燃煤烟气中细颗粒物与共存气态组分对膜吸收CO2的影响

由于燃煤烟气中细颗粒物和气态污染物难以完全脱除,同时经湿法脱硫后烟气中水汽接近饱和状态,因此,有必要揭示细颗粒物及共存气态组分对膜吸收CO₂的影响。采用燃煤热态试验装置,考察了燃煤烟气中细颗粒物、SO₂、水汽对膜吸收CO₂性能的影响,并进行了实际燃煤湿法脱硫净烟气环境下的膜吸收CO₂试验。结果表明:细颗粒物随烟气通过膜组件后,部分细颗粒物可被膜截留,沉积于膜表面,导致膜吸收CO₂效率下降,其影响程度随细颗粒物浓度的降低而减弱,与细颗粒物物性有一定关系,通过有效降低烟气中细颗粒物浓度,可显著延长膜的稳定运行时间;SO₂的存在会与CO₂产生竞争吸收现象,但因烟气中SO₂含量远低于CO₂,对CO₂吸收效率影响不明显;对于水汽,只需在运行一段时间后对膜组件作气体干燥反吹,可基本维持膜组件的稳定运行。     

臭氧氧化结合硫代硫酸钠溶液喷淋同时脱硫脱硝

采用臭氧氧化结合湿法喷淋硫代硫酸钠溶液的方法开展模拟烟气同时脱硫脱硝实验研究。结果表明,采用臭氧氧化结合Na₂S₂O₃-NaOH溶液湿法喷淋可以实现NO_x和SO₂协同脱除:在O₃/NO摩尔比为1.1～1.2时,溶液中Na₂S₂O₃浓度的增加会提高系统的NO_x脱除效率,烟气中SO₂的存在会促进NO_x的脱除,当SO₂浓度为1030 mg·m^-3、2.0%Na₂S₂O₃溶液作为喷淋液时可实现较高的SO₂脱除效率,同时NO_x脱除效率可达70%以上;喷淋液pH在2.5～9范围内变化时提高浆液pH有利于NO_x的脱除,当pH 9时脱硝效率可达75%。180 min连续同时脱硫脱硝实验结果表明,硫代硫酸钠可有效促进NO_x的脱除,并实现SO₂较高的脱除效率,同时可实现系统同时脱硫脱硝连续稳定运行,喷淋吸收后烟气中NO_x的主要转化产物为NO₂^-, 该方法作为一种有效的同时脱硫脱硝技术,具有一定的工业应用推广前景。     

化学团聚促进电除尘脱除烟气中PM2.5和SO3

化学团聚技术是实现燃煤烟气超净排放的有效技术之一,采用燃煤热态实验系统,分析探讨化学团聚技术促进电除尘对PM_2.5和SO₃的脱除作用,考察了化学团聚剂添加前后细颗粒化学组分及粒径的变化,以及化学团聚室、电除尘出口PM_2.5和SO₃浓度变化,并分析促进PM_2.5和SO₃脱除的机理。结果表明：喷入化学团聚剂后,细颗粒粒径峰值由0.1 μm增大到3 μm左右,细颗粒化学组分基本保持不变;电除尘出口细颗粒物数量浓度由5.8×104 cm^-3降低到3.2×104 cm^-3,电除尘效率提高45%;烟气SO₃浓度由40 mg·m^-3提高到100 mg·m^-3时,单一化学团聚对SO₃的脱除效率由42%提高到68%,协同电除尘SO₃脱除效率由66%提高到86%。     

钙基脱硫工艺协同脱硝技术研究进展

采用钙基吸收剂的烟气脱硫技术拥有95%以上的市场份额,基于钙基烟气脱硫工艺协同乃至同时脱除NO_x是最现实可行的技术方向。本文阐明了钙基脱硫工艺协同脱硝的可行性,并根据硫氮协同脱除反应所处的温度区段,将钙基吸收剂硫氮协同脱除技术分为炉内联合脱除、中温同时脱除和低温段协同脱除三类,针对每类技术的基本原理、研究现状和存在的问题进行了分析和总结,指出将NO氧化为NO₂在低温段实现SO₂和NO_x协同乃至同时脱除是最现实可行的技术方向,并针对该技术存在的NO₂在低温脱硫工艺中吸收效率低和钙基吸收剂利用率低的问题提出了研究方向。最后,对钙基脱硫工艺协同脱硝技术的发展进行了展望,指出了实施超净排放后基于低温脱硫工艺协同脱硝技术应具有广阔的工业应用前景。     

等速升温流态化下CaO/生物质焦的SO2/NO联合脱除特性

燃煤锅炉污染物超低排放标准对电厂脱硫和脱硝系统提出了更高的要求。CaO作为脱硫剂可以实现循环流化床锅炉烟气中SO₂的高效脱除,焦炭作为还原剂直接还原NO,同时CaO的存在对焦炭还原NO起催化作用,可以实现燃煤烟气中SO₂/NO的联合脱除。为了探究连续温度变化对CaO/生物质焦联合脱硫脱硝性能的影响,在钙循环捕集CO₂技术背景下,研究了等速升温流态化下CaO/生物质焦的SO₂/NO联合脱除特性。探究了烟气中O₂和CO₂对CaO/椰壳焦脱除SO₂/NO的影响。结果表明,O₂通过对椰壳焦表面碳原子的活化作用降低了异相还原NO温度,在300~950℃等速升温过程中CaO/椰壳焦的NO脱除效率逐渐增加,780℃以上能实现100%脱硝。O₂也提高了CaO/椰壳焦的脱硫效率。CO₂与CaO的碳酸化反应以及与椰壳焦的气化反应对同时脱除SO₂/NO有明显抑制作用。O₂和CO₂共同作用下,在500~800℃内CaO/椰壳焦的脱硝效率随温度升高而增加,脱硫效率先降低后升高。NO促进了CaO/椰壳焦脱除SO₂,而SO₂对脱硝有抑制作用。800℃时CaO/椰壳焦同时脱除SO₂和NO的效率分别为97.7%和93.9%。     

燃煤烟气中SO3迁移转化特性及其控制的研究现状及展望

SO₃排放导致的烟羽浊度增大、蓝烟/黄烟现象及其排入大气环境后转化为二次气溶胶等问题,已引起广泛关注。燃煤电厂SO₃的排放主要由煤燃烧以及SCR烟气脱硝中SO₂氧化形成,随着选择性催化还原（SCR）脱硝设施的推广应用及高硫煤使用量的增多,控制燃煤SO₃排放已迫在眉睫。本文分析综述了燃煤烟气SO₃在SCR脱硝过程、低低温电除尘、湿法烟气脱硫以及湿式电除尘中的生成、迁移转化及脱除特性。同时介绍了两类控制燃煤烟气系统中SO₃的技术,一是利用现有污染物控制设备的协同作用;二是喷射碱性吸收剂吸收SO₃,综合比较了各类碱性吸收剂以及不同喷射位置,提出一种将喷碱性吸收剂与脱硫废水烟道蒸发技术相结合的控制方法。最后指出探究烟气系统中SO₃迁移转化特性以及碱性吸附剂脱除SO₃的反应机理及其影响因素是未来燃煤烟气SO₃控制技术研究的发展方向。     

超低排放燃煤电厂中SO3的迁移及脱除特征

燃煤烟气中的SO₃会对机组运行及大气环境造成不利影响。为研究燃煤电厂SO₃排放特征,本文采取异丙醇吸收法对某300MW超低排放机组污染物控制装置进出口SO₃采样,以分析SO₃在燃煤机组中的迁移及脱除特性。结果表明：炉膛燃烧过程以及选择性催化还原装置（selective catalytic reduction,SCR）均将部分SO₂转化为SO₃,炉膛燃烧生成SO₃的质量浓度为SO₂的0.86%,SCR内SO₂/SO₃转化率为0.45%。烟气经过空气预热器,SO₃浓度降低了5.7%;静电除尘器（electrostatic precipitator,ESP）脱除SO₃效果较差,主要由于ESP内烟温在110℃以上,H₂SO₄酸雾凝结量较少;双级湿法脱硫装置（wet flue gas desulfurization,WFGD）对SO₃脱除效率达到81.3%,比国内单级脱硫装置SO₃脱除效果高30%～50%;湿式静电除尘器（wet electrostatic precipitator,WESP）脱除SO₃效率为23.0%。机组烟囱排放SO₃质量浓度为2.025mg/m³（标准）,SO₃排放因子EF为0.034kg/t。     

基于气-液传质强化的湿法烟气脱硫CFD模拟研究

针对燃煤电厂烟气脱硫过程中,高硫煤燃烧产生的高含硫烟气高效脱硫难题,通过计算流体力学(CFD)开展了钙法烟气SO₂高效脱除研究,提出了基于塔内筛板构件及喷淋系统优化的多手段耦合增效方法。建立了宏观脱硫塔尺度下涵盖喷淋吸收-筛板鼓泡吸收的SO₂多形式吸收脱除耦合模型,获得了浆液下落过程中的pH及SO₂吸收速率变化规律,并研究了湍流构件对脱硫塔内的气液混合流动、相内相间传质、浆液内部化学反应等过程的影响机制。探究了筛板对于脱硫塔脱除效率的强化机制,并进一步开展了筛板布置位置优化设计研究。同时,针对脱硫塔喷淋系统开展了优化设计研究,通过对比研究获得了喷淋系统优化后布置方案。基于所提出的脱硫塔多手段耦合增效方法,研究了包括液气比、浆液粒径及入口烟气SO₂浓度等不同参数影响下的脱硫塔SO₂脱除性能,发现通过塔内筛板构件及喷淋系统优化多手段协同增效后,可实现不同工况下脱硫塔SO₂脱除效率提升3%～8%。     

燃煤锅炉烟气脱硫技术对颗粒物排放影响研究进展

随着环境问题的日益严峻及燃煤锅炉超低排放工作的实施,由燃煤引起的大气污染问题及脱硫和除尘设备协同脱除污染物的作用逐渐受到关注。由燃煤释放的SO2和颗粒物对人类健康及自然环境造成严重危害,因此对SO2和颗粒物的治理至关重要。笔者综述了湿法烟气脱硫技术如石灰石-石膏法、氨法等,半干法烟气脱硫技术如循环流化床烟气脱硫技术(CFB)、高倍率灰钙循环烟气脱硫(NGD)等以及干法烟气脱硫技术如电子射线辐射法脱硫技术、活性炭(活性焦、活性半焦)吸附脱硫技术等的发展历史、技术特点及适用范围,并对比分析了各脱硫技术对颗粒物排放特性的影响。结果表明,湿法烟气脱硫技术SO2脱除效率最高,尤其是石灰石-石膏法烟气脱硫技术,总效率可达99%以上。入口颗粒物浓度高于5 mg/m^3时,此技术能够协同脱除烟气中的颗粒物,除尘效率可达50%~80%,脱硫前后粒径分布都为典型的双峰分布,且脱硫后粒径峰值向小粒径偏移,硫酸盐成分增加;入口颗粒物质量浓度低于5 mg/m^3时,出口颗粒物浓度可能出现不降反增的现象,另外,由于其投资和运行成本高,多应用于大型燃煤机组和脱硫剂来源丰富的地区,同时湿法烟气脱硫产物还具有一定的经济效益;半干法和干法烟气脱硫技术SO2脱除效率在60%~90%,与湿法脱硫技术相比具有投资和运行成本低,占地面积小和节约水资源等优点,在中小型锅炉领域如燃煤工业锅炉具有较好的应用前景,但大量脱硫产物和脱硫剂随烟气进入除尘设备,浓度高达1 000 g/m^3以上,为除尘设备造成极大的运行压力,加大了投资和运行成本。目前半干法烟气脱硫技术及干法烟气脱硫技术对颗粒物排放特性的影响研究较少,还需在脱硫系统对颗粒物粒径、成分及形貌特性等方面的影响规律做进一步研究。     

燃煤烟气同时脱硫脱硝技术进展

煤炭仍是我国能源的主要原料,其燃烧排放的SO₂和NO_x依然是主要污染源之一。对近期燃煤烟气同时脱硫脱硝的液相吸收技术、紫外高级氧化技术、低温等离子体技术、电子束技术、臭氧前置氧化结合化学吸收技术和干法催化再生技术进行了详细的总结和评述,分析了对SO₂和NO_x脱除效率的影响因素,并对技术的应用进行了展望。     

湿法脱硫净烟气中的细颗粒物对膜吸收CO2的影响

在使用膜吸收装置脱除燃煤电厂尾气中二氧化碳的实际应用中,膜吸收二氧化碳系统装配于湿法烟气脱硫系统(WFGD)出口是最适宜的选择。经过湿法脱硫的烟气中含有一定量的细颗粒物,这些颗粒物可能会影响膜的性能,因此有必要揭示细颗粒物对膜吸收二氧化碳的影响。本文采用模拟实验装置,选取飞灰、硫酸钙、硫酸铵3种颗粒物,考察了它们对聚丙烯(PP)中空纤维膜吸收二氧化碳的影响。结果表明:3种颗粒物通过膜组件时,均会在膜表面沉积,导致二氧化碳脱除效率下降;膜吸收二氧化碳的性能与颗粒物沉积程度呈负相关;3种颗粒物对膜吸收二氧化碳的影响程度从大到小依次为硫酸钙、硫酸铵、飞灰;颗粒物在膜表面沉积后很难被气体反吹,这会使膜基本失效。     

Wet flue gas desulfurization performance of 330 MW coal-fired power unit based on computational fluid dynamics region identification of flow pattern and transfer process

Wet Flue Gas Desulfurization (WFGD) unit based upon spray scrubber has been widely employed to control SO₂ emissions from flue gas in coal-fired power plant. To clarify the dependence of desulfurization performance on inter-phase transfer behaviors with non-ideal contacting patterns of flue gas and slurry droplets, three regions in spray scrubber are distinguished in terms of gas-slurry flow structures using CFD method in the Eulerian-Lagrangian framework. A comprehensive model is established by involving the transfer process between two phases and chemical reactions in aqueous phase, which is validated with the measured data from a WFGD scrubber of 330 MW coal-fired power unit. Numerical results show that the overall uniformity degree of flue gas in whole scrubber is largely determined by the force-balanced droplets in the middle part of scrubber, which is dominated by counter-current mode. Both momentum transfer behavior and SO₂ chemical absorption process present the synchronicity with the evolution of gas-slurry flow pattern, whilst the heat transfer together with H₂O evaporation has little effect on overall absorption process. Three regions are firstly defined as Gas Inlet Region (GIR), Dominant Absorption Region (DAR) and Slurry Dispersed Region (SDR) from the bottom to top of scrubber. SO₂ is mainly scrubbed in DAR, which provides much more intensive interaction between two phases compared to GIR or SDR. A better understanding of the desulfurization process is obtained from the fundamental relationship between transport phenomena and chemical reactions based upon the complicated hydrodynamics of gas-slurry two-phase flow, which should be useful for designing and optimizing the scrubber in coal-fired power unit.     

氨法烟气脱硫过程中气溶胶颗粒生成特性

利用自行搭建的模拟氨法烟气脱硫实验平台,针对氨法脱硫中脱硫浆液液滴夹带蒸发和非均相反应两种气溶胶生成途径,采用电称低压冲击器(ELPI)、PM_2.5/10采样器、场发射扫描电子显微镜(FESEM)等手段对两种途径下生成的气溶胶浓度、粒度分布以及形貌特征进行了测试分析,实验考察了氨法脱硫工艺参数对两种途径下生成的气溶胶特性的影响。结果表明,氨法脱硫中形成的气溶胶颗粒从数浓度角度而言,主要为亚微米级颗粒,从质量浓度分析,则以微米级及更大颗粒为主;脱硫浆液中挥发逸出的气态NH₃和烟气中水汽、SO₂间的非均相反应是氨法脱硫气溶胶的主要来源,其形成量主要取决于脱硫浆液pH、脱硫塔进口烟温等;其次来自于脱硫液滴的夹带蒸发作用,其形成量主要取决于脱硫浆液浓度、空塔气速等。     

混燃石油焦循环流化床锅炉硫污染物排放特性

在3台配备了炉内脱硫+静电除尘器（ESP）/布袋除尘器（FF）+湿法脱硫装置（WFGD）的410 t·h^-1循环流化床（CFB）锅炉进行了硫污染物排放特性研究。在3个测点采用US EPA Method 8对烟气中不同形态硫污染物进行了平行取样,并同时采集了相应工况下入炉燃料、石灰石、底渣、飞灰、石膏和废水等,考察了污染物控制装置对硫污染物的影响以及硫在电厂的迁移和分布特性。结果表明,锅炉出口烟气中硫主要以颗粒态硫和SO₂的形式存在,占比分别为48.94%～55.05%和44.14%～49.07%。ESP和FF能高效脱除颗粒态硫,脱除效率均达95%以上;WFGD对SO₃/硫酸雾、颗粒态硫的脱除效率分别达62.66%～67.82%和53.06%～60.89%。燃料中硫经过燃烧和污染物控制装置脱除之后绝大部分迁移至灰渣（底渣+飞灰）和湿法脱硫产物（石膏+废水）中,分别占硫总输出的56.79%～70.12%和29.25%～41.70%,只有0.63%～1.51%的硫排放到大气环境中。     

湿法烟气脱硫塔内传递与化学反应过程CFD模拟

以某330 MW燃煤发电机组湿法烟气脱硫塔为研究对象，采用欧拉-拉格朗日方法建立了塔内气-液两相流动、热质交换模型，以溶解平衡、质量守恒及电荷守恒描述浆液内13种溶质组分瞬时化学反应特性，通过用户自定义函数实现流动模型与传质模型、化学反应模型的耦合。基于上述模型预测了脱硫塔内气-液两相流动、液滴蒸发与SO₂化学吸收过程，获得了SO₂浓度与浆液pH的径向分布特性，详细分析了气-液流动对化学吸收特性的影响，结果表明局部液气比分布特性是影响SO₂径向分布的关键因素之一，可通过调控近壁区及主管道区的两相流动状态提高脱硫塔的吸收性能；随着气相侧SO₂浓度提高或液滴粒径减小，浆液pH下降速率增大且各化学组分浓度达到稳定状态用时缩短。     

Simultaneous SO2/NOx removal by a powder-particle fluidized bed

Simultaneous dry removal of SO₂ and NO_x from flue gas has been investigated using a powder-particle fluidized bed. In a process of flue gas desulfurization by use of solid sorbents such as FeO (dust from a steel plant) and CuO, the smaller the particle size of sorbents, the higher the expected SO₂ conversion. In a powder-particle fluidized bed (PPFB), fine particles less than 40 μm in diameter fed into the bed are fluidized with coarse particles. But only the fine particles are entrained from the bed, and their residence time in the bed is remarkably long.

The reduction of NO_x with NH₃ in the fluidized bed is catalyzed by coarse particles or both coarse and fine particles. In this study, PPFB was applied to simultaneous dry SO₂/NO_x removal process, and several kinds of sorbents or catalysts were evaluated in a PPFB. Using the selected sorbents and catalysts, kinetic measurements were made in the temperature range of 300 to 600°C. SO₂ removal efficiencies were affected by reaction temperature, sorbent/S ratio, and static bed height. NO_x removal efficiencies in excess of 95% were achieved at NH₃/NO_x mole ratio of 1.0. When FeO was used as sorbent, SO₂ conversion increased with increasing temperature and reached 80% at 600°C.     

湿法脱硫装置对燃煤锅炉PM2.5排放特征的影响

采用二级稀释采样方法对1台电厂煤粉炉、1台电厂CFB锅炉和2台工业层燃炉配备的WFGD前后烟气中PM_2.5进行现场采样。采用ELPI分析PM_2.5的数量及质量浓度粒径分布;通过SEM分析PM_2.5的显微结构,通过XRF、ICP-OES和离子色谱法分别对PM_2.5中次量、痕量元素及水溶性离子含量进行测定。研究结果表明,相比于WFGD前,煤粉炉和CFB锅炉WFGD后PM_2.5质量浓度减少,而层燃炉WFGD后PM_2.5质量浓度增加。WFGD后PM_2.5中存在大量块状、层状、片状、细小柱状和球形颗粒聚合体的结构,浆液成分及脱硫产物的附着会使PM_2.5的外观形貌特征发生显著变化。脱硫后由于脱硫浆液的参与,PM_2.5中Ca、S及相应Ca²⁺、SO₄^2-含量显著增加,Si和Al的含量下降;气相的As、Se和Hg也会发生不同的化学变化从而进入PM_2.5。湿法脱硫过程中浆液会捕集烟气中颗粒物,但脱硫浆液成分及脱硫产物会经由干化作用直接形成颗粒或与原有颗粒经碰撞聚合形成新颗粒。