流化床內(nèi)粉狀活性炭吸附脫除SO2的數(shù)值模擬及實驗研究.pdf

1、與傳統(tǒng)的脫硫技術(shù)相比，炭法煙氣脫硫技術(shù)具有耗水量低、無廢水排放、無二次污染、脫硫劑可再生、硫可資源化回收、可實現(xiàn)多污染物聯(lián)合脫除等特點，在燃煤煙氣凈化領(lǐng)域具有較廣闊的應(yīng)用前景。目前，在炭法脫硫技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用中，已開發(fā)了包括固定床、移動床在內(nèi)的多種吸附工藝。固定床炭法脫硫工藝設(shè)備復(fù)雜，隨著吸附的進(jìn)行，脫硫阻力逐漸增大，脫硫效率逐漸降低。移動床炭法脫硫工藝則存在活性炭制備工藝復(fù)雜，制備成本高，熱解氣沒有充分利用浪費能源，內(nèi)表面利用率低，傳質(zhì)

2、速率慢，存在機(jī)械損耗等問題?；诖?，本文采用了一種新型的吸附工藝——流化床吸附工藝，該工藝成本低，氣固混合均勻，傳熱傳質(zhì)性能優(yōu)良，壓降低，負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍大，負(fù)荷調(diào)節(jié)快，占地面積小等優(yōu)點，同時，本文采用了粉狀活性炭，在很大程度上減少了設(shè)備的磨損。
　　本文在課題組前期研究的基礎(chǔ)上，以“提高流化床內(nèi)粉狀活性炭的脫硫效率”為目標(biāo)，通過數(shù)值模擬和實驗研究，研究了運行條件和操作參數(shù)對流化床內(nèi)粉狀活性炭吸附SO2的影響特性。
　　首先以低

3、溫沉降爐為研究對象開展粉狀活性炭對SO2動態(tài)吸附特性的研究。重點考察活性炭當(dāng)量比、反應(yīng)溫度、SO2含量、水分含量、氧氣含量等關(guān)鍵參數(shù)對活性炭吸附SO2過程的影響。實驗結(jié)果表明，在反應(yīng)的初始階段，氣相中的SO2迅速向活性炭表面擴(kuò)散，呈現(xiàn)較快的吸附速率，之后SO2的脫除過程受氣相擴(kuò)散和孔內(nèi)遷移兩方面的影響，吸附速率變緩;隨著活性炭當(dāng)量比的增加，提供了更多的比表面積和表面活性位，促進(jìn)了SO2向活性炭的遷移，活性炭脫硫效率逐漸增加;但由于存在競

4、爭吸附，隨著活性炭當(dāng)量比的增加，單位質(zhì)量活性炭吸附SO2量先增加后降低;溫度越高，物理吸附速率越低，化學(xué)吸附速率越高，而相對物理吸附速率，反應(yīng)溫度對化學(xué)吸附速率的影響可以忽略不計，故溫度越高，吸附速率越低，脫硫效率越低;SO2和H2O在活性炭表面占據(jù)同一類活性中心，吸附態(tài)的SO2被氣相中的O2氧化成SO3后可與吸附在該活性中心的H2O結(jié)合生成H2SO4,過量的H2O可以將H2SO4從活性中心洗脫，儲存于活性炭微孔中空出活性中心，以繼續(xù)吸

5、附，故SO2、O2、H2O體積分?jǐn)?shù)越高，脫硫效率越高，單位質(zhì)量活性炭吸附的SO2量越高。
　　之后，在實驗研究的基礎(chǔ)上，以計算流體力學(xué)為方法，通過Fluent對流化床內(nèi)活性炭吸附SO2的過程進(jìn)行了計算，并在中試試驗臺上進(jìn)行了對比實驗研究。數(shù)值模擬的結(jié)論與沉降爐實驗所得結(jié)論相吻合，模擬值與中試實驗值接近，表明數(shù)值模擬能較好的模擬流化床內(nèi)粉狀活性炭對SO2的吸附過程，為試驗甚至現(xiàn)場應(yīng)用提供了依據(jù)。模擬結(jié)果還表明隨著煙氣流量增加，停留時

6、間縮短，脫硫效率降低，但煙氣流速增加，氣體擾動增大，傳質(zhì)阻力降低，故脫硫效率降低趨勢變緩。同時，中試實驗結(jié)果顯示當(dāng)活性炭當(dāng)量比為10.8時，脫硫塔出口SO2濃度為22.88mg/m3,達(dá)到了超凈排放的水平;新活性炭對于SO2具有較高的吸附速率，只送入新活性炭，脫硫效率為69.4％，而只送入循環(huán)活性炭，脫硫效率僅為29.4％，當(dāng)循環(huán)建立，循環(huán)倍率為8時，脫硫效率提高為76％，由于活性炭的競爭吸附，存在循環(huán)活性炭以及新活性炭的脫硫效率低于兩