2600m3/h烟气脱硫装置设计及脱硝热力学研究

摘要

氧化铝赤泥是炼铝工业排放的固体废渣，由于强碱性至今未被大宗利用，其消极堆积不仅占用大量土地还对土壤、空气和地下水产生了严重污染。而热电厂由于燃煤产生的大量烟气，也对环境造成严重污染。本研究是河南省重大公益科研项目“氧化铝赤泥高效综合利用关键技术研究与示范”子课题——氧化铝赤泥工业烟气脱硫技术研究，旨在利用氧化铝赤泥这一固体废弃物处理工业烟气，降低赤泥碱性的同时实现其资源化利用。
　　首先，本文利用粒度仪、XRD以及扫描电镜分别对赤泥的粒度、矿物组成、表观形貌进行了测试分析，并对赤泥有效脱硫成分涉及的化学反应进行了热力学分析计算，结果表明赤泥用于烟气的湿法脱硫是可行的。在此基础上，在热电厂现场采用自行设计安装的1700×60mm小型脱硫塔，通过单因素试验考察了赤泥浆液pH值、液固比、浆液与烟气的液气比以及烟气流量对脱硫率的影响，得到了较佳的工艺条件:液固比7∶1、液气比15∶1、烟气流量为3.6m3/h，脱硫率达95％以上。此外，通过正交试验还对连续脱硫进行了考察研究，结果表明当pH降至5.9时，添加塔内浆液10％的新鲜浆液，可使脱硫稳定且达标运行。
　　其次，按照达标排放、小试工艺条件以及现场场地大小，参照国家相关设计标准、参照《塔设备》、《化工设备设计》等技术规程设计了2600m3/h烟气处理量、95％脱硫率的喷淋吸收塔，尺寸为5700×1000mm，材质选用16MnR碳钢，并通过壁厚的液压试验校核确定了该吸收塔壁厚为6mm。此外还对喷淋层、喷嘴的型号、材质、数目以及喷嘴排布等塔内件进行了设计。并对脱硫系统中测试仪表和控制仪表进行了选型和安装说明。
　　最后，本文对烟气中氮氧化物的脱除进行了初步探索研究。对不同浓度尿素溶液在不同温度下进行热解和同时热解水解的能耗进行了热力学计算和分析。结果表明热电厂采用700K，同时热解水解50％的尿素溶液制备还原剂氨气的脱硝工艺能耗仅307.177kJ·mol-1，耗能低且氨气产率高。
　　期待本文的设计和研究结果能为赤泥烟气脱硫实现工业化实施和烟气脱硝提供一定的参考和指导。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 二氧化硫及氮氧化物的产生及其危害

1．1．1 二氧化硫和氮氧化物的来源

1．1．2 酸雨的产生及危害

1．2 湿法烟气脱硫技术

1．2．1 石灰石-石膏法脱硫技术

1．2．2 氨水脱硫技术

1．2．3 海水脱硫技术

1．2．4 镁法烟气脱硫技术

1．2．5 双碱法烟气脱硫技术

1．3 氮氧化物的脱除技术

1．3．1 选择性催化还原技术(SCR)

1．3．2 选择性非催化还原技术(SNCR)

1．3．3 SNCR+SCR联合脱硝技术

1．3．4 电子束辐照技术

1．3．5 活性炭吸附技术

1．4 赤泥的危害

1．5 赤泥的资源化利用

1．5．1 赤泥中金属的回收

1．5．2 赤泥在建筑行业中的应用

1．5．3 赤泥在水处理方面的应用

1．6 课题研究的意义及内容

2 实验部分

2．1 赤泥的物理性质

2．1．1 赤泥的粒度分析

2．1．2 赤泥的矿物分析

2．1．3 赤泥的微观结构

2．2 赤泥的化学性质

2．2．1 赤泥的化学成分

2．3 赤泥脱硫的热力学计算分析

2．4 赤泥脱硫实验研究

2．4．1 赤泥脱硫实验准备

2．4．2 赤泥脱硫影响因素的考察

2．5 连续实验

2．5．1 正交试验

2．5．2 新鲜浆液的加入量对反应维持时间的影响

2．6 小结

3 烟气脱硫吸收塔及内部塔件的设计

3．1 喷淋塔的直径设计

3．2 喷淋塔吸收区高度的设计

3．2．1 喷淋塔吸收区高度h1的计算

3．3 浆液池的设计

3．4 喷淋塔烟气进口高度设计

3．5 喷淋层的设计与选型

3．6 喷嘴的设计

3．7 吸收塔材料的选择

3．7．1 吸收塔壁厚的计算(包括计算壁厚和最小壁厚)

3．8 小结

4 脱硫吸收塔其他附属系统的设计及设备选型

4．1 烟气系统的设计

4．1．1 烟道和烟道挡板设计

4．1．2 增压风机的选型

4．1．3 吸收塔底部搅拌器及相关配置

4．2 赤泥储存、浆液制备系统的设计

4．2．1 赤泥料仓的设计

4．2．2 新鲜浆液罐设计

4．3 浆液循环系统的设计

4．3．1 浆液管道以及工艺水管的设计原则

4．3．2 浆液管道的设计

4．3．3 浆液管路阻力的核算

4．3．4 管路和泵的选型

4．4 检测仪表的选型及脱硫系统的安装

4．4．1 检测仪表的选型

4．4．2 脱硫系统的安装

4．5 小结

5 尿素热解和同时热解水解的热力学计算

5．1 固体尿素热解

5．2 不同浓度尿素溶液的热解以及同时热解水解的热量计算

5．2．1 30％的尿素溶液的热解以及同时热解水解的热量计算

5．2．2 45％的尿素溶液的热解以及同时热解水解的热量计算

5．2．3 50％的尿素溶液的热解以及同时热解水解的热量计算

5．3 小结

6 结论

参考文献

致谢

个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果