1 概况
烟气脱硫技术是控制SO2污染的一种主要技术,钙基吸收剂因其廉价及高效的脱硫特性而被广泛使用。在目前国内的各类脱硫技术中,技术最成熟、应用最广泛的是石灰/石灰石湿法烟气脱硫技术,占所有已运行装置的85%左右,且多为简易装置。近年来,人们在运行过程中发现湿法烟气脱硫装置存在吸收剂对设备腐蚀严重、脱硫剂及脱硫产物易在脱硫设备上结垢,造成局部堵塞等缺陷,于是干法脱硫技术逐渐引起人们重视。目前,干法装置中产生的大量喷钙脱硫灰渣一般只作建筑或抛弃处理,可是该灰渣尚有一定的脱硫能力,因此,探索提高干法喷钙灰渣脱硫能力的途径成为当务之急。
2 实验装置与条件选取
2.1 试验样品
1#灰样为南京下关电厂喷钙脱硫灰(采自活化器前),2#灰样为南京下关电厂喷钙脱硫灰(采自活化器后),3#灰样为南京下关电厂喷钙脱硫灰(采自电除尘器),4#灰样为北京现代建筑材料公司生产用灰(采自高井电厂)。4种灰样的成分见表1。
表1 灰样成分(%)
灰样
SiO2
Fe2O3
Al2O3
CaO
1#
43.48
5.26
23.30
12.94
2#
45.12
4.81
23.95
15.86
3#
49.01
4.82
27.53
11.91
4#
50.53
4.26
39.84
2.53
2.2 实验装置流程
固定床反应器是一种评价脱硫剂脱硫性能的有效装置。本实验通过自制的固定床反应器,研究在不同温度、不同湿度条件下,具有不同比表面积的灰渣的低温脱硫性能。脱硫反应在固定床反应器内进行,反应器中气体为模拟烟气,由N2、SO2和空气按一定的比例混合而成。固定床反应器设计参数见表2。
模拟烟气经过加湿、加热进入固定床反应器,检测出口SO2浓度,并计算出一段时间内的SO2吸收率。为使灰渣能够在床层中均匀分布,并与模拟烟气充分接触,灰渣与石英砂按1﹕20的质量比均匀混合,石英砂充当分散介质。实验中,采用粒径为60~80目的石英砂作为分散介质(在实验条件下,粒径为60~80目的石英砂对SO2没有吸附作用)。
表2固定床反应器的设计参数
床层高度(mm)
床层直径(mm)
床层面积(mm2)
床层阻力(Pa)
气体线速度(cm/s)
惰性分散介质
石英砂孔隙率(%)
分散介质粒径(目)
灰渣粒径(目)
15
18
254.34
441.3
3.32
石英砂
50
60~80
<100
2.3 实验条件—反应时间的确定
为使所得的脱硫能力数据有一定的平行可比性,需确定一个合理的反应时间,既有较好的SO2脱除效果,又有较高的灰渣利用率。
表3 实验条件
反应温度(℃)
相对湿度(﹪)
SO2浓度(mg/m3)
样品载量(mg)
载体质量(g)
采样时间(min)
80
90
1500
250
5
10
3 实验结果与讨论
3.1 正交实验
采用正交实验来探索灰渣具有较好脱硫能力时的温度、湿度和比表面积条件。因素为温度、湿度和比表面积3个,水平3个。不考虑各因素之间的相互作用,可选用L9(34)。采用3#样品,实验参数及实验结果见表4。
表4 正交实验参数及实验结果
实验号
因 素
脱硫能力[g(SO2)/g(灰渣)]
反应温度(℃)
烟气湿度(%)
比表面积(m2/g)
水 平
1
2
3
1
1(70)
1(70)
3(2.7891)
0.0910
2
2(80)
1(70)
1(2.3554)
0.0613
3
3(90)
1(70)
2(1.8713)
0.1112
4
1(70)
2(80)
2(1.8713)
0.0813
5
2(80)
2(80)
3(2.7891)
0.1133
6
3(90)
2(80)
1(2.3554)
0.1152
7
1(70)
3(90)
1(2.3554)
0.0550
8
2(80)
3(90)
2(1.8713)
0.1102
9
3(90)
3(90)
3(2.7891)
0.1031
Ⅰ
0.2273
0.2634
0.2314
—
Ⅱ
0.2847
0.3097
0.3026
—
Ⅲ
0.3294
0.2682
0.3073
—
K1
0.0758
0.0878
0.0771
—
K2
0.0949
0.1032
0.1009
—
K3
0.1098
0.0894
0.1024
—
R
0.0341
0.0154
0.0253
—
由表3可知,温度、湿度和比表面积3个因素对灰渣脱硫能力的影响由大至小分别为温度、比表面积和湿度;温度越高,脱硫能力越好,以90℃为最好(限于实验条件为水浴加热,不能继续探索温度更高的情况);比表面积相对来说是越大越好;湿度为80%时,脱硫能力最好;所以具有较好脱硫能力的实验条件是:反应温度90℃、烟气湿度80%、比表面积为最大(即湿磨灰样)。