MCFB烟气净化系统的多种污染物协同脱除研究

摘要

燃煤烟气中的硫氧化物、氮氧化物、汞等大气污染物对环境造成了极大的危害。如何将烟气净化过程从单一污染物控制扩展到多种污染物协同脱除是研究的热点和重大挑战。因此，本文开展了多种污染物协同脱除的半干法烟气净化技术(MCFB，Multihumidification stage and multi pollutant control Circulating Fluid Bed)研究。本文研究了水分和添加剂组分等因素对复合钙基吸收剂性能优化的影响。研究结果表明，在水/钙当量摩尔比2.0以下，钙基吸收剂的转化率和产物的粒径随着水分的增加而变大，产物的比表面积在水/钙摩尔比2.0时最大。氧化性添加剂组分可以改善复合钙基吸收剂的微观结构，反应产物的比表面积随着消化水溶液中氧化组分的含量增加而变大，吸湿性添加剂组分对吸收剂微观结构的改善无积极作用；常温条件下参与调质的水温越高，转化率越高，在50℃时可获得较高的比表面积；在水分较小的条件下，转化率和产物比表面积随着反应物的平均粒径的增大而减小，在水分达到2.0时，基本无变化。
　　 本研究在小型机理实验台上进行了脱除一氧化氮、二氧化硫和汞的机理试验研究。对筛选出来的复合钙基吸收剂进行了多种污染物脱除研究，对各种脱硫脱硝脱汞反应条件进行了优选。研究发现添加氧化性活性成分吸收剂对氮氧化物有显著的效果，脱除效率随着添加量的增大而提高。颗粒含湿有助于复合钙基吸收剂对氮氧化物的脱除。氧化性组分对复合钙基吸收剂脱汞也有促进作用，汞的脱除效果随氧化组分的含量增加而提高；烟气中的汞浓度越高，吸收剂比表面积越大，反应温度越低，汞的脱除效果越好。建立了MCFB多种污染物脱除整体数学模型。模型计算表明，在吸收剂/Hg不变条件下，汞的脱除量随着入口浓度增大而增大；在较低的温度下，汞脱除量较高。二氧化硫和氮氧化物的脱除效率随着Ca/(N+S)的增加而升高，模型与试验结果基本吻合。在以上研究成果基础上，开发了具有实际工程应用价值的MCFB多种污染物净化系统，包括多级增湿优化调控塔内吸收剂湿度、多组分复合吸收剂配方和制备等一系列重要技术，形成了节水型多种污染物协同脱除半干法烟气净化技术。适用于多种炉型烟气中SO2、NOx、重金属(Hg)等多种污染物的协同脱除。测试结果表明MCFB烟气净化系统，对二氧化硫、氮氧化物、汞有较高的脱除效率。脱硫效率可达95.7％，脱硝效率33.5％，总汞脱除效率73.1％。

目录

文摘

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致谢

图目录

表目录

符号表

1 绪论

1.1 中国大气污染现状

1.2 国外烟气治理的方法及我们的对策

1.3 课题背景与研究内容

2 烟气净化技术发展现状

2.1 前言

2.2 常规烟气净化技术进展

2.2.1 烟气脱硫技术

2.2.2 烟气脱硝技术

2.2.3 烟气脱汞技术

2.3 多种污染物脱除研究进展

2.3.1 联合脱硫脱硝技术

2.3.2 同时脱硫脱硝技术

2.4 钙基吸收剂活化研究现状

2.5 本章小结

3 复合钙基吸收剂的性能优化研究

3.1 前言

3.2 试验装置与方法

3.2.1 试验装置

3.2.2 试验方法

3.3 添加剂对吸收剂特性影响的研究

3.3.1 吸湿性添加剂对吸收剂特性的影响

3.3.2 氧化性添加剂对吸收剂特性的影响

3.4 水分对吸收剂特性影响的研究

3.4.1 水钙当量比对吸收剂特性的影响

3.4.2 消化水温对吸收剂特性的影响

3.4.3 氧化钙粒径对吸收剂特性的影响

3.5 本章小结

4 复合钙基吸收剂对NO和SO2脱除机理试验研究

4.1 前言

4.2 试验装置与方法

4.2.1 试验装置

4.2.2 试验方法

4.3 添加剂对氮氧化物脱除的影响

4.3.1 不同种类钙基吸收剂对NO脱除的影响

4.3.2 添加量对NO脱除的影响

4.4 反应条件对氮氧化物脱除的影响

4.4.1 颗粒含湿量对NO脱除的影响

4.4.2 反应温度对NO脱除的影响

4.4.3 氧浓度对NO脱除的影响

4.5 二氧化硫和氮氧化物相互影响研究

4.5.1 二氧化硫浓度对氮氧化物脱除的影响

4.5.2 氮氧化物浓度对氮氧化物脱除的影响

4.5.3 二氧化硫浓度对二氧化硫脱除的影响

4.5.4 氮氧化物浓度对二氧化硫脱除的影响

4.6 本章小结

5 复合钙基吸收剂对汞脱除机理试验研究

5.1 前言

5.2 试验装置与方法

5.2.1 试验装置

5.2.2 试验方法

5.3 反应条件对汞脱除时间的研究

5.3.1 汞入口浓度对饱和吸附时间的影响

5.3.2 吸收剂微观结构对饱和吸附时间的影响

5.3.3 反应温度对饱和吸附时间的影响

5.4 复合钙基吸收剂对零价汞脱除的影响

5.4.1 添加剂种类对零价汞脱除的影响

5.4.2 添加剂含量对零价汞脱除的影响

5.4.3 反应温度对零价汞脱除的影响

5.4.4 汞入口浓度对零价汞脱除的影响

5.4.5 烟气流速对零价汞脱除的影响

5.4.6 氧气浓度对零价汞脱除的影响

5.4.7 颗粒含湿量对零价汞脱出的影响

5.4.8 二氧化硫浓度对零价汞脱除的影响

5.4.9 氮氧化物浓度对零价汞脱出的影响

5.5 本章小结

6 MCFB污染物脱除模型研究

6.1 前言

6.2 模型的建立

6.2.1 吸收塔脱除模型

6.2.2 布袋附着吸收剂颗粒缩核反应模型

6.2.3 布袋附着吸收剂颗粒吸附模型

6.3 模型参数的确定

6.4 模型的计算

6.5 模型计算结果与讨论

6.6 本章小结

7 多种污染物协同脱除半干法烟气净化工艺开发及应用

7.1 工艺介绍及特点

7.2 工艺成套系统的开发

7.2.1 多种污染物净化工艺

7.2.2 综合利用高效除尘脱硫工艺

7.2.3 控制系统的开发

7.3 工业应用

7.4 本章小结

8 全文总结

8.1 本文的主要研究成果

8.2 创新点

8.3 不足之处与研究展望

参考文献

作者简历