石灰漿液荷電霧化脫硫的基礎理論和試驗研究.pdf

1、燃煤產生的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)化應用的脫硫技術，其中尤以濕鈣法脫硫最為成熟和可靠，是占主導地位的脫硫技術。濕鈣法煙氣脫硫是氣液相際傳質及化學反應過程，雖然因其脫硫率高、運行可靠、脫硫劑易得等優(yōu)勢而成為主流技術，但如何進一步改善石灰漿液噴霧效果和SO2吸收條件，降低投資及運行成本，是該法能否得到普遍推廣的關鍵之一。將高壓靜電技術引入濕鈣

2、法脫硫中是達到上述目的的有效新途徑。本文在江蘇省高校自然科學基金項目的資助下，針對濕鈣法煙氣脫硫中使?jié){液霧滴荷電而產生脫硫增益作用的機理進行深入的理論和試驗研究工作。
　　 本文在綜合分析當前典型煙氣脫硫技術和高壓靜電霧化技術的基礎上，通過石灰漿液靜電霧化的機理分析和試驗研究，探索石灰漿液流量、充電方式及結構、充電電壓與荷電效果的關系，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的傳質及化學反應動力學機理，初步建立荷

3、電條件下的霧滴脫硫模型；對脫硫塔內部荷電氣液兩相流動進行質量、動量、能量守恒分析，在考慮傳質和反應動力學等因素的情況下，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；在流場測試的基礎上，對脫硫流場進行數值模擬，研究不同條件下的流場特性；設計、建立了石灰漿液荷電霧化脫硫試驗裝置，對各種不同工況進行脫硫試驗，探索石灰漿液荷電霧化脫硫機理。
　　 本文取得的創(chuàng)新性成果如下：
　　 1、首次研究了霧滴帶電對SO2吸收產生影

4、響的機理。認為漿液的霧化使霧滴帶上過剩電荷，同時，霧滴在穿越外電場過程中還可能產生非過剩電荷極化帶電。霧滴帶電主要從三個方面對霧滴表面特性和傳質過程產生影響：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吸收的傳質推動力；鈣離子在霧滴表面的積聚，在促進Ca(OH)2溶解的同時減小硫分的液相擴散路程，加速傳質過程。
　　 2、首次建立了霧滴荷電脫硫模型，

5、為脫硫塔內部流動模型的建立奠定基礎。
　　 3、首次在荷電氣液兩相流動數學模型建立中考慮了SO2吸收的質量交換和傳質推動力等相間作用問題，使模型盡可能貼切地反映脫硫流場的實際情況。
　　 4、首次對三種不同的煙氣與漿液霧滴接觸方式，進行不同荷電電壓、Ca/S、煙氣SO2濃度等參數的對比試驗，分別測量系統脫硫率。試驗研究表明：脫硫段較短時對進口煙氣SO2濃度的變化比脫硫段較長時敏感；無論是不同的Ca/S或不同荷電電壓，霧滴

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

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?。会槍呻婌F化脫硫的具體情況得到了環(huán)狀電極高壓靜電場場強分布的數學模型。
　　 2、采用PDA和PIV對石灰漿液荷電霧化脫硫流場進行測試，定性、定量研究了荷電對石灰漿液霧滴大小及運動速度的影響規(guī)律；定性研究了霧滴荷電時氣液兩相射流流場發(fā)生的變化，該變化將有利于霧滴和煙氣的質量、動量和能量交換向全斷面拓展，使霧

8、滴和煙氣接觸在時間上和空間上均得到加強。
　　 3、采用湍流k-ε-kp模型，首次對石灰漿液荷電霧化脫硫流場進行數值模擬，結果表明：漿液霧滴帶電引起流動規(guī)律的明顯變化，卷吸、旋渦的出現和主流區(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；同向流動的流動特點將使其對脫硫效果的改善比逆向流動明顯。
　　 4、荷電電壓、Ca/S和L/G對脫硫率起著關鍵性作用，脫硫率隨Ca/S的增大而提高，隨荷電電壓的增加