石灰漿液荷電霧化脫硫的基礎(chǔ)理論和試驗(yàn)研究.pdf

1、燃煤產(chǎn)生的SO2已成為生態(tài)環(huán)境破壞的最大污染源，SO2污染控制已是急待研究解決的世界性重大課題。燃煤煙氣脫硫是目前世界上唯一大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用的脫硫技術(shù)，其中尤以濕鈣法脫硫最為成熟和可靠，是占主導(dǎo)地位的脫硫技術(shù)。濕鈣法煙氣脫硫是氣液相際傳質(zhì)及化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，雖然因其脫硫率高、運(yùn)行可靠、脫硫劑易得等優(yōu)勢(shì)而成為主流技術(shù)，但如何進(jìn)一步改善石灰漿液噴霧效果和SO2吸收條件，降低投資及運(yùn)行成本，是該法能否得到普遍推廣的關(guān)鍵之一。將高壓靜電技術(shù)引入濕鈣

2、法脫硫中是達(dá)到上述目的的有效新途徑。本文在江蘇省高校自然科學(xué)基金項(xiàng)目的資助下，針對(duì)濕鈣法煙氣脫硫中使?jié){液霧滴荷電而產(chǎn)生脫硫增益作用的機(jī)理進(jìn)行深入的理論和試驗(yàn)研究工作。
　　 本文在綜合分析當(dāng)前典型煙氣脫硫技術(shù)和高壓靜電霧化技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過(guò)石灰漿液靜電霧化的機(jī)理分析和試驗(yàn)研究，探索石灰漿液流量、充電方式及結(jié)構(gòu)、充電電壓與荷電效果的關(guān)系，旨在掌握石灰漿液荷電霧化特性；深入分析荷電霧滴吸收SO2的傳質(zhì)及化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)機(jī)理，初步建立荷

3、電條件下的霧滴脫硫模型；對(duì)脫硫塔內(nèi)部荷電氣液兩相流動(dòng)進(jìn)行質(zhì)量、動(dòng)量、能量守恒分析，在考慮傳質(zhì)和反應(yīng)動(dòng)力學(xué)等因素的情況下，建立石灰漿液荷電霧化脫硫氣液兩相基本方程及湍流模型；在流場(chǎng)測(cè)試的基礎(chǔ)上，對(duì)脫硫流場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬，研究不同條件下的流場(chǎng)特性；設(shè)計(jì)、建立了石灰漿液荷電霧化脫硫試驗(yàn)裝置，對(duì)各種不同工況進(jìn)行脫硫試驗(yàn)，探索石灰漿液荷電霧化脫硫機(jī)理。
　　 本文取得的創(chuàng)新性成果如下：
　　 1、首次研究了霧滴帶電對(duì)SO2吸收產(chǎn)生影

4、響的機(jī)理。認(rèn)為漿液的霧化使霧滴帶上過(guò)剩電荷，同時(shí)，霧滴在穿越外電場(chǎng)過(guò)程中還可能產(chǎn)生非過(guò)剩電荷極化帶電。霧滴帶電主要從三個(gè)方面對(duì)霧滴表面特性和傳質(zhì)過(guò)程產(chǎn)生影響：霧滴形成的偶極矩與氣相中極性分子SO2間的靜電力作用，加大氣膜擴(kuò)散速率；霧滴帶電引起表面張力及液相SO2分壓下降，增大SO2吸收的傳質(zhì)推動(dòng)力；鈣離子在霧滴表面的積聚，在促進(jìn)Ca(OH)2溶解的同時(shí)減小硫分的液相擴(kuò)散路程，加速傳質(zhì)過(guò)程。
　　 2、首次建立了霧滴荷電脫硫模型，

5、為脫硫塔內(nèi)部流動(dòng)模型的建立奠定基礎(chǔ)。
　　 3、首次在荷電氣液兩相流動(dòng)數(shù)學(xué)模型建立中考慮了SO2吸收的質(zhì)量交換和傳質(zhì)推動(dòng)力等相間作用問(wèn)題，使模型盡可能貼切地反映脫硫流場(chǎng)的實(shí)際情況。
　　 4、首次對(duì)三種不同的煙氣與漿液霧滴接觸方式，進(jìn)行不同荷電電壓、Ca/S、煙氣SO2濃度等參數(shù)的對(duì)比試驗(yàn)，分別測(cè)量系統(tǒng)脫硫率。試驗(yàn)研究表明：脫硫段較短時(shí)對(duì)進(jìn)口煙氣SO2濃度的變化比脫硫段較長(zhǎng)時(shí)敏感；無(wú)論是不同的Ca/S或不同荷電電壓，霧滴

6、帶電都能使脫硫率產(chǎn)生不同程度的提高，并結(jié)合理論研究分析了霧滴帶電對(duì)脫硫效果產(chǎn)生增益作用的機(jī)理；明確指出同向流動(dòng)脫硫率明顯優(yōu)于逆向，霧滴荷電時(shí)同向流動(dòng)脫硫率的增幅也明顯優(yōu)于逆向時(shí)的增幅。
　　 本文得到的重要結(jié)論如下：
　　 1、明確指出對(duì)于感應(yīng)荷電，荷質(zhì)比隨漿液流量、名義霧化角的增大而增大，但流量增加到一定程度后對(duì)提高荷質(zhì)比的作用不明顯，甚至?xí)档?，故從荷電效果看，?yīng)盡可能采用較大霧化角和最佳流量值；荷質(zhì)比隨荷電電壓的增

7、加而增大，但在本文荷電裝置條件下，流量較低時(shí)存在最佳電壓值；電極放電起始電壓隨兩電極距離H值、名義霧化角和流量的增大而減??；針對(duì)荷電霧化脫硫的具體情況得到了環(huán)狀電極高壓靜電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)分布的數(shù)學(xué)模型。
　　 2、采用PDA和PIV對(duì)石灰漿液荷電霧化脫硫流場(chǎng)進(jìn)行測(cè)試，定性、定量研究了荷電對(duì)石灰漿液霧滴大小及運(yùn)動(dòng)速度的影響規(guī)律；定性研究了霧滴荷電時(shí)氣液兩相射流流場(chǎng)發(fā)生的變化，該變化將有利于霧滴和煙氣的質(zhì)量、動(dòng)量和能量交換向全斷面拓展，使霧

8、滴和煙氣接觸在時(shí)間上和空間上均得到加強(qiáng)。
　　 3、采用湍流k-ε-kp模型，首次對(duì)石灰漿液荷電霧化脫硫流場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬，結(jié)果表明：漿液霧滴帶電引起流動(dòng)規(guī)律的明顯變化，卷吸、旋渦的出現(xiàn)和主流區(qū)流速差的降低均有利于煙氣與霧滴的混合接觸，改善霧滴吸收SO2的條件；同向流動(dòng)的流動(dòng)特點(diǎn)將使其對(duì)脫硫效果的改善比逆向流動(dòng)明顯。
　　 4、荷電電壓、Ca/S和L/G對(duì)脫硫率起著關(guān)鍵性作用，脫硫率隨Ca/S的增大而提高，隨荷電電壓的增加