我國的能源結(jié)構(gòu)以煤炭為主。目前,我國煤炭的主要利用方式是直接燃燒,約占煤炭利用總量的80%。煤在燃燒過程中會產(chǎn)生多種污染物,其中SO2、NOx由于排放量大、對環(huán)境的影響面廣,已成為各國政府極為重視的大氣污染物排放控制目標(biāo)。相對傳統(tǒng)石灰石石膏法脫硫技術(shù),濕式氨法脫硫技術(shù)因其脫硫效率高、副產(chǎn)品容易利用、可以同時脫去部分氮氧化物、適用于高硫煤、無二次污染、初期投資低等優(yōu)點,滿足了人們對環(huán)保及循環(huán)經(jīng)濟的要求,越來越受到人們的重視。本文針對國內(nèi)對氨基濕法煙氣脫硫技術(shù)日益增長的需求,對氨法脫硫過程中的相關(guān)機理進行了深入研究,并經(jīng)過中間試驗的驗證,得到了完整工藝方案和可指導(dǎo)于工業(yè)生產(chǎn)的成果。此外,為進一步開發(fā)氨法同時脫硫脫硝技術(shù)做準(zhǔn)備,本文還研究了氨法脫硫條件下NO2的吸收特性。 本文利用攪拌反應(yīng)器研究了(NH4)2SO3溶液與SO2、NO2司氣液吸收反應(yīng)特性,并獲得了必要的動力學(xué)參數(shù)及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。在試驗條件下(NH4)2SO3溶液吸收S02時,當(dāng)液相(NH4)2SO3濃度小于臨界值0.05mol/L時,反應(yīng)過程受氣液雙膜的控制；而當(dāng)液相中的(NH4)2SO3濃度大于臨界值后,反應(yīng)逐漸變?yōu)橐允軞饽鬟f的控制為主,此時吸收反應(yīng)級數(shù)對(NH4)2SO3濃度表現(xiàn)為零級。氣相中S02濃度及溫度的提高有利于提高S02的吸收速率,(NH4)2SO3溶液吸收S02的反應(yīng)對S02濃度表現(xiàn)為0.6級。在試驗條件下(NH4)2SO3溶液吸收N02時,二氧化氮的吸收速率隨亞硫酸銨濃度的增加而增加,但當(dāng)亞硫酸銨的液相濃度超過0.1mol/L時,其增加對二氧化氮吸收速率的影響不再明顯。二氧化氮的吸收速率隨液相pH值、反應(yīng)溫度及NO2的初始入口濃度的增加而增加。當(dāng)亞硫酸銨的液相濃度超過0.1mol/L時,二氧化氮的吸收速率對液相亞硫酸銨濃度表現(xiàn)為零級,對二氧化氮界面濃度為一級。 在實驗室小型噴淋塔上進行了模擬的氨法脫硫試驗,結(jié)果表明,pH值是影響煙氣脫硫效率的主要因素,高pH值有利于脫硫。選擇適當(dāng)?shù)臒煔饬魉俸鸵簹獗萀/G有利于提高脫硫效率。在其它試驗條件保持不變時,入口煙氣SO2濃度的增加會降低脫硫效率。在氣液吸收的雙膜理論的基礎(chǔ)上建立了脫硫過程的數(shù)學(xué)模型,利用所建立的數(shù)學(xué)模型對氨基濕法煙氣脫硫過程進行了數(shù)值模擬,計算結(jié)果與試驗研究結(jié)果吻合良好。在濕法脫硫過程中,鐵離子對亞鹽離子的氧化具有催化作用,因此利用恒溫振蕩器研究了飛灰中的鐵在氨法脫硫條件下的浸出特性,并利用液-固異相反應(yīng)的表面反應(yīng)動力學(xué)模型分析了反應(yīng)過程的動力學(xué)參數(shù)及反應(yīng)特征。飛灰中鐵的浸出濃度隨溫度、振蕩頻率和飛灰鐵含量的增加而增加,隨pH值和L/S值的增加而減小。此外,浸出時間的延長也有助于鐵的進一步溶出。氨法脫硫條件下鐵浸出反應(yīng)的表觀活化能為20.01kJ/mol,所以在試驗條件下鐵離子的浸出同時由化學(xué)反應(yīng)和擴散兩方面因素控制。 在機理性試驗的基礎(chǔ)上,進行了煙氣量為3000Nm3/h的工業(yè)中間試驗,分析了各工藝操作參數(shù)對系統(tǒng)脫硫效率的影響。脫硫效率隨循環(huán)脫硫液的pH值、液氣比L/G的升高而增大,隨煙氣流速、循環(huán)脫硫液鹽濃度的升高而降低。脫硫液中亞硫酸銨的氧化程度隨循環(huán)液pH值、鹽濃度的升高而降低。煙氣的含氧量、脫硫液中鐵離子含量、反應(yīng)溫度等因素的增加均可加劇亞硫酸銨的氧化。通過中間試驗的調(diào)試和運行,解決了工藝難題,并確定了較為合理的工藝流程和工藝參數(shù)。以此為基礎(chǔ)確定了工業(yè)化生產(chǎn)方案,并對工業(yè)系統(tǒng)進行了經(jīng)濟性分析。
【學(xué)位單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2010
【中圖分類】：X701.3
【文章目錄】：
致謝
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 研究背景
2、NOx排放及治理現(xiàn)狀'>    1.2 我國SO₂、NOx排放及治理現(xiàn)狀
2污染及硫資源分布現(xiàn)狀'>        1.2.1 我國SO₂污染及硫資源分布現(xiàn)狀
        1.2.2 我國NOx排放現(xiàn)狀
    1.3 本文主要研究內(nèi)容
2 煙氣脫硫、脫硝技術(shù)的研究進展
    2.1 氨基濕法煙氣脫硫技術(shù)
        2.1.1 德國克虜伯Walther技術(shù)
        2.1.2 德國Amasox技術(shù)
        2.1.3 美國Marsulex技術(shù)
        2.1.4 日本鋼管公司技術(shù)
    2.2 氨基濕法煙氣脫硫過程的研究進展
        2.2.1 氨法煙氣脫硫方法的研究進展
        2.2.2 濕法煙氣脫硫數(shù)值模擬的研究進展
        2.2.3 飛灰浸出特性的研究進展
    2.3 煙氣脫硝技術(shù)及煙氣同時脫硫脫硝技術(shù)
    2.4 濕法煙氣脫硝技術(shù)研究進展
    2.5 本章小結(jié)
2、脫NO₂的機理研究'>3 氨基濕法煙氣脫SO₂、脫NO₂的機理研究
    3.1 前言
    3.2 試驗裝置與方法
        3.2.1 攪拌釜反應(yīng)系統(tǒng)
        3.2.2 雙攪拌釜反應(yīng)系統(tǒng)
2的反應(yīng)特性研究'>    3.3 亞硫酸銨溶液吸收SO₂的反應(yīng)特性研究
        3.3.1 基本化學(xué)反應(yīng)及理論
        3.3.2 結(jié)果與討論
        3.3.3 傳質(zhì)方程參數(shù)的計算
2的試驗研究'>    3.4 模擬氨法煙氣脫硫條件下吸收NO₂的試驗研究
        3.4.1 反應(yīng)特征的判別
        3.4.2 傳質(zhì)系數(shù)的確定
        3.4.3 試驗結(jié)果與討論
    3.5 本章小結(jié)
4 氨基濕法煙氣脫硫特性及在此條件下飛灰中鐵的浸出特性研究
    4.1 前言
    4.2 試驗裝置與方法
        4.2.1 脫硫試驗反應(yīng)系統(tǒng)
        4.2.2 飛灰浸出試驗反應(yīng)系統(tǒng)
    4.3 噴淋塔條件下氨基濕法煙氣脫硫的特性研究
        4.3.1 反應(yīng)機理
        4.3.2 結(jié)果與討論
    4.4 飛灰中的鐵在氨基濕法脫硫條件下的浸出動力學(xué)分析
        4.4.1 飛灰的成分與特性
        4.4.2 試驗結(jié)果與討論
    4.5 本章小結(jié)
5 氨基濕法煙氣脫硫數(shù)值模擬
    5.1 前言
    5.2 氨基濕法煙氣脫硫系統(tǒng)數(shù)值模擬的基本假設(shè)
    5.3 物理模型的建立
2吸收模型的建立'>    5.4 基于雙膜理論的吸收塔內(nèi)SO₂吸收模型的建立
        5.4.1 吸收塔中液滴的運動方程
        5.4.2 吸收塔內(nèi)的物料衡算
2在氣膜內(nèi)的傳質(zhì)吸收過程'>        5.4.3 SO₂在氣膜內(nèi)的傳質(zhì)吸收過程
2在液膜內(nèi)的傳質(zhì)吸收過程'>        5.4.4 SO₂在液膜內(nèi)的傳質(zhì)吸收過程
        5.4.5 噴嘴出口脫硫液中各組分的平衡濃度
2傳質(zhì)吸收模型的邊界條件'>        5.4.6 液滴中SO₂傳質(zhì)吸收模型的邊界條件
        5.4.7 塔內(nèi)各物質(zhì)的物理化學(xué)特性
    5.5 模型求解過程
    5.6 數(shù)值模擬結(jié)果及討論
        5.6.1 工藝參數(shù)對脫硫效率的影響
        5.6.2 吸收塔結(jié)構(gòu)對脫硫效果的影響
    5.7 本章小結(jié)
6 氨-亞硫酸氫銨濕法煙氣脫硫工業(yè)試驗研究
    6.1 前言
    6.2 工藝原理
3/h氨-亞硫酸氫銨濕法煙氣脫硫中間試驗'>    6.3 3000Nm³/h氨-亞硫酸氫銨濕法煙氣脫硫中間試驗
        6.3.1 工藝條件及工藝流程
        6.3.2 試驗結(jié)果與分析
    6.4 氨-亞硫酸氫氨濕法煙氣脫硫系統(tǒng)的工業(yè)化實施
        6.4.1 工程簡介
        6.4.2 工業(yè)系統(tǒng)設(shè)計依據(jù)
        6.4.3 工藝系統(tǒng)設(shè)計
        6.4.4 工業(yè)裝置運行情況分析
        6.4.5 工業(yè)化系統(tǒng)的經(jīng)濟性分析
    6.5 本章小結(jié)
7 總結(jié)與展望
    7.1 全文總結(jié)
    7.2 主要創(chuàng)新點
    7.3 不足之處與研究展望
參考文獻
作者在攻讀博士學(xué)位期間的主要研究成果

【引證文獻】

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1 史永永;李海洋;張慧;林倩;;氨法煙氣脫硫技術(shù)研究進展[J];磷肥與復(fù)肥;2012年05期

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1 杜振;濕式氨法煙氣脫硫脫硝過程中NO_X吸收的試驗研究[D];浙江大學(xué);2011年

2 呂永坤;山東明水大化集團熱電公司氨法脫硫技術(shù)的研究應(yīng)用[D];山東大學(xué);2011年

3 王劍波;聚乙二醇協(xié)同膨脹石墨去除氮氧化物的研究[D];東華大學(xué);2012年

本文編號：2840809