新型海水烟气脱硫工艺设计及优化
海水烟气脱硫工艺利用海水碱性吸收烟气中的SO2,工艺较为简单具有经济性,且具有很强的应用前景。该工艺能够有效控制燃煤电厂污染气体SO2的排放,明显可以改善大气质量。目前该工艺已被多家电厂应用,相关理论研究已有报道。实验室已从实验方面对海水烟气脱硫影响因素进行了探索:海水盐度、碱度、温度、pH值等,并且进行了中试试验对几种类型的填料进行了对比研究。本文结合实验室的研究成果以及相关文献,对以下方面进行了深入探索:
1、深入探索了海水烟气脱硫(SFGD)中SO2的吸收机理:对填料塔内海水吸收烟气中低含量SO2进行了简化处理,根据相关原理以及主要影响因素将过程简化为碳酸氢盐对烟气中SO2的吸收,结合电荷守恒以及全塔物料衡算,可以预测不同塔段pH、y(气相摩尔分率)、碳酸盐含量、SO2吸收量的关系,结果存在一定的误差,但在工程上可以使用;求解了增强因子β,结合传质速率方程对传质系数进行了修正。
2、参照文献数据对吸收塔相关参数进行了设计计算,计算了塔径以及填料装填高度,计算了气液分布器的相关设计参数;运用流程模拟软件Aspen plus模拟了海水烟气脱硫的吸收部分,探索了液气比、烟气量以及海水成分、填料高度等对脱硫率η的影响,并对进料方式进行了初步优化。结果表明:操作液气比对脱硫效率有较大影响,脱硫效率随着液气比增大而升高;海水中HCO3ˉ含量越高,脱硫效率越高;液气比恒定,烟气中SO2含量升高使脱硫效率降低。结合相平衡线以及操作线方程计算了pH值随塔高的变化关系;对工艺进行了优化:一是液体进料量之和与单股进料相同,计算脱硫率,并与单股进料脱硫率比较;二是固定每段脱硫率相同,计算每段需要的海水流量。结果表明,两种方式都表现出比单股进料更好的效果。
3、恢复系统主要发生亚硫酸盐的氧化反应,根据双膜理论以及文献中数据分析,出塔海水中亚硫酸盐含量小于临界浓度,反应由双膜控制,反应级数并不为零。对文献中氧化动力学公式进行了讨论:在充分曝气的情况下,认为空气中O2的浓度对反应速率没有影响,拟合了文献中数据,探索了反应速率常数k与[H+]的关系,根据关系式计算了停留时间,以最佳转化率80％为例,探索了氧化时间t与pH的关系,在pH=6时氧化时间最短,t=0.05h,根据该停留时间计算了曝气池参数,出塔海水为酸性,需要添加海水使pn值提高至6左右,根据实验数据,采用稀释比为3时,pH值为6.04。以上述数据计算了曝气池以及排水池体积,采用投资较低的穿孔管作为曝气装置,空气分4路进入池底,计算得最长管路压力损失为2806.65kPa。
海水烟气脱硫;二氧化硫吸收量;氧化动力学;模拟优化;传质系数
中国海洋大学
硕士
应用化学
李春虎
2011
中文
X701.3;X55
92
2011-10-31（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）