张立朋循环流化床喷嘴优化实验设计方案文档格式.docx
- 文档编号:20548594
- 上传时间:2023-01-24
- 格式:DOCX
- 页数:26
- 大小:203.02KB
张立朋循环流化床喷嘴优化实验设计方案文档格式.docx
《张立朋循环流化床喷嘴优化实验设计方案文档格式.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《张立朋循环流化床喷嘴优化实验设计方案文档格式.docx(26页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
如果弄清各种添加剂的作用机理或者作用规律,则可以有选择有目的的进行使用,.达到最佳脱硫效果和最少的运行成本。
本文针对半干法烟气循环流化床脱硫工艺中运行参数,Ca/S,绝对饱和温度,增湿水对脱硫效率,循环对脱硫效率等因素对脱硫塔内和整个系统脱硫效率的影响,为试验提供可参考的数据。
并介绍了几种不同的给料机的特性以及相关的应用,振动给料机优点在于方便调节速率、适用范围广其缺点占地面积不符合试验台标准而且在效率和精度上都不如螺旋给料机,皮带给料机结构简单、处料可靠但机型过大、容易磨损、效率低不如螺旋给料机的性能,经过各方面的对比,螺旋给料机是最适合试验台进行研究的给料机。
在选择单管螺旋给料机型号中规格200mm系列的给料机由于功率过大不符合试验的要求排除在外,SID1225、SID1625型号给料机输送距离过长不符合要求也要排除,剩余的SID1215、SID1615型号虽然都适合做试验台设备,但从经济适用的角度上SID1615耗能上远大于SID1215型号给料机,所以SID1215型号给料机是试验台所需的最佳机型。
关键词:
半干法烟气脱硫;
给料机;
试验台;
选型
ABSTRACT
Fluegasdesulfurizationtechnologyinsemidryfluegasdesulfurizationprocess,becausethesystemissimple,lowinvestment,easyprocessingofdesulphurizationproductshasbeengraduallyextensiveapplication.Butitsabsorbentutilizationratioislow,theabsorbentconsumption,resultinginoperatingcostincrease,soitneedsfurtherdevelopmentandperfect,improvetheutilizationrateofabsorbentanddesulfurizationefficiency,reducerunningcost.Paperforthispurposeinsemidryfluegasdesulfurizationintermsofthetheoreticalandexperimentalstudyondesulphurizationdevice,andrelatedequipmenttestandtheoreticalstudy.
Fluegasdesulfurizationprocess,thesuitableadditivecanimprovethedesulfurizationefficiencyandsavecostoftheabsorbent.Ifyoufindavarietyofactionmechanismofadditivesoractionrules,canchoosetouse,toachievethebesteffectofdesulfurization.Andminimaloperationcost.
Basedonsemidryfluegascirculatingfluidizedbeddesulfurizationprocessoperatingparameters,Ca/S,absolutesaturationtemperature,humidificationwateronthedesulfurizationefficiency,cycleonthedesulfurizationefficiencyandotherfactorsonthedesulfurizationtowerandthedesulfurizationefficiencyinfluence,mayprovidereferencedatafortest.Andintroducesseveraldifferentfeedercharacteristicsandtherelatedapplicationofvibratoryfeederhastheadvantagesofconvenientadjustment,rate,applicabletoawiderangeofitsdefectareadoesnotmeettheteststandardandinefficiencyandprecisionthanspiralfeeder,beltfeederhastheadvantagesofsimplestructure,reliablebutisexpectedmodelsistoolarge,easytowear,lowefficiencyaswellspiralfeederperformance,throughthecontrast,screwfeederisthemostsuitablefortestbenchoffeeder.Intheselectionofsinglescrewfeedermodelsspecificationsof200mmseriesfeederduetoexcessivepowerdonotmeetthetestrequirementsofexcluded,SID1225,SID1625typefeederconveyingdistancetoolongdoesnotmeettherequirementstoeliminate,theremainingSID1215,SID1615modelsaresuitablefortestingequipment,butfromtheeconomicalangleSID1615energydissipationfarmorethanSID1215typefeeder,soSID1215typefeederisatestbenchforthebestmodels.
Keywords:
semidryfluegasdesulfurization;
feeder;
testbench;
typeselection
第1章绪论
1.1课题的选题背景
烟气脱硫(FGD)始于本世纪20年代,我国的能源资源以煤炭为主,在电源结构方面,今后相当长的时间内以燃煤机组为主的基本格局不会改变。
大量的燃煤和煤中较高的含硫量必然导致SO2大量排放。
我国电力部门从70年代开始研究SO2控制问题,80年代中期加大试验研究力度,90年代首次在重庆珞璜电厂两台360MW机组上安装了石灰石-石膏湿法烟气脱硫装置。
1995年,我国SO2排放量达到2370万t,超过了欧洲和美国,成为世界上SO2排放第1大国,之后连续超过2000万t。
近年来,由于电力的快速发展,SO2的排放量又开始上升。
全国各地的燃煤电站纷纷进行烟气脱硫工程的建设,我国的燃煤电站烟气脱硫呈现出“井喷式”的发展。
据统计,我国2008年的二氧化硫排放总量比2000年增加了近三成,高达2500多万吨,居世界第一位。
其中火电厂是硫的主要排放源,燃煤火电厂的燃煤量占全国煤炭消耗量的一半以上。
我国自2004年1月1日实施的GBl3223-2003《火电厂大气污染排放标准》按时段规定了火电厂的大气污染物最高允许排放浓度限值,加快了我国火电厂脱硫装置的投入使用[1]。
烟气脱硫工艺可分为三种:
干法、半干法和湿法。
本文主要以半干法烟气脱硫螺旋给料机为基础,进行试验得到数据进行讨论。
1.2烟气循环脱硫技术发展
烟气循环流化床脱硫是20世纪80年代后期开发的一种新的脱硫技术。
该技术投资少、占地小、结构简单、易于操作,且具有高效除尘和烟气净化功能,国内外许多研究单位对该技术的反应机理、反应过程的数学模型等进行了理论和实验研究。
为了尽快把烟气循环流化床脱硫技术国产化,使之转化为生产力,在国家电站燃烧工程技术研究中心建立了烟气循环流化床脱硫热态试验装置。
通过把燃烧试验装置(CRF)与烟气循环流化床脱硫热态试验装置相结合就可以对不同煤种的烟气循环流化床脱硫进行试验研究。
本文利用实际煤种燃烧所产生的烟气,通过试验研究的方法对脱硫剂的不同加入方式、不同脱硫剂、反应器内温度、反应器内循环灰物料浓度、钙硫比以及反应器内流速等因素对脱硫率的影响进行了研究,在试验研究的基础上。
找出影响脱硫效率的主要因素,给出最佳的脱硫工艺路线,为大型热态试验以及实际工程设计提供依据。
1.3国内外半干法烟气脱硫工艺的研究和应用
半干法烟气脱硫工艺中二氧化硫的吸收过程牵扯到气、液、固三相在内的传热、传质和化学反应等众多因素,分析起来相当复杂。
国内外许多研究者曾对半干法脱硫进行了相关的试验及机理研究。
Getler将脱硫过程分为三个阶段,即常速反应阶段、降速反应阶段和拟平衡阶段。
常速反应阶段由于浆滴含有足够的水分,其表面完全被水分覆盖,水分蒸发速率基本保持不变。
这一时阶段SO2与Ca(OH)的反应是液相离子反应,属于瞬间反应。
降速反应阶段和拟平衡阶段,液滴表面不再完全被水分覆盖,脱硫反应和水分蒸发受颗粒内的扩散过程所控制。
Getler等认为脱硫过程主要发生在干燥过程的前两个阶段。
而Shinl明则认为SO2与干燥后产物仍发生反应。
Wentz和Thygeson认为常速干燥阶段水分蒸发速率受入口烟气质量速度、温度和湿度的影响,降速干燥阶段吸收剂扩散路径受到限制,水分通过颗粒的扩散成为控制水分蒸发的因素。
Partridge项日认为,在降速干燥的初期,可以仍采用常速干燥阶段过程的假设;
当失去大量的水分后,反应产物在固体颗粒团的外表面形成一层产物层,从而阻碍了反应的继续进行。
Gullett和Kramhch以单个浆滴为研究对象,对其脱硫反应进行了研究,他们认为,当SO2浓度<
800ppm时,整体反应速率由气膜扩散控制;
当SO2浓度>
800ppm时,反应由石灰的溶解速率控制。
对于吸收过程的理论模型,国内外不同研究者提出了不同的模型。
主要有双膜理论、扩散边界层理论、溶质渗透理论以及表面更新理论等[2]。
Ramachandran和Sharma(1969)最早从理论上讨论了固体粒子微溶的浆液吸收气体问题,他们以膜模型为基础,提出了粒子在液膜中溶解是否重要的判据。
Uchida(1977)听寸Ramachandran的模型进行深入讨论,在假设无气相传质阻力等条件下,建立了数学模型。
Sada(1977)对Ramaehandran模型进行了扩展。
他在1979年用Mg(OH)2-SO2体系在一个自激式喷雾器(self-inducedsprayscrubber)中进行实验,以检验其传质模型,发现实验结果和模型计算相差较大。
他在双搅拌釜中对SO2、NO2同时被Ca(OH)2或Mg(OH)2吸收进行了研究[3]。
又在1980年用双反应面膜模型对CaCO3-SO2体系作了分析,理论模型的吸收速度小于双搅拌釜中的实验结果。
1981年他又进一步修正了双反应而模型,使之和实验数据吻合,强调了CaCO3-SO2体系中CHSO3比CSO3大,HCO-3对提高吸收速度有重要作用。
1983年对CaCO3和Mg(OH)2浆液同时吸收SO2进行了研究,双反应面模型计算结果和实验值一致。
Sada的研究有一定的理论意义,但所提出的双反面膜模型中,假定液膜中有两个稳定的反应面,固体粒子直径小于液膜厚度等与实际装置中的情况不一定相符。
随着试验和理论研究的不断推进,烟气脱硫工艺的实际应用也越来越广泛。
在世界各国现有的烟气脱硫技术中,湿法烟气脱硫技术占85%左右,其中,石灰石一石膏法36.7%,其它湿法占48.3%;
喷雾干燥脱硫约占8.4%吸收剂再生脱硫约占3.4%;
炉内喷射吸收剂脱硫约占1.9%。
吸收剂再生脱硫主要有氧化镁法、双碱法、WellmenLord法。
日本(98%)、美国(92%)和德国(90%)等国家的脱硫工艺主要以湿法脱硫为主。
国内烟气脱硫技术的发展起步于1961年,当时仅为防止锅炉尾部受热面的低温腐蚀,采用在过热器前喷入白云石粉的措施,以减少烟气中SO2的浓度,降低烟气酸露点,保护低温段空预器不受腐蚀。
70年代后,火电厂FGD工作受到有关部门的重视,进入发展阶段。
近年来,随着我国二氧化硫污染和酸雨问题的日益严重,从90年代初,我国陆续引进了一些国外烟气脱硫的示范项目情况见表1-1。
在引进国外脱硫工艺的同时,国内各科研单位和高等院校也积极研究与探索,开发高效、低投资的符合我国国情的脱硫工艺。
最近几年来,包括浙江大学、清华大学、东南大学等一些院校开发出了一系列烟气脱硫工艺,有些己经投建应用,并取得了较好效果。
表1-1我国引进的国外干法及半干法烟气脱硫工艺应用状况
烟气脱硫技术
用户
生产商
处理烟气量
(Nm3/h)
脱硫效率
(%)
投产日前
旋转喷雾干燥烟气脱硫装置
沈阳黎明发动机制造公司
丹麦Niro公司
50000
80
1990年
炉内喷钙尾部增湿
山东黄岛电厂
南京下关电厂
浙江钱清电厂
中日合作
芬兰Fortum
300000
544000
550000
70
75
65
1995年
1996年
1999年
电子束烟气脱硫脱销
四川成都热电厂
日本荏原
90
1997年
荷电干式喷射脱硫工艺
杭州钢铁集团
山东德州电厂
美国Alanco
60000
100000
NiD半干法
巨化热电厂
挪威ABB公司
300410
2000年
1.4本文的主要工作内容
介绍了烟气循环脱硫中半干法脱硫工艺的技术特点,以及Ca/S、绝对饱和温度、增湿水、循环倍率变化等一些因素对半干法脱硫的影响。
对几种给料机进行介绍为试验台选择适当的给料机型号,使实验能够得到准确的数据。
在振动给料机、螺旋给料机、皮带给料机这几种性能优异的给料机中,振动给料机有适用于磨损大的物料等优点,螺旋给料机有速率、精度等优点,皮带给料机有着性能可靠适用于粘性的物料等特点,对于试验台选择适合给料机需选取综合能力较强的螺旋给料机。
以及对这类给料机的具体选型。
第2章烟气脱硫技术现状
2.1烟气脱硫技术
烟气脱硫Fluegasdesulfurization,简称FGD,在FGD技术中,按脱硫剂的种类划分,可分为以下五种方法:
以CaCO3(石灰石)为基础的钙法,以MgO为基础的镁法,以Na2SO3为基础的钠法,以NH3为基础的氨法,以有机碱为基础的有机碱法。
世界上普遍使用的商业化技术是钙法,所占比例在90%以上。
按吸收剂及脱硫产物在脱硫过程中的干湿状态又可将脱硫技术分为湿法、干法和半干(半湿)法。
湿法FGD技术是用含有吸收剂的溶液或浆液在湿状态下脱硫和处理脱硫产物,该法具有脱硫反应速度快、设备简单、脱硫效率高等优点,但普遍存在腐蚀严重、运行维护费用高及易造成二次污染等问题。
干法FGD技术的脱硫吸收和产物处理均在干燥状态下进行,该法具有无污水废酸排出、设备腐蚀程度较轻,烟气在净化过程中无明显降温、净化后烟气温度高、利于烟囱排气扩散、二次污染少等优点[4],但存在脱硫效率低,反应速度较慢、设备庞大等问题。
半干法FGD技术是指脱硫剂在干状态下脱硫、在湿状态下再生(如水洗活性炭再生流程),或者在湿状态下脱硫、在干状态下处理脱硫产物(如喷雾干燥法)的烟气脱硫技术。
特别是在湿状态下脱硫、在干状态下处理脱硫产物的半干法,以其既有湿法脱硫反应速度快、脱硫效率高的优点,又有干法无污水废酸排出、脱硫后产物易于处理的优势而受到人们广泛的关注[5]。
2.2烟气脱硫的几种工艺
(1)石灰石-石膏法烟气脱硫工艺
石灰石-石膏法脱硫工艺是世界上应用最广泛的一种脱硫技术,日本、德国、美国的火力发电厂采用的烟气脱硫装置约90%采用此工艺。
它的工作原理是:
将石灰石粉加水制成浆液作为吸收剂泵入吸收塔与烟气充分接触混合,烟气中的二氧化硫与浆液中的碳酸钙以及从塔下部鼓入的空气进行氧化反应生成硫酸钙,硫酸钙达到一定饱和度后,结晶形成二水石膏。
经吸收塔排出的石膏浆液经浓缩、脱水,使其含水量小于10%,然后用输送机送至石膏贮仓堆放,脱硫后的烟气经过除雾器除去雾滴,再经过换热器加热升温后,由烟囱排入大气。
由于吸收塔内吸收剂浆液通过循环泵反复循环与烟气接触,吸收剂利用率很高,钙硫比较低,脱硫效率可大于95%。
(2)旋转喷雾干燥烟气脱硫工艺
喷雾干燥法脱硫工艺以石灰为脱硫吸收剂,石灰经消化并加水制成消石灰乳,消石灰乳由泵打入位于吸收塔内的雾化装置,在吸收塔内,被雾化成细小液滴的吸收剂与烟气混合接触,与烟气中的SO2发生化学反应生成CaSO3,烟气中的SO2被脱除。
与此同时,吸收剂带入的水分迅速被蒸发而干燥,烟气温度随之降低。
脱硫反应产物及未被利用的吸收剂以干燥的颗粒物形式随烟气带出吸收塔,进入除尘器被收集下来。
脱硫后的烟气经除尘器除尘后排放。
为了提高脱硫吸收剂的利用率,一般将部分除尘器收集物加入制浆系统进行循环利用。
该工艺有两种不同的雾化形式可供选择,一种为旋转喷雾轮雾化,另一种为气液两相流。
喷雾干燥法脱硫工艺具有技术成熟、工艺流程较为简单、系统可靠性高等特点,脱硫率可达到85%以上。
该工艺在美国及西欧一些国家有一定应用范围(8%)。
脱硫灰渣可用作制砖、筑路,但多为抛弃至灰场或回填废旧矿坑。
(3)磷铵肥法烟气脱硫工艺
磷铵肥法烟气脱硫技术属于回收法,以其副产品为磷铵而命名。
该工艺过程主要由吸附(活性炭脱硫制酸)、萃取(稀硫酸分解磷矿萃取磷酸)、中和(磷铵中和液制备)、吸收(磷铵液脱硫制肥)、氧化(亚硫酸铵氧化)、浓缩干燥(固体肥料制备)等单元组成。
它分为两个系统:
烟气脱硫系统——烟气经高效除尘器后使含尘量大大降低,用风机将烟压升高到一定值,先经文氏管喷水降温调湿,然后进入四塔并列的活性炭脱硫塔组(其中一只塔周期性切换再生),控制一级脱硫率大于或等于70%,并制得30%左右浓度的硫酸,一级脱硫后的烟气进入二级脱硫塔用磷铵浆液洗涤脱硫,净化后的烟气经分离雾沫后排放。
肥料制备系统——在常规单槽多浆萃取槽中,同一级脱硫制得的稀硫酸分解磷矿粉(P2O5含量大于26%),过滤后获得稀磷酸(其浓度大于10%),加氨中和后制得磷氨,作为二级脱硫剂,二级脱硫后的料浆经浓缩干燥制成磷铵复合肥料。
(4)炉内喷钙尾部增湿烟气脱硫工艺
炉内喷钙加尾部烟气增湿活化脱硫工艺是在炉内喷钙脱硫工艺的基础上在锅炉尾部增设了增湿段,以提高脱硫效率。
该工艺多以石灰石粉为吸收剂,石灰石粉由气力喷入炉膛850-1150℃温度区,石灰石受热分解为氧化钙和二氧化碳,氧化钙与烟气中的二氧化硫反应生成亚硫酸钙[6]。
由于反应在气固两相之间进行,受到传质过程的影响,反应速度较慢,吸收剂利用率较低。
在尾部增湿活化反应器内,增湿水以雾状喷入,与未反应的氧化钙接触生成氢氧化钙进而与烟气中的二氧化硫反应。
当钙硫比控制在2.0-2.5时,系统脱硫率可达到65-80%。
由于增湿水的加入使烟气温度下降,一般控制出口烟气温度高于露点温度10-15℃,增湿水由于烟温加热被迅速蒸发,未反应的吸收剂、反应产物呈干燥态随烟气排出,被除尘器收集下来。
该脱硫工艺在芬兰、美国、加拿大、法国等国家得到应用,采用这一脱硫技术的最大单机容量已达30万千瓦。
(5)烟气循环流化床脱硫工艺
烟气循环流化床脱硫工艺由吸收剂制备、吸收塔、脱硫灰再循环、除尘器及控制系统等部分组成。
该工艺一般采用干态的消石灰粉作为吸收剂,也可采用其它对二氧化硫有吸收反应能力的干粉或浆液作为吸收剂。
由锅炉排出的未经处理的烟气从吸收塔(即流化床)底部进入[7]。
吸收塔底部为一个文丘里装置,烟气流经文丘里管后速度加快,并在此与很细的吸收剂粉末互相混合,颗粒之间、气体与颗粒之间剧烈摩擦,形成流化床,在喷入均匀水雾降低烟温的条件下,吸收剂与烟气中的二氧化硫反应生成CaSO3和CaSO4。
脱硫后携带大量固体颗粒的烟气从吸收塔顶部排出,进入再循环除尘器,被分离出来的颗粒经中间灰仓返回吸收塔,由于固体颗粒反复循环达百次之多,故吸收剂利用率较高。
此工艺所产生的副产物呈干粉状,其化学成分与喷雾干燥法脱硫工艺类似,主要由飞灰、CaSO3、CaSO4和未反应完的吸收剂Ca(OH)2等组成,适合作废矿井回填、道路基础等。
典型的烟气循环流化床脱硫工艺,当燃煤含硫量为2%左右,钙硫比不大于1.3时,脱硫率可达90%以上,排烟温度约70℃。
此工艺在国外目前应用在10-20万千瓦等级机组。
由于其占地面积少,投资较省,尤其适合于老机组烟气脱硫。
(6)海水脱硫工艺
海水脱硫工艺是利用海水的碱度达到脱除烟气中二氧化硫的一种脱硫方法。
在脱硫吸收塔内,大量海水喷淋洗涤进入吸收塔内的燃煤烟气,烟气中的二氧化硫被海水吸收而除去,净化后的烟气经除雾器除雾、经烟气换热器加热后排放。
吸收二氧化硫后的海水与大量未脱硫的海水混合后,经曝气池曝气处理,使其中的SO32-被氧化成为稳定的SO42-,并使海水的PH值与COD调整达到排放标准后排放大海。
海水脱硫工艺一般适用于靠海边、扩散条件较好、用海水作为冷却水、燃用低硫煤的电厂。
海水脱硫工艺在挪威比较广泛用于炼铝厂、炼油厂等工业炉窑的烟气脱硫,先后有20多套脱硫装置投入运行。
近几年,海水脱硫工艺在电厂的应用取得了较快的进展。
此种工艺最大问题是烟气脱硫后可能产生的重金属沉积和对海洋环境的影响需要长时间的观察才能得出结论,因此在环境质量比较敏感和环保要求较高的区域需慎重考虑。
(7)电子束法脱硫工艺
该工艺流程有排烟预除尘、烟气冷却、氨的充入、电子束照射和副产品捕集等工序所组成。
锅炉所排出的烟气,经过除尘器的粗滤处理之后进入冷却塔,在冷却塔内喷射冷却水,将烟气冷却到适合于脱硫、脱硝处理的温度(约70℃)。
烟气的露点通常约为50℃,被喷射呈雾状的冷却水在冷却塔内完全得到蒸发,因此,不产生废水。
通过冷却塔后的烟气流进反应器,在反应器进口处将一定的氨水、压缩空气和软水混合喷入,加入氨的量取决于S
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 张立朋 循环 流化床 喷嘴 优化 实验设计 方案
![提示](https://static.bdocx.com/images/bang_tan.gif)