濕法煙氣脫硫氧化過程動力學研究.pdf

1、我國電力生產以燃煤發(fā)電為主,由于中國煤炭資源的特點是高灰分、高硫,因此近年來燃煤電廠SO2的污染問題日益突出。煙氣脫硫是控制燃煤電廠SO2排放的有效方法。濕式石灰石-石膏煙氣脫硫工藝是當今燃煤電廠應用最為廣泛的煙氣脫硫技術。在該工藝中,亞硫酸氫鈣的氧化程度關系到煙氣中硫分的最終脫除程度,因此,開展煙氣脫硫氧化過程的研究,對優(yōu)化脫硫系統(tǒng)設計、提高脫硫效率、保證脫硫裝置穩(wěn)定可靠運行和降低運行成本具有重要作用。本文以相似原理為基礎,對煙氣脫硫

2、氧化實驗模擬裝置進行了設計研究。針對典型300 MW級煙氣脫硫裝置,采用10:1的縮放比例,獨創(chuàng)的圓盤式空氣噴吹方式,使空氣在漿液中的布置更加均勻。經CFD模擬及實驗驗證表明,該氧化模擬裝置攪拌均勻、傳質性能較好,能應用于煙氣脫硫氧化過程的實驗研究。利用建立的氧化模擬裝置進行了亞硫酸鹽的非催化氧化研究。結果表明,非催化氧化的適宜條件為:亞硫酸鈣初始濃度0.01 mol·L-1、漿液pH值為3.5、漿液初始溫度為55℃、氧分壓60.8 k

3、Pa、攪拌轉速6 r·s-1。在實驗條件范圍內,非催化氧化過程對HSO3-的反應級數為1,溶解氧級數為0,非催化氧化活化能為71.43kJ·mol-1。該過程的速率控制步驟為HSO3-的二級電離。研究了Mn2+、Fe2+催化劑對亞硫酸氫鈣氧化過程的催化作用。錳催化動力學實驗表明,氧化反應對錳離子為0.5級響應,對亞硫酸氫鹽為1級響應,對溶解氧為0級響應,錳催化氧化反應的活化能為40.72 kJ·mol-1,該反應的速率控制步驟為錳離子引

4、發(fā)SO32-*基團的過程。鐵催化動力學實驗表明,氧化反應對鐵離子為0.5級響應,對亞硫酸氫鹽為1級響應,對溶解氧為0級響應,鐵催化氧化反應的活化能為54.52 kJ·mol-1,該反應的速率控制步驟為鐵離子引發(fā)SO32-*基團的過程,該機理與錳催化氧化反應機理基本相同,說明兩種催化劑的催化效果相似。首次對Mn2+和Fe2+聯(lián)合催化氧化過程進行了系統(tǒng)研究。在實驗條件范圍內,錳鐵聯(lián)合催化氧化反應對錳離子為0.25級響應,對鐵離子為0.25級

5、響應,對亞硫酸氫鹽為1級響應,對溶解氧為0級響應,錳鐵聯(lián)合催化氧化反應的活化能為43.73 kJ·mol-1。錳鐵聯(lián)合催化氧化反應的速率控制步驟為錳離子和鐵離子分別引發(fā)SO32-*基團的過程,符合平行反應機理。建立了煙氣脫硫氧化過程的動力學模型,其主要表達式為:該模型能較好地對氧化過程進行分析和描述。計算結果表明,非催化氧化反應、錳催化氧化反應、鐵催化氧化反應和錳鐵聯(lián)合催化氧化反應的活化能分別為73.08kJ·mol-1、42.11kJ

6、·mol-1、53.85kJ·mol-1、44.80kJ·mol-1,該計算結果與氧化動力學實驗得到的實驗值相對誤差分別為2.32％、3.40%、1.22%、2.46%。對石膏結晶過程研究結果表明,漿液中雜質的存在能引起晶體形態(tài)的改變,攪拌轉速的改變也能引起晶體形態(tài)的改變,一方面是由于攪拌轉速降低會導致亞硫酸氫鈣的氧化效率下降,從而使溶液中硫酸鈣的濃度降低,引起石膏結晶的推動力降低;另一方面,較低的攪拌轉速使池中的漿液不能較好地混合,導