基于脱硫工艺的气液两相的传质过程分析.docVIP

基于脱硫工艺的气-液两相的传质过程分析 研究背景及意义 1.1 我国二氧化硫排放及控制情况 从全国能源消费结构上看，对煤炭使用的过度依赖是导致了环境污染的直接因素。据权威部门统计，2000 年，全国煤炭总耗量为 12.45 亿吨，SO2排放量为 1995 万吨，NOX的排放量约为 1200 万吨，其中，火电机组燃煤耗量为 6 亿吨，占煤炭总耗量的 48%，占 SO2总排放量的 60%（约为 1200 万 t）；2002 年，全国 SO2总排放量达 2000 万吨以上，居世界第一；2005 年，全国煤炭总耗量为 18 亿吨，SO2排放量为 3000 万吨，NOX的排放量约为 1800 万吨，其中，火电机组燃煤耗量为 10 亿吨，占煤炭总耗的56%，占 SO2总排放量的 60%（约为 1800 万吨）；在 2009 年年底，全国 6000kW及以上火电机组平均供电标准煤耗 340g/kWh，同比降低 5g/kWh。全国脱硫机组容量达到 4.7 亿千瓦，占煤电机组的比例约为 76％，火电发电量二氧化硫排放 3.2g/kWh，同比降低 0.6g/kWh；2010 年，燃煤耗量为 14 亿吨，SO2排放量可达 2300 万吨；预计 2020 年，全国发电装机容量达到了 10 亿 kW，其中火电装机容量约 6 亿 kW，排放的 SO2量可达2500 万 t。到目前为止，我国已成为 SO2的第一排放国，而我国 SO2空气质量二级标准的环境容量仅为 1200 吨。 此外，我国 SO2排放存在明显的地域特性，从估算的排放量来看，主要分布地域有：辽宁、山东、河北、陕西、河南等主要工业区，长江三角洲、珠江三角洲、贵州、昆明、四川东部，京津唐等地区。 由于 SO2的大量排放，导致城市的环境空气质量的快速下降。目前，国内已仅有37.7％的城市环境 SO2年平均浓度低于二级标准，而且 SO2的排放量还在不断扩大和恶化。国家环保局公布的空气质量，南方和北方城市年日平均浓度分别为 119μg/m3、193μg/m3，均比国家要求的环境空气质量二级标准高。因此，我国面临非常严峻的环境保护挑战，减少 SO2的排放已经义不容辞、刻不容缓，环境保护工作责无旁贷、任重而道远。 为了解决 SO2及酸雨带来的大气污染问题,我国政府给予高度重视，国家和各省市都相继制订了一系列法律法规及措施，并取得了初步成果。 1987 年 9 月，全国人大颁布了我国第一部《大气污染防治法》，对烟尘、废气等做了相关法律规定；2000 年 4 月，又颁布了修订的《中华人民共和国大气污染防治法》，其中规定了 SO2等污染物的排放标准；2002 年 11 月，编写了《“两控区”酸雨和 SO2污染防治“十五”计划》，提出到 2005 年，全国 SO2排放量在 2000 年的基础上削减 10％，两控区（酸雨和 SO2控制区）削减 2％；2003 年 1 月，实施了《洁净生产促进法》；2010 年 5 月，颁布了《关于推进大气污染联防联控工作改善区域空气质量指导意见的通知》，由国务院办公厅等部门共同提出，推进区域大气污染联防联控，首次明确提出多重污染物协同控制的要求。 1.2 国内外脱硫技术应用现状 我国锅炉脱硫技术仍处于工程示范阶段，绝大多数脱硫设备都是从国外进口，国外烟气脱硫设备在国内的使用率达到 95%以上。我国已有十多种工艺的脱硫装置，但火电厂中采用最多的脱硫技术还是石灰石-石膏法。目前，我国脱硫技术的发展较为缓慢，制约锅炉烟气脱硫技术推广运用的重要原因在于：1）施备初投资昂贵；2）运行费用，包括物料、能耗、施备维护以及管理成本等居高不下。因此，研究和发展适合我国国情的脱硫技术并将其广泛应用于锅炉行业，对于环保和国家经济建设意义重大。 1.3 研究意义 1.3.1 实际意义 在我国短时间内一次能源以煤为主的格局不会改变的情况下，研究和开发燃煤锅炉烟气除尘脱硫净化装置是高效利用煤炭的根本途径之一。而此研究正是为研究烟气处理与热回收一体化装置提供理论依据和有价值的数据资料，为燃煤燃气锅炉的节能减排提供技术支持。 1.3.2 学术意义 本课题从理论上研究了碱性溶液脱硫气液传质原理，通过实验分析了脱硫效果的各影响，其传质机理较为复杂，对此类问题的研究资料较少。因此，建立碱性溶液气液传质规律的数学描述，为类似多组分气液传质研究、探讨绿色低碳的脱硫技术提供参考。 碱液脱硫吸收过程的理论研究 碱液吸收烟气中的 SO2是一个复杂过程，要提高燃煤锅炉烟气的脱硫效率，必须从机理上掌握气液物理吸收和化学反应吸收的内部机理。 2.1 吸收法净化理论的研究 吸收是气相污染物从气相向液相转移的过程，气相污染物由气相穿过界面向液相传递的过程，其传质方式主要以各相内部的传导和相间的对流为主。气液两相间的