富氧燃烧模拟烟气石灰石-石膏湿法脱硫试验研究

2试验结果与分析

2.1高CO2气氛对SO2吸收特性的影响

2.1.1高CO2气氛下入口SO2浓度对脱硫效率的影响

图2表示的是在浆液pH=5.5,烟气流速v=3.5m/s,液气体积比（L/G）=15时,随着CO2浓度的变化,不同烟气入口SO2浓度对系统脱硫效率的影响。

图2不同入口SO2浓度对脱硫效率的影响（pH=5.5,v=4.0m/s,L/G=15）

由图2可以看出,随着烟气入口SO2浓度的升高,系统脱硫效率逐渐降低,烟气中SO2浓度每增加1000mg/m3,系统的脱硫效率降低0.05~0.12个百分点。主要原因：一方面根据双模理论[16,17],当烟气中SO2浓度增加时,SO2分压将会增大,伴随着分压的增大,气液膜传质速率也会增大。

另一方面,SO2分压还与反应增强因子有关,分压越大,增强因子反而越小,综合考虑两者的影响,反应增强因子的影响更明显,总的液膜传质速率减小,因此随着入口SO2浓度的增加,系统脱硫效率下降。此外,从图2中还可以发现,在相同的入口SO2浓度情况下,随着CO2浓度的升高,系统脱硫效率逐渐降低。

2.1.2高CO2气氛下浆液pH值对脱硫效率的影响

图3表示的是烟气流速v=4.0m/s,入口SO2质量浓度为4000mg/m3,L/G=20时,不同的pH值对脱硫效率的影响。

图3不同浆液pH值对脱硫效率的影响（v=4.0m/s,SO2浓度=4000mg/m3,L/G=20）

由图3可以发现,不同浆液pH值对脱硫效率的影响比较大,当浆液pH>5.0时,pH值的影响比较小,浆液pH值从5.5下降到5.0,系统的脱硫效率下降0.7~1.1个百分点,而当浆液pH值从5.0下降到4.5时,在CO2浓度较高时脱硫效率下降得比较明显,从97%左右下降到85%左右,这说明浆液pH值是影响脱硫效率的重要因素。

在脱除SO2的化学反应过程中存在气相和液相阻力。其中液相阻力与浆液CaCO3含量、浆液pH值以及喷淋量有着很大的关系,实验研究表明,液相阻力随着浆液pH值的升高而减小,对应地吸收SO2能力越强。另外浆液中CaCO3溶解速度会随着浆液pH值的升高而下降,CO32-的解离能力会受到浆液pH值的抑制,CO32-的扩散速度将会下降,进而导致CaCO3的溶解速度减小,因此浆液pH值越高,脱硫效率越高。

还可以发现,随着CO2浓度升高,系统脱硫效率降低,当浆液pH值为5.5和5.0时,CO2浓度对脱硫效率的影响控制在1个百分点范围以内,而当浆液pH值为4.5时,CO2浓度从14%升高到90%时,系统的脱硫效率从94%下降到85%左右,可以认为浆液pH值较低时,CO2浓度对系统脱硫效率的影响比较大。

2.1.3高CO2气氛下烟气流速对脱硫效率的影响

图4表示的是当浆液pH=5.5,SO2浓度=3000mg/m3,液气比L/G=25时不同烟气流速对脱硫效率的影响。

图4不同烟气流速对脱硫效率的影响（pH=5.5,SO2浓度=3000mg/m3,L/G=25）

由图4可以发现,无论在低CO2浓度下还是在高CO2浓度下,烟气流速越低,对应的脱硫效率就越高,即烟气流速在3.0m/s对应的脱硫效率要大于3.5m/s和4.0m/s对应的脱硫效率。产生这种现象的主要原因：

烟气流速的增加会增强SO2的传质效果,随着烟气流速的增加,反应过程中的气相阻力减小,气液面之间的湍动加剧,反应更加充分,气液膜厚度会随着湍动的增强而减小,总传质系数增大。另外,当风速增大到一定程度时,由于风的浮生力使得浆液在脱硫塔吸收塔内产生内循环,总的传质面积增大,增强对SO2的吸收效果。

然而随着吸收塔内烟气流速增加,SO2气体的停留时间会随着烟气流速的增加而明显减小,进而导致浆液与SO2的反应时间缩短。综合考虑利弊因素,缩短反应时间对脱硫效率起着明显的影响,因此随着烟气流速的增加,系统脱硫效率下降。在相同的烟气流速下,随着CO2浓度升高,系统脱硫效率逐渐减小,下降幅度在1个百分点范围内。

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