湿法烟气脱硫塔内传递与化学反应过程CFD模拟

以某330 MW燃煤发电机组湿法烟气脱硫塔为研究对象,采用欧拉-拉格朗日方法建立了塔内气-液两相流动、热质交换模型,以溶解平衡、质量守恒及电荷守恒描述浆液内13种溶质组分瞬时化学反应特性,通过用户自定义函数实现流动模型与传质模型、化学反应模型的耦合。基于上述模型预测了脱硫塔内气-液两相流动、液滴蒸发与SO_2化学吸收过程,获得了SO_2浓度与浆液pH的径向分布特性,详细分析了气-液流动对化学吸收特性的影响,结果表明局部液气比分布特性是影响SO_2径向分布的关键因素之一,可通过调控近壁区及主管道区的两相流动状态提高脱硫塔的吸收性能;随着气相侧SO_2浓度提高或液滴粒径减小,浆液pH下降速率增大且各化学组分浓度达到稳定状态用时缩短。     

基于气-液传质强化的湿法烟气脱硫CFD模拟研究

针对燃煤电厂烟气脱硫过程中,高硫煤燃烧产生的高含硫烟气高效脱硫难题,通过计算流体力学(CFD)开展了钙法烟气SO₂高效脱除研究,提出了基于塔内筛板构件及喷淋系统优化的多手段耦合增效方法。建立了宏观脱硫塔尺度下涵盖喷淋吸收-筛板鼓泡吸收的SO₂多形式吸收脱除耦合模型,获得了浆液下落过程中的pH及SO₂吸收速率变化规律,并研究了湍流构件对脱硫塔内的气液混合流动、相内相间传质、浆液内部化学反应等过程的影响机制。探究了筛板对于脱硫塔脱除效率的强化机制,并进一步开展了筛板布置位置优化设计研究。同时,针对脱硫塔喷淋系统开展了优化设计研究,通过对比研究获得了喷淋系统优化后布置方案。基于所提出的脱硫塔多手段耦合增效方法,研究了包括液气比、浆液粒径及入口烟气SO₂浓度等不同参数影响下的脱硫塔SO₂脱除性能,发现通过塔内筛板构件及喷淋系统优化多手段协同增效后,可实现不同工况下脱硫塔SO₂脱除效率提升3%～8%。     

氨法烟气脱硫SO2吸收传质系数研究

喷淋塔氨法脱硫技术被广泛应用于净化烟气的SO₂,传质系数是喷淋吸收塔重要的设计和运行参数,但目前文献中有关氨法脱硫传质系数的报道很少,还有待进一步研究。在喷淋塔中对氨法脱硫SO₂吸收传质过程进行了实验研究,结合对液滴和塔壁液膜运动的计算,得到不同实验条件下SO₂的吸收传质速率,并建立了氨法脱硫SO₂吸收传质系数表达式。该传质系数包含浆液pH、烟气流速u_g和液气比L/G等主要参数,能够反映不同pH、u_g和L/G条件下SO₂在单位气液接触面积上的传质速率。对比验证结果表明,该传质系数计算得到的SO₂吸收传质速率与实验值之间的相对误差小于±12%,二者能够较好地吻合。建立的传质系数表达式能够为喷淋塔氨法脱硫的优化设计和运行提供理论参考。     

电石渣喷淋吸收烟气二氧化硫工艺及动力学

在喷淋吸收装置中对电石渣浆液吸收SO₂进行了系统研究。研究结果表明：脱硫效率随烟气SO₂浓度的增加先升高,然后下降;随体系pH的增加而升高,pH从3升到13时,脱硫效率由52.3%升到94.7%;增加浆液电石渣浓度和减小电石渣粒径均有利于SO₂的吸收去除;液气比从10 L·m^-3增加到50 L·m^-3时,脱硫效率提高了59.9%;以电石渣烟气脱硫的化学反应为基础,建立电石渣烟气脱硫反应动力学模型,总反应级数n=α+β=1.67,反应活化能E_a=51396.59 J·mol^-1,频率因子k₀=0.37894×10⁶(mol·m^-3)^-0.67·s^-1。     

氨法烟气脱硫过程中气溶胶颗粒生成特性

利用自行搭建的模拟氨法烟气脱硫实验平台,针对氨法脱硫中脱硫浆液液滴夹带蒸发和非均相反应两种气溶胶生成途径,采用电称低压冲击器(ELPI)、PM_2.5/10采样器、场发射扫描电子显微镜(FESEM)等手段对两种途径下生成的气溶胶浓度、粒度分布以及形貌特征进行了测试分析,实验考察了氨法脱硫工艺参数对两种途径下生成的气溶胶特性的影响。结果表明,氨法脱硫中形成的气溶胶颗粒从数浓度角度而言,主要为亚微米级颗粒,从质量浓度分析,则以微米级及更大颗粒为主;脱硫浆液中挥发逸出的气态NH₃和烟气中水汽、SO₂间的非均相反应是氨法脱硫气溶胶的主要来源,其形成量主要取决于脱硫浆液pH、脱硫塔进口烟温等;其次来自于脱硫液滴的夹带蒸发作用,其形成量主要取决于脱硫浆液浓度、空塔气速等。     

湿法脱硫系统动态过程建模与仿真

针对石灰石-石膏法烟气脱硫建立脱硫塔的化学机理模型，对塔内烟气脱硫的化学过程进行动态模拟与仿真。基于脱硫塔内物料平衡和化学平衡，将模型描述为微分方程，并通过计算软件求解。基于某电厂脱硫系统实际运行数据，预测一定时间内脱硫系统各项指标的变化，如pH、脱硫率等，以及一些重要化学物质的轴向空间分布情况，如H⁺、SO₂。根据计算结果，分析pH对脱硫率的影响规律，探究和寻找运行参数的边界条件。研究结果对实际脱硫塔的设计和运行提出了优化建议，比如在烟气入口处加强防腐措施，控制浆液pH在4.2~5.3。     

石灰石-石膏湿法脱硫工艺脱硫药剂的试验研究

在石灰石-石膏湿法脱硫工艺中，部分水泥企业因石灰石含硫量的增加、生料掺配高硫煤矸石等，入塔气体SO₂浓度高于脱硫工艺设计浓度，窑尾SO₂排放浓度波动较大甚至出现超标排放现象。一种试验脱硫药剂投加到石灰石-石膏湿法脱硫系统中，在不改变湿法脱硫工艺的情况下，脱硫电耗同比下降,药剂有效提高了脱硫能力，试验结果达到药剂试用设计指标。湿法脱硫入口SO₂浓度在1 200～1 500 mg/m³以及1 800～2 000 mg/m³时，开2台浆液循环泵均可满足SO₂超低排放标准，脱硫电耗同比下降约0.75k Wh/t。     

石灰石-石膏脱硫喷淋塔吸收区高度计算模型

从液滴受力分析入手,建立了喷淋塔的比表面积和传质速率方程,将吸收区划分为变速段与恒速段,推导了吸收区高度的计算模型,引用工业脱硫塔实际的工艺数据验证了模型的正确性,讨论了操作参数对吸收区高度的影响。结果表明,增加喷淋密度、提高吸收液pH值、减小液滴直径,均可降低吸收区高度;提高操作气速、增大烟气入口SO₂浓度,吸收区高度增加;脱硫率随塔高而增加,但当脱硫率超过90%以后,增加塔高对脱硫率的影响不大。     

喷淋鼓泡塔内氨水对烟气中As2O3的吸收特性

喷淋鼓泡塔内的反应是典型的气液两相流，为研究喷淋鼓泡内氨水对烟气中As₂O₃吸收特性，探索新型喷淋鼓泡技术的污染物一体化控制潜力，以空气和SO₂为模拟烟气，利用喷淋鼓泡吸收塔研究了液气比、浸液深度、氨水质量浓度、SO₂质量浓度对氨水吸收气相As₂O₃的影响。研究表明：氨水对As₂O₃的吸收效率随液气比增加先增大后趋于平缓；浸液深度增大，氨水吸收As₂O₃的效率降低；As₂O₃与氨水中OH^-作用生成的AsO₃^3-溶于氨水实现氨水对As₂O₃的吸收，氨水吸收As₂O₃的效率随氨水质量浓度的增大先上升后下降；碱性环境下，SO₂与NH₃作用生成SO₃^2-的水解增加了溶液中OH^-，促进了氨水对As₂O₃的吸收，又因SO₃^2-水解产生HSO₃^-电离出H⁺对部分OH^-中和以及NH₃挥发等因素，促进作用表现为吸收效率随SO₂质量浓度的增加先上升后下降。在氨水质量浓度为0.07%、SO₂质量浓度为525mg/m³、液气比10L/m³、浸液深度5cm时吸收效率达到最大82%。     

离子液体水溶液吸收模拟烟气中SO2

建立了一套放大脱硫装置, 利用该装置研究了乙醇胺乳酸盐([MEA]L)水溶液在不同条件下吸收SO₂的性能, 确定出了较优的实验条件, 并在该条件下进行吸收-解吸SO₂循环实验。研究结果表明:烟气中SO₂的去除率随[MEA]L中水分的增加而增加;SO₂的去除率随着气液比的减少而增加, 在气液比为420, SO₂浓度为2850～14280 mg·m^-3范围内时, 出口烟气中SO₂浓度均小于285 mg·m^-3, 满足排放标准;烟气中的CO₂对[MEA]L水溶液吸收SO₂没有影响;利用蒸汽对富液进行解吸再生, 解吸后的贫液可以继续使用, 并且仍具有很高的SO₂去除率。     

液相射流吸收耦合气相旋流分离烟气脱硫

在传统的除雾型旋风分离器基础上进行改进,使其同时具备液相射流、气液吸收反应以及气液分离功能,并将这一新型旋风分离器用于烟气脱硫实验。实验中气相为含SO₂烟气,液相为NaOH或Na₂CO₃碱液吸收剂,通过调节吸收剂浓度、烟气含硫浓度、烟气喷射速度、吸收剂喷射速度、吸收剂固含率等参数得到其相应脱硫率的变化。实验研究表明：脱硫率随吸收剂浓度的增加先增加,达到一定浓度后脱硫率几乎不变;脱硫率随SO₂进口浓度的升高而下降;随进口气速的增大,脱硫率也一定程度增大;随液体喷射速度的增加脱硫率先增大,增大到一定程度后脱硫率趋于不变;NaOH作为吸收剂所得最佳脱硫率可达85%,Na₂CO₃作为吸收剂,最佳脱硫率可达77%;当其他参数一定时,加入一定量的CaCO₃固体微粒,可以提高脱硫效率1%~2%。该液相射流吸收耦合气相旋流分离装置不仅脱硫效率高,而且脱硫剂损失少,投资成本与运行维护费用均低于相同处理量的烟气脱硫塔,具有良好的应用前景。     

超低排放燃煤电厂中SO3的迁移及脱除特征

燃煤烟气中的SO₃会对机组运行及大气环境造成不利影响。为研究燃煤电厂SO₃排放特征，本文采取异丙醇吸收法对某300MW超低排放机组污染物控制装置进出口SO₃采样，以分析SO₃在燃煤机组中的迁移及脱除特性。结果表明：炉膛燃烧过程以及选择性催化还原装置（selective catalytic reduction，SCR）均将部分SO₂转化为SO₃，炉膛燃烧生成SO₃的质量浓度为SO₂的0.86%，SCR内SO₂/SO₃转化率为0.45%。烟气经过空气预热器，SO₃浓度降低了5.7%；静电除尘器（electrostatic precipitator，ESP）脱除SO₃效果较差，主要由于ESP内烟温在110℃以上，H₂SO₄酸雾凝结量较少；双级湿法脱硫装置（wet flue gas desulfurization，WFGD）对SO₃脱除效率达到81.3%，比国内单级脱硫装置SO₃脱除效果高30%～50%；湿式静电除尘器（wet electrostatic precipitator，WESP）脱除SO₃效率为23.0%。机组烟囱排放SO₃质量浓度为2.025mg/m³（标准），SO₃排放因子EF为0.034kg/t。     

膜曝气-吸收耦合式海水烟气脱硫过程

利用聚丙烯中空纤维双层曝气式膜接触器,对膜曝气-膜吸收耦合式海水烟气脱硫过程开展实验研究,考察了烟气流量、海水流量、海水pH以及曝气量等因素对烟气脱硫参数的影响。结果表明,曝气式膜吸收过程具有更高的脱硫效率和传质性能,相较于非曝气过程,SO₂吸收率可提高12.4%。提高烟气流量,使SO₂吸收率降低,总传质系数先增大再减小;提高吸收剂流量、pH和曝气量,SO₂吸收率和总传质系数均会提高,海水pH较高条件下加入曝气更能有效加强吸收效果;烟气中SO₂的吸收通量均随海水pH和曝气量的增加而增加。扫描电镜及接触角测量显示在使用一个月后的膜丝仍具有较高的疏水性能和使用性能。     

Wet flue gas desulfurization performance of 330 MW coal-fired power unit based on computational fluid dynamics region identification of flow pattern and transfer process

Wet Flue Gas Desulfurization (WFGD) unit based upon spray scrubber has been widely employed to control SO₂ emissions from flue gas in coal-fired power plant. To clarify the dependence of desulfurization performance on inter-phase transfer behaviors with non-ideal contacting patterns of flue gas and slurry droplets, three regions in spray scrubber are distinguished in terms of gas-slurry flow structures using CFD method in the Eulerian-Lagrangian framework. A comprehensive model is established by involving the transfer process between two phases and chemical reactions in aqueous phase, which is validated with the measured data from a WFGD scrubber of 330 MW coal-fired power unit. Numerical results show that the overall uniformity degree of flue gas in whole scrubber is largely determined by the force-balanced droplets in the middle part of scrubber, which is dominated by counter-current mode. Both momentum transfer behavior and SO₂ chemical absorption process present the synchronicity with the evolution of gas-slurry flow pattern, whilst the heat transfer together with H₂O evaporation has little effect on overall absorption process. Three regions are firstly defined as Gas Inlet Region (GIR), Dominant Absorption Region (DAR) and Slurry Dispersed Region (SDR) from the bottom to top of scrubber. SO₂ is mainly scrubbed in DAR, which provides much more intensive interaction between two phases compared to GIR or SDR. A better understanding of the desulfurization process is obtained from the fundamental relationship between transport phenomena and chemical reactions based upon the complicated hydrodynamics of gas-slurry two-phase flow, which should be useful for designing and optimizing the scrubber in coal-fired power unit.     

Manganese leaching in high concentration flue gas desulfurization process with semi-oxidized manganese ore

Manganese leaching during high concentration flue gas desulfurization process with semi-oxidized manganese ore was studied in this paper. It was found that there were different reaction pathways among which MnO_2,Mn_2O_3 and MnCO_3 in semi-oxidized manganese ore during flue gas desulphurization and manganese leaching.High SO_2 concentration facilitated redox reaction between MnO_2 and SO_2, and high concentration of H_2SO_4 accelerated MnCO_3/Mn_2O_3 leaching from semi-oxidized ore. Kinetics study showed that manganese leaching in flue gas desulfurization process with semi-oxidized ore was controlled by a mixed-control model, that is the surface chemical reaction and mass diffusion dominated both the oxidation of SO_2 and manganese leaching process. The apparent activation energy was 13.05 k J·mol~(-1) and the reaction orders with respect to SO_2 and H_2SO_4 concentration were 1.38 and 0.10, respectively. Finally, a semi-empirical rate equation based on shrinking core model was derived to describe the process.     

水力喷射-空气旋流器用于湿法烟气脱硫及其传质机理

在一种新型高效的气液传质设备--水力喷射-空气旋流器(WSA)中,以Ca(OH)₂料浆为吸收剂进行了模拟烟气湿法脱硫的实验研究。结果表明:脱硫率随进口气速增加而增加;随液体喷射速度增加先增加,增加到一定程度后几乎不变;随烟气中SO₂的进口浓度增加而减小,存在一适宜的Ca(OH)₂浓度和回流比。在气体流量24～72 m³·h^-1、循环液体量0.4～0.8 m³·h^-1、料浆中Ca(OH)₂浓度7500 g·m^-3时,对SO₂浓度为1891～6373 mg·m^-3的烟气进行湿法脱硫,脱硫率达88.9%～97.7%,且WSA的旋流气体和喷射液体在湿法脱硫中具有自清洁能力,未发现内部结垢和喷孔堵塞现象。总体积传质系数K_Ga、有效相界面积a均随进口气速u_G增大而增大,而总传质系数K_G随u_G增加变化较小;当液体喷射速度 u_L≤0.26 m·s^-1时,K_Ga和K_G随u_L增加快速增大,之后增加缓慢,而a随u_L几乎线性增加,K_Ga和K_G随吸收剂中Ca(OH)₂浓度c_L增加有一最大值。结合实验数据拟合得到了相关的经验公式,这些关联式能较好地预测WSA的湿法脱硫传质性能。气体旋流场强度对总体积传质系数K_Ga和有效相界面积a起支配作用,脱硫传质过程同时受气膜和液膜阻力控制,但以液膜控制为主。     

两段氨法冶炼烟气脱硫热平衡分析

介绍了昆明西科工贸有限公司两段氨法冶炼烟气脱硫的原理、工艺流程和设备情况,分析了非等温吸收对氨法脱硫操作的影响及生产过程中氨法脱硫存在的问题。西科公司通过对烟气脱硫系统的两段氨吸收过程进行热平衡计算与分析,阐明了循环吸收液温度升高的主要原因,即进入吸收塔的烟气中含有较多的水蒸气以及烟气中的SO₂浓度较高,并提出增大吸收过程液气比、增设冷却装置、采用连续操作模式等措施对工艺进行优化,实现提升系统的烟气脱硫能力,提高母液的品质,降低生产成本。     

疏水性单管陶瓷膜接触器在SO2吸收中的应用

对平均孔径200 nm的氧化锆陶瓷膜进行疏水改性与表征,并将其组装制成疏水性单管陶瓷膜接触器,采用清水作为低成本吸收液,开展了陶瓷膜接触器在废气脱硫方面应用的研究。比较了亲、疏水陶瓷膜接触器的传质性能,考察了进气流量、吸收液流量、进气浓度和吸收液温度等因素对SO₂脱除率和传质速率的影响,并对陶瓷膜接触器进行了长期稳定性测试。研究表明,疏水改性只改变陶瓷膜的表面性质（接触角达到132°）,对形貌结构影响较小;与未改性的陶瓷膜相比具有更高的脱硫效率和总传质系数。SO₂的脱除率和传质速率随吸收液流量的增加均增加;SO₂的脱除率随进气流量和进气浓度的增加而降低,但传质速率增加;吸收液温度的升高不利于SO₂的吸收;原料气中的CO₂对SO₂的脱除率影响较小。与传统的填料塔相比,陶瓷膜接触器具有更小的传质单元高度（HTU）值。陶瓷膜接触器脱硫效率高,可稳定操作,在废气脱硫方面具有良好的应用前景。     

钢渣改性用于烟气脱硫研究进展

钢渣结构上疏松多孔、组分上富含氧化钙、氧化镁等碱性氧化物,因此其在溶液中碱性较高,酸中和能力强,能有效去除烟气中二氧化硫实现有效脱硫。目前钢渣主要用于湿法脱硫工艺,基本机理是气液两相间的传质过程,包括二氧化硫由气相进入液相、液相中钢渣碱性物质溶解析出、进入液相的二氧化硫与钢渣中碱性物质发生化学反应3个过程,但脱硫效果主要受前两个过程影响,主要影响因素包括入口二氧化硫质量浓度、液气比、浆液pH、反应温度、钢渣粒径等。但目前对钢渣中除氧化钙、氧化镁外其他组分对脱硫效果的影响机理研究还不够深入。因此,下一步要积极探索钢渣中不同化学组分在烟气脱硫过程中的协同作用和机理,完善钢渣用于烟气脱硫的理论基础,进而实现钢渣脱硫的工业化应用。