lifac煙氣脫硫中應(yīng)用蒸汽相變促進(jìn)細(xì)顆粒物脫除的實(shí)驗(yàn)研究

1、第 3 9卷 第 1 期 2 0 11年 J 月 燃 料 化 學(xué) 學(xué) 報(bào) J o u r n a lo fF u e lCh e m i s t r ya n dT e c h n o l o g yV0 1 ． 3 9N0． 1J a n ．2 0 1 {文章編號(hào) ： 0 2 5 3 — 2 4 0 9 ( 2 0 11 ) 0 14 ) 0 0 1 - 0 7L I F AC煙氣 脫 硫 中應(yīng) 用 蒸汽 相 變促 進(jìn) 細(xì) 顆粒 物

2、 脫 除 的實(shí)驗(yàn) 研 究 劉錦 輝 ， 楊林 軍， 熊桂龍 ，陸斌 ， 辛成運(yùn) ( 1 ． 東南大學(xué) 能源與環(huán)境學(xué)院 ， 江蘇 南京 2 1 0 0 9 6 ； 2 ． 巾北大學(xué) 化1與環(huán)境學(xué) 院，山西 太 原 0 3 0 0 5 1 )摘 要 ： 在爐內(nèi)噴鈣尾部增濕活化( L I F A C) 脫硫后的低溫高濕煙氣 中添加適量蒸汽建立蒸汽相變所需 的過(guò)飽和環(huán)境 ， 促進(jìn)水 汽存細(xì)顆粒物表 面凝結(jié) ， 進(jìn)而 由高效除霧器脫除凝結(jié)長(zhǎng)

3、大 的含塵 液滴。采用 電稱(chēng) 低壓 沖擊器 ( E L P I ) 實(shí)時(shí) 測(cè)定細(xì)顆 粒物數(shù)量 濃度及粒 徑分 布 ， 維薩拉溫濕度變送器測(cè)試煙氣溫度 和濕度 。考察 了活化 水添加 量 、 蒸汽添加 量 、 細(xì)顆粒 物數(shù)量濃 度及除霧 器性 能對(duì)應(yīng)用蒸汽相變促進(jìn)細(xì)顆粒物脫 除的影 響。結(jié)果表 明， 在經(jīng) L I F A C脫硫 后的低溫高濕煙氣 中添加蒸汽 ， 煙氣過(guò)飽和度 隨蒸 汽添加量 的增加先增后 降； 應(yīng)用蒸汽相變可有效促進(jìn) 細(xì)

4、顆粒物 脫除 ， 其促進(jìn) 作用 隨煙氣過(guò)飽 和 度的升高 、 顆粒 物數(shù)量濃 度的減小 和除霧器效率 的提 高而增強(qiáng) 。關(guān)鍵詞 ：L I F A C煙氣脫硫 ；細(xì)顆粒物 ； 脫除 ；蒸汽相變 中圖分類(lèi) 號(hào)： X 5 】文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 ： AEx p e r i m e nt a li n v e s t i g a t i o no nt h ei m pr o v i n gr e m o v a lo ff i n ep a r t i

5、 c l e si nLI FAC f l ueg a sd e s u l f u r i z a t i o nb yh e t e r o g e n e O usc o nd e n s a t i o nL I UJ i n — h u i，Y A NGL i n - j u n， X I O NGG u i — l o n g， L UB i n， XI NC h e n g — y u n( 1 ． S c h o o

6、lo fE n e r g ya n dE n v i r o n m e n t ， S o u t h e a s tU n i v e r s i t )， N a n f i n g2 1 0 0 9 6 ，C h i n a2 ． S c h o o lr J 廠 C h e m i c a lE n g i n e e r i n ga n dE n v i r o n m e n t ， N o r t hU n i v

7、e r s i t yo f C h i n a ，T a t )u a n0 3 0 0 51 ， C h i n a )Abs t r a c t ：Ba s e do nt h ee n l a r g e me n to ff i n ep a r t i c l e sb yh e t e r o g e n e o u sc o n d e n s a t i o n ， r e mo v a lo fp a r t i

8、c l e sf r o m L I F A C ( L i me s t o n eI n j e c t i o ni n t ot h eF u ma c ea n dAc t i v a t i o no fC a l c i u m)d e s u l f u r i z a t i o ns y s t e mw a si n v e s t i g a t e de x p e r i me n t a l l y ． S

9、 u p e r s a t u r a t i o nr e q u i r e df o rf i n ep a r t i c l e sg r o wt hwa sa c h i e v e db ya d d i n ga d e q u a t es t e a m t ot h ewe tf l u eg a sa tt h ei n l e to fc o n d e n s a t i o nc h a mb e r

10、 ．T h ee n l a r g e dd u s t yd r o p l e t swe r er e mo v e db yah i g he f f i c i e n c yd e mi s t e r ．T h ep a r t i c l en u mb e rc o n c e n t r a t i o n．s i z ed i s t r i b u t i o n ．t e mp e r a t u r ea

11、n dh u mi d i t ywe r eme a s u r e di nr e a lt i meb yE L P I( E l e c t r i c a lL o wP r e s s u r eI mp a c t o r )a n dV a i s a l ah u mi d i t yt r a n s mi t t e r ． r e s p e c t i v e l y ．T h ei n f l u e n c

12、 e so fa c t i v a t i o nwa t e ra dd i t i o na mo u n t ，s t e a m a d d i t i o na mo u nt ，p a r t i c l enu mb e rc o n c e n t r a t i o na ndd e mi s t e ro nt h er e mo v a lo ff i n ep a r t i c l e swe r ei n

13、 v e s t i g a t e d ．T h er e s u l t si n d i c a t et h a ts u p e r s a t u r a t i o ni mp r o v ea tf i r s ta n dt h e nd r o pwi t ht h ei n c r e a s eo fs t e a m a d d i t i o na mou n t ．Th er e mo v a le f

14、i c i e n c yo ff in ep a r t i c l e sc a nb ee f f e c t i v e l yi r ep r o v e db yh e t e r o g e n e o u sc o n d e n s a t i o n ． T h er e mo v a le f f i c i e n c yr i s e swi t ht h ei n c r e a s eo fs u p e

15、r s a t u r a t i o n． d e c r e a s eo fp a r ti c l en u mb e rc o n c e n t r a t i o na n dt h ee n h a n c e me n to fp e r f o r ma n c eo ft h ed e mi s t e r ．Ke ywo r d s ：L I F ACf l u eg a sd e s u l f u r i z

16、 a t i o n；f i n ep a r t i c l e s ：r e mo v a l ：h e t e r o g e n e o u sc o n d e n s a t i o n中 國(guó)的火力 發(fā) 電約 占全 國(guó)發(fā) 電總 量 的 7 0 ％ ， 火 電廠耗 煤 量 約 占總耗 煤 量 的 6 2 ％。燃 煤 過(guò) 程 中 產(chǎn)生 的細(xì)顆 粒物 、 S O、 NO等 對(duì) 大氣 造 成 _ r嚴(yán)重 污 染 。尤其是空氣動(dòng)力學(xué)商

17、徑小于 2 ． 5t x m 的 P M，，其 比發(fā)面積大， 易富集有毒物質(zhì) ， 容易被吸人人體內(nèi)部 ， 且常規(guī)除塵技術(shù)難 以將 其有效捕集。在常規(guī)除 塵 設(shè)備 前設(shè)置 預(yù) 調(diào)節(jié) 設(shè) 施 ， 促 進(jìn) 細(xì) 顆 粒 物 團(tuán)聚 和 長(zhǎng) 大 后將其 脫除 是控 制細(xì) 顆粒物 污染 的有 效措 施 。 目前 ， 細(xì)顆粒 物 團(tuán)聚技 術(shù) 主要 有 磁 團(tuán) 聚 、 聲 團(tuán) 聚 、 熱 團(tuán) 聚 、 電團(tuán)聚和化 學(xué)團(tuán)聚等 。應(yīng)用 蒸汽相變促進(jìn) 細(xì)顆粒物

18、脫除則是利用過(guò)飽和水汽在細(xì)顆粒物表面 的凝結(jié) ， 促使細(xì)顆粒物長(zhǎng)大形成含塵液滴 ， 進(jìn)而提高 除塵設(shè) 備對(duì) 細(xì) 顆粒物 的脫 除效 率 。將蒸汽相變技術(shù)作為脫除細(xì)顆粒物的預(yù)處理措 施已有較長(zhǎng)的研究歷史。1 9 7 4年美國(guó) C a l v e r t 等 7 _進(jìn)行了在模擬廢氣 中添加蒸 汽使之達(dá)到飽 和狀態(tài) ，然后用篩板塔脫除 F eO微粒 ( d< 2t x m) 的研究 ；1 9 9 3 年 中國(guó)臺(tái)灣 C h e n 等沒(méi)

19、計(jì)了一套包括氣溶膠與 過(guò)飽和蒸汽混合室 、 冷卻凝結(jié)室 、 旋風(fēng)分離器的亞微 米級(jí) 微 粒 脫 除 工 藝 ； 2 0 0 1年 德 國(guó) B o l o g a等 設(shè) 計(jì) 了一套使亞微米級(jí)顆粒物在飽 和蒸汽 中凝結(jié)長(zhǎng)大 ，然后用靜電除塵器脫除的工藝 。顏金培等¨” ]收稿 日期： 2 0 1 0 ~ 6 — 1 0 ；修回 日期 ： 2 0 1 0 4 ) 8 — 2 6 ?；痦?xiàng) 目：家高技術(shù)研究發(fā)展汁劃( 8 6 3 汁劃

20、 ， 2 0 0 8 A A 0 5 Z 3 0 6 ) ； 江蘇省 自 然科學(xué)基金 ( B K 2 0 0 8 2 8 3 ) ：作者簡(jiǎn)介： 劉錦辮( 1 9 8 2 一 ) ， 男 ， 安徽滁州人 ， 碩士研究生 ， 主要從事燃 煤大氣污染控制研究 ， E - m a i l ： s e u @@ 1 6 3c o r n本文的英 文電子版由 El s e v i e rH { 版社在 S c i e n c e Di r e c

21、t 上出版( h t t p： ／ ／ ww ws c i e n c e d i r e c t ． c o m／ s c i e n c e ／ j o u ma l ／ 1 8 7 2 5 8 1 3 1第 1期 劉錦輝 等 ： L I F A C煙氣脫硫 中應(yīng)用 蒸汽相變促進(jìn) 細(xì)顆 粒物脫 除的實(shí)驗(yàn)研 究 2 ． 2 測(cè)試方法 細(xì)顆粒物數(shù)量濃度和粒徑分布采 用電稱(chēng)低壓沖擊器( E L P I ) 實(shí)時(shí)在線測(cè)定 ； S O濃度

22、由德國(guó) MR U公司的 D e l t a2 0 0 0 C D 一 1 V型煙氣分析 儀實(shí) 時(shí)測(cè)定 ； 煙 氣 溫度 、 露 點(diǎn) 、 絕 對(duì) 濕 度 和 相 對(duì)濕 度 采用 V a i s a l a — H MT 3 3 7型 溫 濕 度 變送 器 測(cè) 定 。 由于 系統(tǒng) 內(nèi)煙氣處 于 負(fù) 壓狀 態(tài) 且 含 有 顆粒 物 和水 汽 ， 采 用真空泵將煙氣抽 出經(jīng)玻璃纖維濾筒過(guò)濾和除濕干 燥器后 部分送人煙氣分析儀 ， 測(cè)試 S O濃

23、度， 其系 統(tǒng)見(jiàn)圖 2 。因系統(tǒng)排放 的煙氣 含濕量較 高， 水蒸氣 在 E L P I 沖擊 盤(pán) 上 凝 結(jié) 會(huì)對(duì) 測(cè) 量 結(jié) 果 造 成 影 響 ， 用 經(jīng) 空 氣 加 熱 器 加 熱 的 高 溫 空 氣 作 為 稀 釋 氣 稀 釋 E L P I 吸入 的樣 品氣 ”， 每級(jí)稀 釋 比為 8 ． 1 8： l ， E L P I樣 品氣預(yù)處理系統(tǒng)見(jiàn)圖 3 。實(shí)測(cè) 中煙氣依次經(jīng)過(guò)采 樣槍 、 旋風(fēng)分離器 ( 用 于脫 除 1 0I

24、x m 以上的粗顆粒 物 ) 和稀 釋器 ， 然后 進(jìn) 入測(cè)試 系統(tǒng) 。罔 2 煙氣分析系統(tǒng)示意同 F i g u r e2S c h e ma t i cd i a g r a m o fg a sa n a l y s i ss y s t e m 圖 3E L P I 采樣氣預(yù)處理系統(tǒng)示意 圖 F i g u r e3S c h e m a t i cd i a g r a m o fEL P Is a m p l i n

25、gs y s t e m 為更好 地描 述應(yīng) 用蒸 汽相 變促進(jìn) 細(xì)顆 粒物 脫除 的規(guī)律， 定義分級(jí)脫除效率增加值和分級(jí)脫 除總效 率兩個(gè)指標(biāo)來(lái)衡量 。細(xì)顆粒物分 級(jí)脫 除效率增加 值 為 ：× 1 ( 】 0 ％叼一 ■ ( 3 )式 ( 3 ) 中， Ⅳ， 為相 變凝結(jié)前 ， 通過(guò)除霧器后的 煙氣中第 i 粒徑段細(xì)顆粒物數(shù)量濃度( 個(gè)／ c m) ； N為應(yīng) 用蒸 汽相 變 后 第 i 粒 徑 段 細(xì) 顆 粒 物

26、 數(shù) 量 濃 度 ( 個(gè)／ c m) 。細(xì) 顆粒物 分級(jí) 脫 除總效 率 為 ：叼 =。 ％㈩ 式 ( 4 ) 中 ， Ⅳ。 為 原始 煙 氣 ( 未 經(jīng) 除霧 器 ) 中第 i粒徑段細(xì)顆粒物 數(shù)量濃度 ( 個(gè)／ c m) ； N， 為應(yīng)用蒸 汽相變后第 i 粒徑段細(xì)顆粒物數(shù)量濃度( 個(gè)／ c m) 。3 結(jié)果與討論 3 ． 1細(xì) 顆粒 物數(shù) 量 和質(zhì) 量 濃 度 及 粒 徑 分布 細(xì) 顆 粒物由全 自 動(dòng)燃煤鍋爐燃燒無(wú)煙煤產(chǎn)生 ，

27、經(jīng)旋風(fēng)分 離器 去 除 1 0m 以上 的粗 顆粒 物 ， 其 數(shù) 量 和質(zhì) 量 濃 度粒徑分布見(jiàn) 圖 4 ( a ) 。由圖 4 ( a ) 叮見(jiàn)， 顆粒數(shù) 量 濃度 為單 峰分 布 ， 峰值 粒 徑 為 0 ． 0 3i x r n～ 0 ． 0 5I x m，其數(shù) 量濃 度達(dá) 到 l 0個(gè)／ c m ， 質(zhì) 量 濃 度 分 布 隨粒 徑 的增 大單 調(diào)遞 增 。圖 4 ( b ) 為 顆 粒物 數(shù) 量 和 質(zhì)量 濃 度 累積分

28、布 圖。 由圖 4 ( b ) 可見(jiàn) ， 在數(shù)量 上 細(xì)顆 粒物 主要 分布在 亞微 米 區(qū) ， 粒 徑 小 于 0 ． 2 6m 的顆粒 物 占總 顆粒 物數(shù) 的 9 8 ． 6 ％ ， 而 其 質(zhì)量 濃 度 累積 分?jǐn)?shù) 不 到 4 ． 1 ％。因此 ， 對(duì)于燃煤 細(xì)顆粒物， 控制細(xì)顆粒物 數(shù) 量濃 度要 比控 制 顆粒 的質(zhì) 量 濃 度 更 有實(shí) 際意 義 ，但達(dá)到同樣的脫除效率， 前者的難度 比后者大得多。3 ． 2 活化水 添

29、加量 的 影響 在 末滿 足 L I F AC脫 硫 活化器 出 r 1 煙氣 飽 和溫 度 的 條件 下 ( 活化 水 添加 量 為 5 ． 5k g ／ h時(shí)， 飽 和溫度為 3 7o C) ， 向蒸汽相變室 內(nèi)添加溫度為 1 2 0 ℃ 的飽和蒸汽促進(jìn)細(xì)黝粒物凝結(jié) 長(zhǎng)大 ， 煙氣相對(duì)濕度和溫度 隨蒸汽添加的變化 見(jiàn)圖 5 ( a ) ( 假 定 蒸 汽 不 發(fā) 生 冷 凝 ， 壁 面絕 熱 ， 下 同 ) 。由圖 5 ( a )

30、可見(jiàn) ， 煙氣未能達(dá)到過(guò)飽和狀態(tài)， 添加等 量蒸汽引起 的煙氣相對(duì)濕度提高幅度隨蒸汽添加量 增加而減緩 ， 這是因?yàn)樵跍囟容^高的區(qū)域 ， 相對(duì)濕度 主要 受 煙 氣 溫 度 而 不 是 絕 對(duì) 含 濕 量 的 影 響 圖 5( b ) 為在滿 足 L I F A C脫硫 活化 器 出 口煙 氣飽 和溫度 的條件 下 ( 活化 水 添 加 量 為 8 ． 0k g ／ h時(shí) ， 飽 和溫 度 約 為 l 0℃ ) ， 煙氣溫濕度隨蒸 汽添