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湿法脱硫协同去除细颗粒物的研究进展

北极星大气网  来源:化工进展  作者:王军锋 李金等  2019/7/23 11:32:48  我要投稿  
所属频道: 大气治理  关键词:湿法脱硫 细颗粒物 除尘 


3 湿法脱硫除尘新方法 

3.1 脱硫塔内部结构调整 

在湿法脱硫过程中,燃煤烟气从底部侧面进入 脱硫塔与自上而下喷淋的脱硫浆液逆向接触脱除二 氧化硫和颗粒物后由顶部排出,塔内烟气流速分布 不均匀。在脱硫塔内添加适宜的塔内结构,可以强 化气液接触作用,获得更好的脱硫除尘效果。 

将旋风除尘与湿式洗涤除尘结合应用,气体从塔体的切线方向进入,塔内设置旋流板,在离心力 的作用下接触壁面,同时洗涤液滴在气流作用下在 壁面上形成水膜,细颗粒物在强旋流以及与壁面水 膜接触的作用下高效去除。图1为Lee 等[20] 开发的 旋流湿式洗涤器试验原理图,通过调整旋流板角 度、喷雾压力及在喷嘴端部设置的圆棒撞击板可以 达到约 97% 的质量脱除效率。Chen 等[21] 对开放式 洗涤塔、托盘洗涤塔及带流型控制洗涤塔协同去除 颗粒物效果进行了中试实验研究。实验结果表明, 带流型控制洗涤塔具有最高的颗粒物去除效率同时 压降比托盘式洗涤塔低,经过性能指标评价,带流 型控制洗涤塔在湿法烟气脱硫协同去除颗粒物中更 高效经济。图2为Meikap等[22] 设计的多级鼓泡塔洗 涤器,塔内设置五级空心圆盘(三级收缩圆盘和两 级膨胀圆盘)连续诱导气泡产生和破裂,吸附接触 到的颗粒物进行去除。在综合了气液流量、塔体高 度和飞灰给料量的条件下,颗粒去除效率超过 95%。Mohan等[23] 在喷淋塔顶部连接鼓泡塔,同时 应用双流体雾化喷嘴产生细小液滴。研究发现,对 比于简单喷淋塔,双流体喷雾洗涤塔有更高的除尘 效率,与喷淋鼓泡塔同时应用脱除效率最高达到 99.3%。Byeon等[24] 设计改进了湍流湿式洗涤器,如 图3所示,增加多重导流板促进颗粒与液滴的接触 脱除,同时指出颗粒物的润湿性和过滤效果对提升 颗粒物脱除效率至关重要。许琳等[25] 研究发现在固 阀塔内,颗粒物润湿性越好细颗粒物洗涤效率越 高,粒径大于2μm的颗粒物洗涤效率在90%以上。 对于脱硫塔塔内部结构的调整的研究不仅对喷淋区 流场进行优化,更有学者研究新型除雾器,在脱硫 塔出口将细颗粒物及小粒径雾滴高效拦截。朱凯 等[26] 设计了一种新型涡流除雾器,如图4所示,实验研究发现烟气流速 5m/s 时,涡流除雾器比传统 折流板除雾器除雾效率高24.6%,通过数值模拟研 究发现涡流除雾器对 20μm 雾滴的除雾能力达到 90%以上。 

通过调整脱硫塔内部结构可以改变流场分布, 实现烟气与液滴更好接触作用,从而起到强化增效 除尘的功能,但是上述结论大都是在实验室模型实 验的基础上得出的,没有真正应用于湿法脱硫工业 环境中,同时塔内构件越复杂越容易引起壁面结垢 及堵塞,当脱硫塔运行时间过长时,影响更为严 重,这些问题都会影响到实际脱硫塔的应用,实际 应用中脱硫塔的稳定性仍需进一步测试。

3.2 促进颗粒物凝聚长大

湿法脱硫过程中,高温烟气与脱硫浆液逆向接 触时,发生强烈的传热传质反应,高温烟气使部分 脱硫浆液汽化蒸发,烟气含湿量增大接近或达到饱 和状态。基于脱硫塔内高湿环境,杨林军等[27] 提出 了湿法脱硫中应用蒸汽相变促进细颗粒物脱除。蒸 汽相变促进细颗粒物脱除的机理为[28] :在过饱和蒸 汽环境中,过饱和蒸汽以细颗粒物为凝结核发生非 均相核化凝结,使颗粒粒度增大,质量增加,增强 惯性捕集作用;同时凝结过程放出凝结潜热,颗粒 物表面与燃煤烟气存在温度梯度及水汽浓度梯度, 烟气中的细颗粒物会在热泳和扩散泳作用下发生迁 移运动,相互碰撞接触更频繁;发生相变凝结时, 水汽在细颗粒物表面凝结成一层水膜,细颗粒物表 面润湿性发生变化,从而更容易吸附捕集碰撞到水 膜上的细颗粒物,提高湿法脱硫协同除尘效率。 Wu 等[29-31] 采用不同的方式实现过饱和蒸汽环境, 研究了湿法脱硫协同去除细颗粒物的性能。文献 [29]报道在电除尘器前设置蒸发室,脱硫塔前设置 低温换热器,提高烟气相对湿度实现细颗粒物冷凝 的过饱和蒸汽环境。研究结果表明设置蒸发室及低 温换热器显著增强湿法烟气脱硫系统去除细颗粒物 效果,去除效率提高40%~50%。文献[30]报道在两 个除雾器之间注入适量蒸汽,以脱硫塔顶部空间作 为蒸汽相变室,促进未被脱硫浆液去除的细颗粒物 及脱硫浆液蒸发结晶的石膏颗粒凝结长大,顶部设 置丝网除雾器拦截凝结长大的液滴,试验系统如图 5所示。注入湿蒸汽使烟气过饱和度及过饱和区域 增加,脱硫塔出口细颗粒物数量浓度降低 30%~ 40%。文献[31]研究了蒸汽相变和耦合撞击流作用 下细颗粒物的去除特性。为使脱硫烟气与蒸汽混合 更加充分,将传统的单通道蒸汽注入改为两股冲击 射流注入脱硫塔,实验室环境下该工艺除尘效率可 以增加到50%~60%。Yan等[32] 考虑到不同粒径的颗 粒在声场中受声波的夹带作用不同,颗粒间产生相 对运动导致团聚,研究了带有润湿剂的液滴在声场 中对细颗粒物的脱除特性。结果表明,颗粒物的去 除效率与润湿剂的润湿性及声场强度密切相关,采 用十二烷基磺酸钠润湿剂及低强度声场可以获得较 高的颗粒物去除效率。随后,Yan等[33] 研究了湿法 脱硫过程中声凝聚和过饱和蒸汽冷凝共同作用对细 颗粒物去除效果的影响。脱硫塔前设置低温换热器 创造过饱和环境,两级除雾器之间设置声团聚室, 在低蒸汽消耗 (过饱和度 S=1.15) 和低声场强度 (I=151dB) 下去除效率超过70%。刘勇等[34] 实验研 究了脱硫塔入口烟气及脱硫浆液中添加化学团聚剂 对细颗粒物团聚脱除的影响,实验结果表明添加化 学团聚剂可以使细颗粒物平均粒径增大约4倍,数量浓度降低约 40% 以上,同时对脱硫效率影响较小。 

添加蒸汽或湿空气促进细颗粒物凝结长大适合 于湿法脱硫喷淋的高湿环境,但目前工业湿法脱硫 系统中应用较为普遍的折流板除雾器对30μm以上 的雾滴才有较佳的捕集效果,而单纯应用蒸汽相变 很难将PM2.5细颗粒物凝结长大至30μm,从而被传 统折流板除雾器捕集,因此脱硫洗涤中高湿烟气相 变促进细颗粒物脱除需要配置高效除雾器。此外, 过饱和水汽在细颗粒表面凝结的同时,也会凝结于 相变室壁面,进而削弱蒸汽相变效果,并有可能增 强壁面腐蚀结垢,其工业应用还有待进一步试验。

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