高倍率灰钙循环脱硫过程及影响因素研究

为深入了解神东30 t/h煤粉工业锅炉对应的高倍率灰钙循环脱硫除尘一体化技术(NGD,no gap desulphurization)脱硫过程及机理,研究不同影响因素对脱硫效率的影响。笔者在反应器上沿程打孔取样,检测不同位置脱硫剂硫含量和水分变化,结果发现,随着脱硫反应的进行,脱硫剂中水分和硫含量分别呈降低和增加的趋势,说明水分对脱硫反应至关重要,在有水存在的条件下,脱硫反应从气固两相反应变为离子间的液相反应,脱硫反应速率显著增加。随着脱硫反应的进行,脱硫剂中反应产物增加导致硫含量增加。检测反应器沿程烟气中成分及含量变化,根据反应器上单位距离脱硫效率的变化率,将脱硫过程分为3个阶段:常速段、降速段、拟平衡段,前2个阶段脱硫反应速率快,为脱硫反应的关键段,所脱除的SO2占SO2总量的90%,因此强化前2个脱硫阶段是提高脱硫效率的有效手段。最后,在NGD脱硫装置上进行工程试验,研究增湿水量、SO2初始浓度、掺混比对脱硫效率的影响规律,结果表明,增湿水量增加,SO2初始浓度降低,熟石灰占比增加,相当于脱硫反应物初始浓度增加,促进脱硫反应向右进行,初始阶段脱硫反应速率增加,因此最终脱硫效率呈现增加的趋势。但由于脱硫剂孔隙结构及活性物质含量的限制,脱硫反应存在最佳的工艺条件使脱硫剂中有效物质被充分利用,根据脱硫效率的变化量最终确定增湿水量、SO2初始浓度、掺混比最佳范围,分别为0.14~0.27 t/h、350~550μL/L、3∶1~2∶1,此时脱硫效率的变化量分别为28.81%、25.87%、10.55%。

一种NGD脱硫用粉煤灰f-CaO含量测定方法

为探索一种NGD脱硫用粉煤灰脱硫活性的快速评价方法,采用蔗糖浸取EDTA滴定法对几种灰样中的f-Cao含量进行测定。在测试煤种和工况下,锅炉燃烧得到的纯粉煤灰f-CaO含量约为7%,分别加入0.5%和1%熟石灰后灰样中f-CaO含量增加为7.43%和7.89%。滴定结果与计算值一致。通过脱硫效果测试发现,样品的脱硫效率与其f-CaO含量的趋势一致。该测试方法得到的数据可靠且操作简单。作为评价NGD用粉煤灰脱硫活性的辅助手段,本方法具有很强的实用价值。

基于反应动力学的烟气脱硫反应器数值模拟

为优化高倍率灰钙循环烟气脱硫反应器流场分布,及探寻重要参数对脱硫效率的影响规律,选用合理的CFD数值模拟计算方案,并结合动力学台架实验数据及计算拟合所得到的脱硫反应动力学模型,对额定处理量40000 m^(3)/h脱硫反应器内的流场和脱硫反应过程进行模拟。首先,针对原设计反应器模拟结果出现流场分布不均现象,提出优化方案,并对比了优化前后反应器内速度场、湍流强度场、静压场等的分布情况;然后,通过热态数值模拟,综合考察了近绝热饱和温差(AAST)、增湿水量以及固气比3个主要工艺参数对脱硫效率的影响,并将模拟结果与试验结果进行对比验证。结果表明:进料不均匀造成颗粒分布不均是流场的主要问题,针对该问题提出在反应器中增加导流叶片的优化方案,通过延长转向流场、强化湍流使流场更加均匀,增强了流动稳定性;AAST对脱硫效率影响明显,脱硫效率随AAST的减小而增大,AAST增加15℃,脱硫效率随之可降低33.5%,最佳AAST为15℃左右;增湿水量也是影响脱硫效率的主要参数之一,脱硫效率随增湿水量增加而升高,增湿水量达到1000 kg/h前,脱硫效率增速较快,增湿水量在1000~1300 kg/h时,脱硫效率增速有所减缓,在增湿水量升至1300 kg/h时,实测脱硫效率达到最大值93%左右;脱硫效率随固气比的增加而增加,最多可使脱硫效率提高25%左右;另外,模拟与实测值拟合度较高。

煤粉锅炉脱硫系统中除尘器压差过高原因及解决方案

高倍率灰钙循环烟气脱硫技术在神东矿区的煤粉锅炉环保改造项目中已投入建设并成功运行,脱硫率可达95%以上。在NGD系统的运行调试期,布袋除尘器压差的数值及其上升速度均较改造前有大幅提高,影响了锅炉系统的正常运行并降低了布袋除尘器的运行效率。为了解决此问题,先分析滤料透气性降低而导致布袋除尘器压差上升的根本原因,再结合现场调研情况对NGD系统工况下的烟气含湿量、烟气温度、烟气灰浓度、除尘器本体的问题以及上游锅炉系统问题逐一进行对比和分析,并找出问题产生的各主要因素。NGD系统中布袋除尘器差压升高的原因包括多方面,为了使NGD系统的运行更加稳定,需要使除尘器适应NGD系统的工况并对系统中部分设备进行改造。在未来NGD系统的设计中,布袋除尘器需按高浓度烟气设计,且针对煤粉工业锅炉的运行、维护特性应加入对烟气中含水量的监测及对布袋除尘器的相应保护措施。

NGD反应器气相流场及能耗特性研究

高倍率灰钙循环脱硫(NGD)技术具有投资和运行成本低、占地面积小、节水和可避免有色烟羽等优点,在燃煤工业锅炉领域具有较好的发展前景,而已有研究主要关注脱硫反应过程及其影响因素,尚缺乏对NGD反应器内流场和能耗的认识。笔者基于熵产分析方法建立了NGD反应器能耗的定量分析模型,NGD反应器能耗包含因烟气散热引起的能耗和黏性流体流动引起的能耗,其中,黏性流体流动引起的能耗包含湍流耗散和壁面摩擦,此外,由于NGD反应器高度达20 m以上,其进、出口压降还应考虑位置势能变化,因此,NGD进、出口压降包含位置势能变化、湍流耗散和壁面摩擦引起的压降。以某30 t/h煤粉工业锅炉配套的NGD反应器为研究对象,采用CFD方法模拟脱硫反应器内的流场分布,并在此基础上通过能耗分析模型研究脱硫反应器内的能耗组成和分布。结果表明,CFD方法和能耗分析模型计算的NGD进、出口压降与测量值的偏差分别为0.4%和9.6%,因此,CFD方法和能耗分析模型能较为准确地预测脱硫反应器内黏性流体流动引起的能耗,NGD反应器内黏性流体流动和烟气散热引起的能耗分别占NGD总能耗的96.2%和3.8%,可见黏性流体流动对NGD能耗起主导作用,位置势能变化、湍流耗散和壁面摩擦引起的压降分别为237.6、347.4和57.5 Pa,可见湍流耗散对NGD反应器能耗起主导作用。将NGD反应器划分为上部主体反应区、中部加速区和下部烟气入口区,由于黏性流体流动过程中的能量耗散来自不同流层速度差引起的摩擦耗散,因此能耗大小主要取决于不同流层间的速度梯度,而中部加速区平均速度较大且流场分布极不均匀,导致单位体积湍流熵产远高于其他区域,因此其体积虽仅占3.6%,但其熵产占NGD反应器总熵产的53.8%;上部主体反应区速度分布较为均匀且平均速度较小,但其体积占NGD反应器体积的83.3%,因此中部的熵产仍然较大,占总熵产的40.1%;下部烟气入口区流场分布极为不均匀但平均流速较小,单位体积熵产率从下往上逐渐增大,其体积比为13.1%,熵产占总熵产的比值为6.1%。可见,上部和中部是能耗的主要区域,尤其是中部加速区是降低NGD反应器能耗的主要目标区域。