富氧燃烧模拟烟气石灰石-石膏湿法脱硫试验研究

北极星环保网讯:摘要：为了研究富氧燃烧情况下烟气石灰石-石膏湿法脱硫系统的效率,在自行搭建的富氧燃烧烟气石灰石-石膏湿法脱硫实验台上进行脱硫试验,通过控制脱硫系统中的CO2浓度（体积分数14%、60%、70%、80%和90%）,研究富氧燃烧气氛下不同烟气流速、液气比、入口SO2浓度以及浆液pH值对SO2脱除特性的影响。

发现随着烟气流速和入口SO2浓度的增加,液气比和浆液pH值的减小,脱硫效率逐渐减小,系统中CO2浓度越大,脱硫效率越小;对不同CO2浓度气氛和浆液pH下的石膏晶体进行粒度分析和SEM电镜扫描,发现浆液pH值和CO2对石膏的结晶并不会产生明显的影响。

关键词:火力发电;锅炉;富氧燃烧;高CO2气氛;烟气脱硫;脱硫效率;石膏晶体

富氧燃烧技术[1,2,3]被认为是最具潜力的碳减排技术之一,美国、英国等发达国家已进行了大量的研究,中国近几年对富氧燃烧技术也进行了研究[4,5,6],未来将会受到广泛的关注。石灰石-石膏湿法脱硫技术由于具有脱硫效率高、石灰石来源丰富、副产品可利用等优点,是燃煤电厂应用最广泛的脱硫技术。本文主要研究富氧燃烧气氛下的湿法脱硫,以进一步完善富氧燃烧技术。

目前,石灰石-石膏湿法脱硫（WFGD）技术是应用最广泛,工艺最成熟的脱硫技术,中国大量燃煤电厂采用湿法脱硫技术,该技术在运行投资成本、脱硫效率、兼容度方面均显示一定的优势。石灰石-石膏湿法脱硫是对燃烧产生的烟气进行处理,因此烟气的物性对该技术的应用有较大的影响。

富氧燃烧技术又称O2/CO2技术,最初提出富氧燃烧理论的专家学者是Horn和Steinberg[7],美国、日本、加拿大、德国、瑞典等国家在富氧燃烧技术领域投入力量进行相关研究[8,9,10,11,12,13,14,15]。

与普通燃烧方式生成的烟气相比,采用富氧燃烧技术,用氧气代替空气作为助燃剂,煤粉燃烧后产生的烟气不再含有大量的N2,烟气主要成分为O2、H2O、CO2和SOx等,烟气中CO2的浓度将会大幅提高。因此在应用富氧燃烧技术的燃煤机组中采用湿法石灰石烟气脱硫技术,要考虑烟气中高浓度的CO2对脱硫系统的影响。

本文主要研究液气比、烟气流速、入口SO2浓度和浆液pH值对SO2吸收特性的影响,结合不同的CO2浓度气氛,研究不同因素对脱硫效率的影响;另外,研究在高CO2气氛下石膏结晶特性,分析石膏的粒度分布和形貌特征,这对富氧燃烧技术与湿法脱硫技术的结合应用和示范工程建设具有重要意义。

1试验装置与方案

1.1试验装置

试验装置主要由脱硫吸收塔主体、循环气路系统、循环浆液系统、配气系统、烟气采样系统、制浆系统、控制系统7个子系统构成,试验装置如图1所示。吸收塔内径为200mm,高19m,处理烟气量（标准状态,下文中如无特别说明,所涉及的气体均为标准状态）350~550m3/h。

图1试验装置流程示意

如图1,流程图左侧为配气系统,根据试验工况要求配置CO2体积分数为14%、60%、70%、75%、80%、90%以及SO2质量浓度为3000、4000、5000mg/m3的模拟烟气,其余成分为空气。利用混合器充分混合3种气体,再经过烟气加热器加热到指定温度后,将模拟烟气通入脱硫吸收塔,启动循环浆液系统,喷淋脱硫,然后从吸收塔出口排出烟气,由于此时烟气中含有较多的小液滴,需要除雾。

先经过烟气换热器一级除雾,再经过旋风除雾器二级除雾,然后利用风机将整个循环回路的气体循环起来,少部分烟气排至烟囱,大部分烟气循环回混合器中。在烟气的出口和入口分别用2台烟气分析仪进行采样测量（入口处为德国MGA-5;出口处为德国MRU600）,在循环浆液上方设置3个电加热器和浆液搅拌器,均由电控装置进行控制。

1.2试验方案

试验在富氧燃烧烟气石灰石-石膏湿法烟气脱硫工艺特性实验台上完成,主要研究气相高CO2气氛下不同的因素对SO2吸收特性的影响规律。本项研究对应工况条件如表1所示。

表1试验工况条件

研究的主要工况参数有CO2浓度、SO2浓度、浆液pH值、烟气流速、液气比,各参数对应不同的变量水平,由此合理设计正交试验,来考察不同CO2浓度下,分别结合其他工况条件,主要研究：（1）不同入口SO2浓度对脱硫效率的影响;（2）不同浆液pH值对脱硫效率的影响;（3）不同烟气流速对脱硫效率的影响;（4）不同液气比对脱硫效率的影响。

每次试验开始需2~3h将系统调节到基本稳定,试验时每个工况调整后稳定0.5h,然后再测试1h,测试时每2min记录一组数据,某工况下的脱硫效率取小时平均值。

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