應用蒸汽相變促進WFGD系統(tǒng)脫除細顆粒物的研究.pdf

1、細顆粒物(PM2.5)污染已成為我國突出的大氣環(huán)境問題，由于其比表面積很大，易富集大量有毒有害組分，而常規(guī)除塵技術對其難以有效捕集，造成大量PM2.5排入大氣環(huán)境。燃煤電站是引起我國大氣環(huán)境中PM2.5含量增加的主要污染源，控制燃煤電站PM2.5排放是迫切需要解決的關鍵問題;其中，利用過飽和水汽在微粒表面核化凝結特性的蒸汽相變技術與現(xiàn)有濕法煙氣脫硫(WFGD)系統(tǒng)相結合是最有可能實現(xiàn)工程應用的PM2.5控制措施之一，可實現(xiàn)多種污染物的協(xié)

2、同脫除。
　　 本文首先基于僅考慮凝結作用的粒數(shù)衡算方程，得到細顆粒物凝結長大過程中含塵液滴粒徑隨時間變化的規(guī)律，并利用模擬試驗系統(tǒng)研究凝結長大后的含塵液滴粒徑分布特性。理論預測及實驗測試結果均顯示:水蒸汽在細顆粒物表面異相凝結可使其粒徑瞬間增大幾倍，由亞微米級顆粒長大成微米級的含塵液滴，過飽和度、細顆粒物初始粒徑對細顆粒物長大速率均有直接影響，過飽和度及初始粒徑越大時，細顆粒物增長速率越快，長大后的含塵液滴粒徑也越大。

3、　　 針對石灰石-石膏法、雙堿法等典型濕法煙氣脫硫工藝，系統(tǒng)考察了單塔WFGD系統(tǒng)對細顆粒物的脫除作用以及應用蒸汽相變促進細顆粒物脫除的效果。結果顯示:石灰石-石膏法難以脫除細顆粒物，雙堿法脫硫工藝對細顆粒物有一定脫除效果;且經(jīng)石灰石-石膏法脫硫后，細顆粒物中含脫硫形成的亞硫酸鈣、石膏產物及未反應的CaCO3固體顆粒等，出現(xiàn)少量塊狀結構顆粒，Ca、S、O元素含量增加。石灰石-石膏法脫硫中，塔進口煙氣中添加蒸汽促進細顆粒物脫除的效果與塔

4、設備類型、空塔氣速、塔進口氣液溫差相關;在典型脫硫操作條件下，采用湍球塔、填料塔等氣液接觸性能較好的塔設備的促進作用優(yōu)于噴淋塔，促進效果隨空塔氣速降低、塔進口氣液溫差增大而增強;與在塔進口煙氣中添加蒸汽相比，脫硫凈化濕煙氣中添加蒸汽較易建立細顆粒物凝結長大所需的過飽和水汽環(huán)境，是脫硫塔設備通常采用噴淋塔結構的石灰石-石膏法適宜的蒸汽添加方式;脫硫操作條件對蒸汽相變效果也存在顯著影響，細顆粒物脫除效率隨液氣比增大而提高;較低的初始煙氣中細

5、顆粒物數(shù)濃度、塔進口煙氣溫度及脫硫液溫度均有利于細顆粒物脫除。采用旋流板塔的雙堿法脫硫中，在塔進口煙氣、旋流板塔盤間、脫硫凈煙氣中添加蒸汽均能不同程度地提高細顆粒物脫除效率，其中塔盤間均勻添加蒸汽時細顆粒物脫除效率最高;并且細顆粒物脫除效率隨液氣比增大而提高;塔進口煙氣溫度對細顆粒物脫除效率同時存在不利和有利影響，主要取決于不同溫度區(qū)間內其變化對氣液傳質傳熱和煙氣過飽和度的影響程度;脫硫液溫度升高也不利于細顆粒物脫除。WFGD系統(tǒng)對硫酸

6、霧的脫除效率約為40％～50％，在脫硫凈煙氣中添加適量蒸汽可有效改善WFGD系統(tǒng)對硫酸霧的脫除效果。
　　 在雙塔WFGD系統(tǒng)中對比研究了脫硫主塔進口煙氣不飽和、飽和、過飽和三種工況下蒸汽相變促進細顆粒物脫除的效果，結果表明:與單塔WFGD系統(tǒng)相比，設置預洗滌塔的雙塔濕法脫硫工藝中，因煙氣經(jīng)預洗滌后相對濕度顯著增大，應用蒸汽相變促進細顆粒物脫除具有明顯的優(yōu)勢;可通過優(yōu)化脫硫主塔操作條件或在塔盤間添加適量蒸汽實現(xiàn)細顆粒物凝結長大所

7、需的過飽和水汽環(huán)境，細顆粒凝結長大后的含塵液滴由脫硫液、除霧器脫除。三種工況條件下，細顆粒物脫除效率可分別達到70～75％、75～80％及80～90％以上，并且旋流板塔盤間添加蒸汽對細顆粒物脫除的促進效果較優(yōu)化脫硫主塔進口氣液溫差稍好。
　　 對比研究了氨-酸法、氨-亞硫酸銨法、氨-硫銨法脫硫工藝的氣溶膠生成情況，考察了采用預洗滌塔、添加蒸汽等方式對抑制氣溶膠排放的效果，并開展了氨法脫硫過程中氣溶膠排放控制的工業(yè)應用試驗。結果顯

8、示:氨法煙氣脫硫過程易產生大量的氣溶膠顆粒，從數(shù)濃度角度，形成的氣溶膠主要屬于亞微米級微粒，但從質量濃度角度，則以微米級及大于10微米的顆粒物為主。稀氨水直接脫硫時氣溶膠生成量最多，略高于亞硫酸銨脫硫的情況，硫酸銨脫硫時氣溶膠生成量最低。在不影響脫硫效率及脫硫系統(tǒng)正常運行的前提下，可通過優(yōu)化脫硫操作條件或設置預洗滌塔減少氣溶膠生成量，在脫硫凈煙氣中添加蒸汽可有效脫除已生成的氣溶膠顆粒。依據(jù)某熱電廠脫硫裝置運行工況進行的模擬試驗及實際工業(yè)

9、運行試驗表明，降低塔進口煙氣溫度、煙氣噴水降溫等措施可以有效抑制氣溶膠生成;設置填料層噴水洗滌可脫除微米級及10微米以上的氣溶膠顆粒，使質量濃度有所降低，但數(shù)濃度變化不明顯;應用蒸汽相變技術可以使氣溶膠數(shù)量、質量濃度均有不同程度降低，可有效解決氨法煙氣脫硫中的氣溶膠排放問題。
　　 基于Fletcher經(jīng)典異質核化理論，研究了添加各種潤濕劑時過飽和水汽在燃煤細顆粒物表面的異質核化特性，并試驗考察了以不同方式添加潤濕劑促進WFGD