湿法烟气脱硫技术研究进展

任如山;黄学敏;石发恩;陈云嫩;蒋达华

【摘 要】阐述了有关湿法烟气脱硫技术的国内外最新进展,指出其存在的问题和解决对策,预测了我国烟气脱硫的趋势仍将是以湿法脱硫为主,并建议在消化吸收引进的基础上,探求全新实用的气液固接触方式,加强开展CFD技术在湿法系统中的应用研究,这对加速脱硫技术国产化并最终获取自主知识产权具有重要的现实意义. 【期刊名称】《工业安全与环保》 【年(卷),期】2010(036)006 【总页数】2页(P14-15)

【关键词】湿法脱硫;烟气脱硫;计算流体力学 【作 者】任如山;黄学敏;石发恩;陈云嫩;蒋达华

【作者单位】西安建筑科技大学环境与市政工程学院,西安,710055;江西理工大学资源与环境工程学院,江西赣州,341000;西安建筑科技大学环境与市政工程学院,西安,710055;江西理工大学资源与环境工程学院,江西赣州,341000;江西理工大学资源与环境工程学院,江西赣州,341000;江西理工大学资源与环境工程学院,江西赣州,341000 【正文语种】中 文

AbstractThis paper elaborates the latest progressof the wet flue gas desulfurization(FG D)at home and abroad and its problems existed and the solutions.It has predicted that the trendof FG D in China will be mainlywet

desulphurization and proposed that the brand-new&practi

cal touch mode of the gas-liquid-solid is studiedon the basisof empirical absorption,and researchon computational fluid dynamics(CFD) technology should be strengthened in the wet system,which is significant in accelerating the percentage of home-made partsof the desulphur ization technology and obtaining the proprietary intellectual property rights.

Key Wordswet desulfurization flue gas desulfurization CFD

湿法烟气脱硫(Wet Flue Gas Desulfurization,简称WFG D)是世界上大规模商业化应用的脱硫方法之一,湿法烟气脱硫成为控制酸雨和SO2污染最为有效和主要的技术手段。

1.1 化学吸收的基本原理

在化学吸收过程中,被吸收气体与液体相组分发生化学反应,有效地降低了溶液表面被吸收气体的分压。增加了吸收过程的推动力,既提高了吸收效率又降低了被吸收气体的气相分压。因此,化学吸收速率比物理吸收速率大得多。 1.2 化学吸收的过程

化学吸收是由物理吸收和化学反应2个过程组成的。在物理吸收过程中,被吸收的气体在液相中进行溶解,当气液达到相平衡时,被吸收气体的平衡浓度是物理吸收过程的极限。被吸收气体中的活性组分进行化学反应,当化学反应达到平衡时,被吸收气体的消耗量是化学吸收过程的极限。

化学吸收过程中,被吸收气体的气液平衡关系,既应服从相平衡关系,又应服从化学平衡关系。

1.3 化学吸收过程的速率及过程阻力

化学吸收过程的速率,是由物理吸收的气液传质速度和化学反应速度决定的。化学

吸收过程的阻力也是由物理吸收气液传质的阻力和化学反应阻力决定的。 烟气脱硫通常是在连续及瞬间内进行,发生的化学反应有极快反应、快反应和中等速度的反应。对于极快不可逆反应,吸收过程阻力为传质控制。液相中发生的化学反应,是快反应和中等速度的反应时,化学吸收过程阻力应同时考虑传质阻力和化学反应阻力。

湿法是目前应用最广的脱硫方法,它们约占世界上现有烟气脱硫装置的85%,其中石灰石-石膏法为36.7%。 2.1 国外湿法烟气脱硫技术现状

20世纪70年代末,石灰石-石膏法FG D技术在美国、德国和英国基本过关,开始大规模推向市场,到20世纪80年代中期,这些国家的FG D市场渐趋饱和。 湿法工艺中,除传统方法外,还有千代田法、双碱法、氨酸法、氧化镁法等,均有工业化装置运行。通常根据原材料来源及副产物销路合理选用。 2.1.1 日本的湿法脱硫状况

日本是世界上最早大规模应用FG D装置的国家。由于日本资源匮乏,因此大多采用回收流程。

FG D装置应用在日本已有近40年的历史。上世纪60年代末开始大规模应用FG D装置使其SO2污染在70年代中后期基本得到控制。20世纪80年代以来,日本加强了对外出口,对美国、德国及发展中国家大量出口技术设备,仅向中国就出口或援助近10套FG D装置,占中国进口脱硫装备70%左右[2]。 2.1.2 美国的湿法脱硫状况

美国的FG D技术研究较日本略迟,自20世纪70年代初开始,特别是1978年重新修改了环境法规,否决了高烟囱排放,使FG D技术发展迅速并有了长足进展。 美国采用的工艺80%是湿式石灰/石灰石-石膏法,以抛弃流程为主。新建电厂已基本安装FG D装置,美国EPA正着手开发价廉、易运转、效率适中、占地较小的适

合现有电厂改造的脱硫技术[3]。 2.1.3 欧洲的湿法脱硫状况

欧洲的FG D技术以德国发展最为迅速。西德在不到30年的发展过程中,FG D技术迅速实用化。在引进日、美先进技术的同时,立足于本国技术开发,于20世纪70年代末,开始在电站锅炉上安装FG D装置。德国主要采用的工艺90%以上是湿式石灰/石灰石-石膏法。回收流程是抛弃流程的216倍,75%的工业用石膏来自脱硫系统。

此外,北欧各国如丹麦、芬兰等,对FG D技术也开展了大规模研究,开发出许多先进工艺,不仅在本国有许多工业装置运行,在境外也有出口[4]。 2.2 国内湿法烟气脱硫技术现状

目前国内烟气脱硫方面的研究很多,其中湿法流程大多是引进日本和欧美的技术,涉及各类方法。而国产大部分技术尚停留在小试或中试阶段,有的技术虽已有工业性试验装置,但未能大范围推广应用。

我国自主研发湿法脱硫技术主要有:西安交通大学的液幕床式湿法脱硫技术,清华大学的液柱喷射式烟气脱硫系统,南京电力环境科学研究所的强化湿式石灰石烟气脱硫技术以及浙江大学提出的“液柱冲击式湿法脱硫技术”。其他大学和科研机构,如哈尔滨工业大学、华中科技大学、西安热工研究院等均在湿法脱硫方面投入了不少力量[5]。

烟气脱硫的主要困难是烟气中SO2浓度太低,一般仅为0.15%～0.2%(质量分数),很少超过0.5%,而且烟气量巨大,常常超过105m3/h。

湿法烟气脱硫一次性投资费用较高,且需较多的操作维护人员。系统存在堵塞、结垢且脱硫后的烟气温度低于酸露点,易产生腐蚀等问题。反应产物废液须妥善处理才能避免二次污染[6-7]。

烟气脱硫湿法工艺是否需进行烟气升温一直困扰着脱硫产业界。如果能够在解决烟

道腐蚀问题的前提下取消GGH,采用湿烟囱排放,可大大减少设备投资和运行费,效果会更理想[8]。湿烟囱技术在德、日、美等国家已广泛应用,在国内也有推广应用的趋势。

湿法烟气脱硫以其适用煤种广、钙利用率高、脱硫率高、脱硫剂来源广等优点[9-11],以及具有吸收反应速度快、技术成熟、可靠、稳定、高效的特性,已成为国际上应用最广泛、适应性最强的烟气脱硫技术[12],也已成为我国重点提倡的一种脱硫方法。其未来发展总体趋势是进一步改进、简化系统,缩小设备,降低成本,资源化和无二次污染。

(1)随着对脱硫过程机理研究的深入,进一步强化气、液传质过程,缩小塔体,降低塔高和液气比,从而降低费用。

(2)进一步改进和完善湿法脱硫系统的防腐、防垢内衬技术,解决烟气带水问题。 (3)加强开展计算流体力学(CFD)技术在湿法系统中的应用研究,以缩短周期,节约经费,优化设计,且突破国内仅停留在对气流场模拟方面的局面。

控制SO2对大气环境的污染是我国环保工作的重点之一。国内外可采用的防治SO2污染的途径很多,但从技术、经济成本等方面综合考虑,今后相当长时间内,对大气中SO2的防治仍会以湿法烟气脱硫为主。因此,必须结合我国国情,在消化吸收引进的基础上,坚持自主开发,探求全新实用的气液固接触方式,加强开展CFD技术在湿法系统中的应用研究,这对加速脱硫技术国产化并最终获得自主知识产权具有至关重要的意义。

【相关文献】

[1]Brad Buecker.Wet-limestone scrubbing fundamentals[J].Power Engineering,2006,110(8):32,34,36-37.

[2]Takeshita M,Soud H.FG D performance and experience on coal-fired plants.London:IEA

Coal Reseach,1993,35-58.

[3]Jim Dickerman P E,Melissa Sewell.It is time to rethink SO2control technology selection[J].Power Engineering,2007,111(11):132-135.

[4]冯玲,杨景玲,蔡树中.烟气脱硫技术的发展及应用现状[J].环境工程,1997,15(2):21-24.

[5]周屈兰,徐通模,惠世恩.我国自主开发的湿法脱硫技术及其应用[J].动力工程,2006,26(2):261-263. [6]EPRI.FG D Optimization Workbook[R].Palo Alto,CA:1998.

[7]AN En-ke,WEI Dun-song.Discussion of wet process of FG D[J].Environmental Engineering,2001,19(2):25-26.

[8]李文艳,王冀星,车建炜.湿法脱硫烟气湿排问题分析[J].中国电机工程学报,2007,27(4):36,39-40. [9]Hendry David W,Weis J Gary,Ray Robert L.Scrubber upgrade achieves 95%removal efficiency[J].Power Engineering Barrington, 1991,95(3):25-28.

[10]Shirvill L C.Metallic fiber surface combustion radiant gas burners[C]. Proceedings of International Gas Research Conference,1986,837-844.

[11]Hosoi K,Shirvill L C.Combustion performance characteristics of metal fibre burner[C].Proceedings of Japanese Flame Days,K obe,1987.

[12]Ru-shan Ren,Fa-en Shi,Yun-nen Chen,et al.Mass transfer model of the wet flue gas desulfurization with lime[A].The 3rd International Conference on Bioinformatics and Biomedical Engineering[C]:Environmental Pollution and Public Health(EPPH2009)special track,June 14th to 16th,2009 in Beijing within iCBBE2009,China:1-4.