塔二进口烟气未饱和时，脱除效率随蒸汽添加量和液气比的增大而提高。
　　 结合燃煤细颗粒表面形态与物化特征的分析结果，进行了润湿剂水溶液表面张力及润湿电厂灰的接触角实验，筛选出了与燃煤细颗粒相匹配的润湿剂，并采用旋流板塔双碱法脱硫工艺考察了脱硫液中添加0.5％浓度的聚醚硅油、Compound N0.3、XHG-248对细颗粒洗涤脱除的促进效果，同时进行了塔盘间添加蒸汽的试验。结果显示：添加以上三种润湿剂对细颗粒的脱除均有不同程度的促进作用，脱除效率可由17.5％分别提高到24.9％、40.2％、50.2％；脱硫液温度对润湿剂的性能存在较大影响：脱硫液20℃时，润湿剂对细颗粒脱除的促进作用较好，但当脱硫液45℃时促进作用减弱；塔盘间添加蒸汽0.06kg/m3时，添加以上三种润湿剂的脱除效率由35.7％分别提高到56.1％、56.7％、71.8％，这说明烟气经过润湿剂水溶液的洗涤，颗粒表面的润湿性能得到更好的改善，从而加速了蒸汽相变成核速率，提高了脱除效率。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪 论

1.1 研究背景及意义

1.1.1 SO2及烟尘污染现状

1.1.2 电厂脱硫设备现状

1.2 细颗粒物控制技术研究进展

1.3 应用蒸汽相变促进燃烧源细颗粒物脱除技术

1.4 燃煤烟气脱硫系统对细颗粒脱除性能的研究现状

1.5 燃煤烟气脱硫系统中润湿剂应用的研究

1.5.1 润湿剂应用的发展现状

1.5.2 润湿剂在细颗粒脱除方面的应用研究

1.6 本文的研究内容与方法

1.7 本章小结

第二章 实验方法与系统

2.1 引言

2.2 实验系统

2.2.1 燃煤烟气细颗粒发生系统

2.2.2 湿法烟气脱硫系统

2.2.3 蒸汽发生装置

2.2.4 脱硫液循环及添加系统

2.2.5 燃煤颗粒脱除系统

2.3 燃煤烟气采样与测试装置

2.3.1 颗粒物浓度及粒径测试装置

2.3.2 颗粒物形态及元素组成的采样装置

2.3.3 SO2浓度分析装置

2.3.4 温湿度测定装置

2.4 实验物料

2.4.1 实验用煤

2.4.2 实验用脱硫剂

2.5 本章小结

第三章 单塔WFGD系统中应用蒸汽相变促进细颗粒脱除的实验研究

3.1 引言

3.2 实验原理和方法

3.2.1 蒸汽相变原理

3.2.2 颗粒物脱除效率的定义

3.3 喷淋塔脱硫系统中应用蒸汽相变促进细颗粒物脱除的性能

3.3.1 WFGD系统中除雾器对细颗粒物的脱除性能

3.3.2 颗粒物浓度的影响

3.3.3 烟气温度的影响

3.3.4 脱硫塔循环操作的影响

3.3.5 脱硫液温度的影响

3.3.6 蒸汽添加量的影响

3.4 旋流板塔脱硫系统中应用蒸汽相变促进细颗粒物脱除的性能

3.4.1 旋流板塔双碱法实验原理与工艺

3.4.2 实验结果与分析

3.5 本章小结

第四章 双塔WFGD系统中应用蒸汽相变高效脱除细颗粒

4.1 引言

4.2 试验方法与工艺介绍

4.3 试验结果分析

4.3.1 塔二液气比对细颗粒相变脱除的影响

4.3.2 过饱和环境实现方式对细颗粒脱除的影响

4.3.3 蒸汽添加量的影响

4.3.4 脱硫液温度的影响

4.4 本章小结

第五章 润湿剂在WFGD系统脱除细颗粒中的应用研究

5.1 引言

5.2 燃煤细颗粒的形态

5.3 实验用润湿剂性质

5.3.1 溶液表面张力测试

5.3.2 接触角试验

5.4 WFGD脱硫系统中应用润湿剂促进细颗粒物脱除实验研究

5.4.1 旋流板塔试验中润湿剂溶液对燃煤细颗粒脱除的促进作用

5.4.2 润湿剂在双塔实验中的应用研究

5.5 本章小结

第六章 总结与建议

6.1 全文总结

6.2 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