鍋爐煙氣脫硫新技術及裝置研究

　　鍋爐煙氣脫硫新技術及裝置研究鄢亞玲，彭琴（昆明冶金研究院，云南昆明650031）直接從氣體轉(zhuǎn)變?yōu)榭刹都�的粒��，然后通過分離器將其分離出煙道，從而實現(xiàn)脫硫目的。文章從脫硫機理、裝置形成、運行指標上論證了這種技術及裝置的可行性。

　　1前言二氧化硫污染是當代世界的重大環(huán)境問題之一。繼歐、美之后，我國由于SO的大量排放而產(chǎn)生大面積酸雨，造成農(nóng)業(yè)、林業(yè)的巨大經(jīng)濟損失。

　　同時，引起城市大氣SO污染，危害著人群健康，造成生活環(huán)境質(zhì)量惡化。嚴峻的形勢引起政府、民眾及有關部門的高度重視。

　　在云南省70 以上的SO是由燃煤產(chǎn)生，我省近1 600多臺鍋爐未安裝煙氣脫硫裝置，燃煤鍋爐是構(gòu)成SO污染源的主要部分。而目前國內(nèi)外鍋爐煙氣脫硫技術，仍是以濕式脫硫為主，多采用堿性漿液溶液作為捕集吸收劑，如石灰?石膏法、維爾曼?洛德法、碳酸鈉、氨法等。這些脫硫方法脫硫效率都比較高，可保證穩(wěn)定達標排放，但這些脫硫技術工藝復雜、投資高，運行費用高，國內(nèi)僅少數(shù)電廠鍋爐采用，對于中小型鍋爐而言，顯然難以采納。

　　2新型脫硫技術及裝置大多數(shù)濕式脫硫方法中，需將煙氣在吸收塔內(nèi)預洗、降溫后，再與吸收漿液接觸，進行吸收脫硫凈化，一般需液氣比最少為2.6L/m 3.該技術基于控制條件讓SO直接從氣態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱Ｗ�，使用清水作為捕集轉(zhuǎn)化載體，通過噴霧裝置，可直接在原煙道內(nèi)達到和實現(xiàn)轉(zhuǎn)化成為粒子的目的，省去了吸收塔等主體反應設備，然后通過安裝在煙道上的氣水分離器，將含SO霧滴引出煙道，含酸廢水進行外部處理后循環(huán)回用。在該技術中，需要控制的主要是煙氣溫度及流速。

　　因此該技術形成的裝置主要由二部分構(gòu)成：霧化系統(tǒng)氣水分離器，關鍵技術有兩點：（1）SO從氣態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱Ｗ樱?）高效氣水分離器。

　　3技術原理粒子化機理從二氧化硫本身物理化學性質(zhì)分析，其沸點無外界條件協(xié)助，處于自然狀態(tài)下是無法實現(xiàn)粒子化的。從自然界二氧化硫形成酸雨得到啟發(fā)，在排煙道內(nèi)人為地摸擬一定溫度、壓力、溫度、含塵量及流速等參數(shù)，使煙氣中的SO氣體被吸收、生長、凝結(jié)轉(zhuǎn)變成高濃度氣溶膠霧粒子，經(jīng)高效分離器，可以實現(xiàn)提前在煙道里下酸雨的目的，其轉(zhuǎn)變過程可由氣溶膠理論和氣體吸收理論進行描述，實質(zhì)上煙氣與水霧微粒間的傳質(zhì)傳熱過程屬于氣溶膠之間以及氣溶膠與氣體及水蒸氣之間的傳熱傳質(zhì)問題。研究表明可逆膨脹以及在較低溫度體系下冷空氣混合這兩個條件都可以生成由液體微粒組成的氣溶膠，在收縮???擴張管里進行凝結(jié)研究，在典型的試驗里，空氣與水蒸氣通過噴嘴而膨脹，喉管下游的壓力與溫度持續(xù)降低，在擴張段的某點氣體所云南冶金產(chǎn)生的核迅速長大，并出現(xiàn)可見霧。另外，煙氣中的細微顆粒物也是形成凝結(jié)產(chǎn)物的一個主要因素，適當條件下，以細微粒子為核心，產(chǎn)生凝結(jié)是十分迅速的。一旦氣相內(nèi)形成凝結(jié)物質(zhì)，該體系就處于不平衡狀態(tài)，體系便向著建立新平衡狀態(tài)轉(zhuǎn)化。根據(jù)上述原理， SO粒子化理論是可行的，其轉(zhuǎn)變是可以實現(xiàn)的。其轉(zhuǎn)變過程如圖1所示。

　　3.2高效氣水分離器原理由煙氣、霧滴及灰塵組成的體系內(nèi)，至少存在二個以上的相，其在管道傳輸過程中的力學關系基本上屬于氣液二相流體力學。在二相介質(zhì)共同流動過程中，介質(zhì)除與管壁之間存在著作用力外，在二相界面之間也存在著作用力。二相的分布狀況也是多種多樣的，可以是密集的，也可以是分散的，這種不同的分布狀態(tài)，稱為二相流動的型態(tài)，不但影響二相流動的力學關系，而且影響其傳熱和傳質(zhì)性能。另外，二相流中，各相的速度是不同的，這些都是氣液二相流基本的特點。

　　流道內(nèi)氣液分離，實際上是氣相和由霧滴組成的液相之間的分離，兩相明顯存在著密度差，可以利用慣性碰撞原理來進行分離。即由于拐形流道的流動區(qū)域發(fā)生變化、導致煙氣的流向和流線發(fā)生改變。由于慣性的作用，懸浮在煙氣中的含SO酸性霧滴或氣溶膠會在氣流變向時拋離流線，與流道壁面發(fā)生碰撞而被阻留分離。

　　上海交通大學徐君嶺、施建偉等老師，對拐形分離器內(nèi)空氣單相傳熱與流動，采用K ε湍流模型，使用有限差分方法計算流道內(nèi)流場分布。兩相流動采用兩相分離流模型，即氣相采用Enler方法描述，水滴相采用隨機采樣分離流模型（SSF）由Largrange方法求解，求解出連續(xù)相中粒子位置與速度的表達式為：式中i =1 ， 2分別代表x與y方向的物理量???粒徑???粒子周圍連續(xù)相的瞬時速度???對應粒子的瞬時速度???粒子的標準阻力系數(shù)，與Re有關以此計算，當霧滴粒徑小于5μm時，整個粒子將在流道內(nèi)完全氣化，分離效率為零。當粒徑大于5μm時，分離效果明顯，效率大于78 .

　　除粒子大小外，很顯然，酸霧氣溶膠粒子與拐形流道壁面發(fā)生碰撞后被吸收的程度對整套裝置的脫硫效率有著重要的影響。上海交大為此建立了吸收與反彈模型，并給出了兩個判斷系數(shù)：碰撞的反彈系數(shù)：γ=水霧粒子被壁面粘附的判斷準則系數(shù)：β=β與水霧粒子溫度、流體中灰粒雜質(zhì)以及流道壁面粗糙度等因素密切相關。在實際過程中，當β0.4，認為水霧存在足夠的動能來克服壁面的摩擦阻力而從壁面反彈。反彈后，可得出：通過計算認為：γ取0.8 ，流場分布合理。

　　4設備運行情況根據(jù)該技術而設計制作的示范裝置安裝在一臺型號為DZL4 1.25 AⅡ的4t/h燃煤鍋爐排煙管道上，對其煙氣中SO進行治理，運行已近2年，云南省環(huán)境監(jiān)測站、西山區(qū)環(huán)境監(jiān)測站、五華區(qū)環(huán)境監(jiān)測站及云南冶金環(huán)境監(jiān)測中心站監(jiān)測數(shù)據(jù)均表明，鍋爐煙氣SO排放濃度穩(wěn)定達標，去除率在61.5～69.5之間。監(jiān)測結(jié)果。

　　5結(jié)論該技術在原理和形成的設備方面有新意。從示范裝置從運行考核結(jié)果看，技術指標較好，且投資及運行費用低，易被大多數(shù)企業(yè)所接受。其特點為：（1）基本達到預期目的，形成的示范裝置實際運行技經(jīng)指標全面達到設計指標要求：在用清水作捕集液、液氣比≤0.1L/m（工況）時，氣水分離云南冶金3.5樣品分析稱取1.000 0g試樣于150mL燒杯中，以下同實驗方法（2.2）操作處理、測試，按標準加入法計算Te的含量。用本法分析部份高純陰極銅及氧化銅光譜標樣的結(jié)果。由表1可以看出，本法可以滿足痕量分析的要求。

　　試樣本法結(jié)果外檢結(jié)果北京美國德國云冶標準值CuO標樣致謝：云南冶煉廠檢驗處朱榮、劉明勝等同志對本試驗給予了大力協(xié)助與支持，提供樣品數(shù)據(jù)，作者在此表示衷心感謝。

　　陳德真。冶金分析與測試（冶金分析分冊） [ J] .1985， 5 （6）：[ 7]周伯勁。試劑化學[ M] .廣州：廣東省韶關市科學技術協(xié)會，濃度監(jiān)測結(jié)果比較監(jiān)測方法及儀器濃度范圍平均濃度范圍平均去除率/ 監(jiān)測單位碘量法英國探頭式測定儀TH 990測定儀云南省冶金環(huán)境監(jiān)測中心昆明市五華區(qū)環(huán)境監(jiān)測站昆明市西山區(qū)環(huán)境監(jiān)測站云南省環(huán)境監(jiān)測中心（2）與其它治理工藝技術及設備相比較，該項技術及裝置確實具備：工藝簡單、體積小、占地面積小等特點，尤其適合對舊設備的改造（3）該項技術及裝置經(jīng)濟指標較好，投資少，示范裝置投資總計4.36萬元，折算成單位投資：1.09萬元/蒸t ，低于1.5萬元/蒸t的專家市場預測價。治理費用低，含設備折舊在內(nèi)， 0.41～0.99元2，若不計折舊費，成本費用僅為0.32～0.71 2，低于其它濕式脫硫方法治理成本（4）云南省中小型燃煤鍋爐較多，所用燃煤含硫量低于2 ，產(chǎn)出煙氣含SO濃度低于2 800mg/ 3，適合運用該技術，云南省經(jīng)濟發(fā)展水平相對落后，開發(fā)研究、推廣這項經(jīng)濟、實用的脫硫技術及裝置，對推動落后地區(qū)的二氧化硫治理工作具有重要的現(xiàn)實意義。

　　張煜盛。柴油機噴霧兩相流蒸發(fā)混合的數(shù)學模型研究[ J] .華中理工大學學報（自然科學版）， 1993， （3）：1923.

　　阮振偉。液滴蒸發(fā)的數(shù)值及試驗研究[ D] .上海交通大學碩士研究生論文， 1986.

　　 S.K.弗里德蘭德。煙塵。塵和霾氣溶膠性能基本原理[ M] .