湿法烟气脱硫设备的研究进展

作者:宋卫;袁志国;刘有智;康小锋;刘慧军;高亚洁 刊名:过程工程学报 上传者:钟华锋

【摘要】综述了脱硫吸收塔的改进及新脱硫反应装置,如降膜式反应器、撞击流反应器、旋转填料床等应用于湿法烟气脱硫的研究进展,对比了各自的优缺点,认为化工过程强化技术是解决传统塔设备传质效率低、投资成本高等难题的新途径,其中旋转填料床进行湿法烟气脱硫具有很高的应用价值.开发既能处理大气量、又能强化气相传质过程的旋转填料床将成为其工业化应用的研究方向.

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1前言烟气脱硫(FlueGasDesulfurization,FGD)是世界上治理SO2污染最主要的手段.目前,世界上开发使用的烟气脱硫方法超过200多种,其中工业化应用的约20多种,且以湿法脱硫为主.湿法FGD由于技术成熟、处理能力大、脱硫效率高、易操作、工艺运行稳定,占世界脱硫总装机容量的85%[1].湿法FGD的效率及成本不仅取决于脱硫剂和脱硫工艺,脱硫设备也有重要影响.脱硫反应器作为湿法脱硫的核心设备,其性能与价格在FGD系统中占有举足轻重的地位[2].我国燃煤锅炉烟气脱硫研究较早,但发展缓慢,直到20世纪80年代末,由于SO2污染日益加重和相关法律的修订,我国烟气脱硫技术的研发才逐渐引起重视[3].国外第一套湿法烟气脱硫装置诞生于20世纪70年代,在80年代和90年代初西方发达国家SO2排放标准日益严格的促动下,经历三代发展高峰,不仅提高了湿法烟气脱硫系统的可靠性和脱硫效率,而且降低了投资费用,拓展了脱硫副产物回收的商业化途径.目前,以湿法FGD为主的国家有日本(98%)、美国(92%)和德国(90%)等[4].我国FGD技术远不及西方发达国家水平,而从国外引进的脱硫设备投资及运行费用巨大,仅设备投资即占电厂总投资的10%15%[5],难以推广.脱硫的经济可行性及脱硫渣再利用问题成为制约我国烟气脱硫技术应用的瓶颈,并且我国近年来对SO2的排放标准[6,7]规定越来越严格.因此,设计传质效率高、运行成本低的脱硫设备也成为脱硫领域的研究热点之一.在吸收国外先进成熟技术的基础上,我国研究与开发的FGD技术已多达50多种,一些关键技术,如防结垢堵塞、防腐、气水分离、灰分分离等均取得较大进展[3].脱硫设备的研究不仅有对现有吸收塔的结构优化改造,也出现新的脱硫反应装置[8-16],具有广阔的应用空间,其中超重力旋转填料床具有很高的开发应用价值.本工作主要介绍湿法烟气脱硫设备中吸收塔的改进及新型脱硫反应装置的研究进展.2脱硫吸收塔的改进研究吸收和再生装置是湿式再生烟气脱硫装置的核心设备,传统的吸收塔主要有喷淋空塔、填料塔、板式塔等.喷淋塔又称空塔或喷雾塔,是湿法脱硫的主流塔型,多采用逆流方式布置,烟气流速约为3m/s,液气比与煤中含硫量和脱硫率有较大关系,一般在825L/m3.吸收区高515m,接触反应时间约25s.喷淋塔的工作过程是:吸收浆液由喷嘴雾化成小液滴(直径约13202950m)[17],均匀地喷淋于塔中,与烟气进行充分逆流接触,净化后的烟气通过除雾器除雾后排出.喷淋塔的优点是内部构件少,不易结垢堵塞,压力损失也较低,运行可靠性高.缺点是气液接触面积小,传质效率低,循环泵必须提供足够大的压力,以保证浆液良好的雾化效果.另外,浆液中的脱硫剂颗粒或除尘颗粒不能太大,否则易导致喷头堵塞[13,18].强化喷淋塔传质效果的方法包括优化喷嘴结构和布置方式,以提高吸收液的雾化效果;适当增大烟气流速以促进气相传质;改进吸收体系以提高吸收液的化学吸收能力[19].刘国荣等[20]在喷淋塔中设置螺旋喷嘴进行了氨法烟气脱硫实验,螺旋喷嘴将吸收液喷出均匀的水帘,与上升的烟气逆流接触,吸收液喷洒在塔壁既可冲掉污垢,还可形成湿壁塔而促进对SO2的吸收.操作液气比在16L/m3范围内,脱硫率维持在85%以上.填料塔由日本三菱重工开发,一开始采用塑料格栅式填料,延长了气液两相的接触反应时间,脱硫率较高.气液顺流方式布置,可在较高气速(45m/s)下运行,压降比逆流小.优点是气液接触面积比喷淋塔高,但结垢可能性较大,需定期清洗,维护费用较高,工业中已较少应用[17,18

参考文献

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