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氨法烟气脱硫在高效脱除SO2的同时,得到附加值较高的硫酸铵副产品,在我国应用前景广阔。结合NO催化氧化,在氨法脱硫的基础上发展同时脱硫脱硝技术能够实现硫、氮元素的同步资源化利用。尽管氨法脱硫技术已工业化应用,但其设计及运行中诸多参数仍是依靠经验选定,往往达不到理想的运行效果。因此,本文对氨法烟气脱硫进行了实验和理论研究,并对氨法同时脱硫脱硝中的NO催化氧化及SO2、Nox的同步氨液吸收进行了较深入的探讨。
建立实验平台,对氨法烟气脱硫SO2的吸收过程进行研究,考察了pH值、液气比、烟气流速和SO2浓度等对脱硫效率的影响,结果表明氨法脱硫工艺控制pH值为5.6~5.9,液气比为3-4 L·m-3比较合适。在此基础上,建立数学模型对氨法烟气脱硫系统物料和热量进行了衡算,并开发出相应的工艺计算软件。基于传质及SO2-NH3-H2O体系气液平衡理论,建立氨法烟气脱硫吸收过程模型,2×210t·h-1燃煤锅炉氨法烟气脱硫工程运行结果表明模型计算值和测量值较好吻合。
建立鼓泡反应装置,对氨法烟气脱硫产物(NH4)2SO3和NH4HSO3的氧化动力学过程进行了实验研究,并建立了数学模型。该模型能够反映SO2-3浓度、SO2-4浓度、pH值、温度和氧化空气量对脱硫吸收产物氧化速率的影响,较全面、准确的反映了该氧化过程。
对氨法烟气脱硫产物硫酸铵结晶过程进行了实验研究。结果表明pH值越低,得到的硫酸铵晶体越细长,并且pH值为5.0时的硫酸铵晶体平均粒径最大。温度高,蒸发结晶速率快,但得到的晶体平均粒径较小。飞灰在硫酸铵结晶过程中可以起到晶核的作用,控制溶液中的飞灰(平均粒径为87.67μm)含量为4g·L-1,得到的(NH4)2SO4晶体平均粒径(232.77μm)最大。
以过渡金属作为活性组分,添加助剂Ce,筛选的Mn-Ce/TiO2催化剂具有较好的NO催化氧化活性。在模拟烟气量150 mL·min-1、NO浓度360 mg·m-3、O2含量10%、250℃和空速41324 ll-’条件下,采用活性组分负载量10%、Mn/Ce=3的催化剂,NO氧化率可达85.9%。该催化剂的活性温度窗口较宽,在200℃~350℃的温度范围内NO氧化率可达60%以上。研究发现,助剂Ce能够提升Mn/TiO2催化剂抗SO2和H2O毒化的性能。
以氨作为吸收剂,对SO2和Nox的同时吸收进行了实验研究。结果表明,SO2和NO2能够相互促进吸收,Nox中NO2/NO比值越大,SO2和Nox的脱除效率越高。当NO2和NO的浓度比为2、Nox浓度920 mg·m-3、SO2浓度4800 mg·m-3、pH值5.8和50℃的条件下,SO2脱除效率超过99%,Nox的脱除效率为80%左右。