电子束氨法烟气脱硫工艺
杨睿戆1,2,吴彦1,任志凌2,陈伟华2,王保健2,毛本将2
(1.大连理工大学电气工程与应用电子技术系,辽宁大连116024;
2.中国工程物理研究院环保工程研究中心,四川绵阳621900)
[摘要]介绍了某热电厂的电子束氨法烟气脱硫脱硝工业试验装置和在该装置上进行的较全
面的工艺研究,确定了影响SO2脱除效率的主要参数,为北京京丰热电EA- FGD工业示范工
程设计提供了重要依据。
[关键词]电子束;烟气;脱硫;氨
[中图分类号] X703 [文献标识码] A [文章编号] 1006- 1878(2004)07- 0245- 03
电子束氨法烟气脱硫脱硝技术(简称EA-
FGD技术)是利用电子束(电子能量为800 keV～ 1
MeV)辐照,将烟气中的SO2和NOx转化成硫酸铵
和硝酸铵的一种脱硫脱硝新工艺。该技术采用的是
烟气降温、增湿、加氨、电子束辐照和副产物收集的
工艺流程。其反应过程为:除尘后的烟气通过烟气
调节塔调节烟气温湿度,然后在反应器中被电子束
辐照,产生大量活性基团,将烟气中的SO2和NOx
氧化为高价态氧化物并生成硫酸和硝酸,最终与注
入反应器的气氨反应,生成硫酸铵和硝酸铵微粒。
中国工程物理研究院环保工程研究中心在EA
- FGD工业试验装置上进行了较全面的工艺研究,
确定了影响SO2脱除效率的主要参数,同时对EA
- FGD技术中的反应机理进行了较深入的研究,现
已将研究成果应用于北京京丰热电EA- FGD工业
示范装置施工设计。
1 EA- FGD工业试验装置简介
EA- FGD工业试验装置位于四川省绵阳市科
学城热电厂,对该厂3000 kW热电联产锅炉部分烟
气进行了处理。其设计参数为:烟气处理量3000～
12000 m3/h;粉尘入口质量浓度300 mg/m3～ 10 g/
m3,粉尘出口质量浓度小于50 mg/m3;氨排放质量
分数浓度小于等于50× 10- 6;反应器入口烟气温
度60～ 100℃ ,烟气相对湿度小于等于100%,NO
质量分数200× 10- 6～ 800× 10- 6,NO脱除率大于
等于70%,SO2浓度300× 10- 6～ 3000× 10- 6,SO2
脱除率大于等于90%。
EA- FGD工业试验装置主要由烟气参数调节
系统、加速器辐照处理系统、氨投加系统、副产物收
集系统和监测控制系统5部分组成(见图1)。
图1 EA- FGD工业试验装置
试验所用烟气由科学城热电厂水膜除尘器前、
后引入,经烟气调节塔降温增湿,并注入氨气,然后
进入电子束辐照反应器进行处理。辐照处理后的烟
气通过副产物收集器除去硫酸铵和硝酸铵颗粒,然
后经引风机和烟囱排入大气。
[收稿日期] 2003- 08- 13;[修订日期] 2003- 09- 05
[作者简介]杨睿戆(1970—),男,四川省洪雅县人,大连理
工大学2001级硕士研究生,工程师,主要从事烟气治理技术
研究与开发工作。
·245·2004年第24卷增刊
化 工
环 保
ENVIRONMENTAL PROTECTION OF CHEMICAL INDUSTRY 为满足试验需要,通过向烟气直接投加SO2和
NO气体来调节SO2和NO浓度。在烟气调节塔前
和副产物收集器后分别设置了烟气参数监控装置,
由总控制室的控制系统统一调控。
2 影响脱硫效率的主要参数
2.1 热化学反应对SO2脱除效率的影响
试验条件:烟气流量为6000 m3/h,反应器入口
烟气温度为57～ 59℃ ,反应器入口SO2质量分数为
2000× 10- 6,氨的化学计量比为1.0,不投加电子
束。试验结果如图2所示。
图2 热化学反应对SO2脱除效率的影响
由图2可知,热化学反应对SO2总脱除率的贡献
较大,扣除漏风等因素,热化学反应对SO2总脱除率
的贡献约为50%～ 80%。随着氨化学计量比的增加,
SO2的脱除效率还将进一步提高。对所获副产物进
行的成分分析表明,亚硫酸铵占了相当比例。
2.2 不加氨时吸收剂量对SO2脱除效率的影响
试验条件:烟气流量为5100 m3/h,反应器入口
烟气温度为60～ 65℃ ,反应器入口SO2质量分数为
1500× 10- 6,向反应器注入电子束能量,不投加氨
气,改变电子加速器输出束流,考察吸收剂量对SO2
脱除效率的影响。试验结果如图3所示。
图3 吸收剂量对SO2脱除效率的影响
对比2.1和2.2的试验结果可知,热化学反应
对SO2脱除效率的贡献大于辐射诱导化学反应的
贡献。
2.3 SO2脱除效率与氨投加计量的关系
试验条件:烟气流量为6000 m3/h,反应器入口
烟气温度为60～ 65℃ ,反应器入口SO2质量分数为
2000× 10- 6,吸收剂量为7.5 kGy时,改变氨投加化
学计量比。试验结果如图4所示。
图4 氨投加化学计量比对SO2脱除效率的影响
由图4可知,当吸收剂量一定时,氨投加量对
SO2脱除效率影响较大。氨与SO2既能直接发生热
化学反应生成亚硫酸盐,又能与SO2被氧化后生成
的硫酸反应。因此,SO2的脱除效率随氨投加化学
计量的增大而上升。
2.4 加氨时吸收剂量对SO2脱除效率的影响
试验条件:烟气流量为6000 m3/h,反应器入口
烟气温度为57～ 59℃ ,反应器入口SO2质量分数为
2000× 10- 6,氨的化学投加计量比取1.0,向反应器
注入电子束能量。试验结果如图5所示。
图5 加氨条件下吸收剂量对SO2脱除效率的影响
SO2的脱除效率受吸收剂量的影响,是因为电子
束同烟气中主要成分作用,产生了大量OH、O、HO2
自由基,与SO2发生了如下的辐射诱导化学反应:
·246· 2004年第24卷
化 工 环 保
ENVIRONMENTAL PROTECTION OF CHEMICAL INDUSTRY SO2+ OHH2O O2H2SO4(1)
SO2+ O SO3H2OH2SO4(2)
SO2+ HO2HSO4H2SO4(3)
反应器中OH、O、HO2自由基产生数量对SO2
的去除效率有着重要的影响。因此,增大吸收剂量,
有利于去除烟气中的SO2。在工程设计中,根据所
要
求脱硫效率的不同,吸收剂量可控制在4.5～ 9.0
kGy之间。
2.5 烟气温度对SO2脱除效率的影响
试验条件:烟气流量6000 m3/h,反应器入口
SO2质量分数为2000× 10- 6,氨的化学投加计量比
取1.0,吸收剂量为7.5 kGy,考察反应器入口烟气
温度与脱硫率的关系。试验结果如图6所示。反应
器入口烟气温度在较小范围升高时,SO2的脱除效
率略有下降。
图6 反应器入口烟气温度对SO2脱除效率的影响
2.6 烟气含水量对SO2脱除效率的影响
试验条件:烟气流量6000 m3/h,反应器入口
烟气温度57～ 59℃ ,反应器入口SO2质量分数为
1500× 10- 6,氨的化学投加计量比取1.0,吸收剂量
7.5 kGy。试验结果如图7所示。
图7 烟气含水量对SO2脱除效率的影响
由图7可以看出,SO2脱除效率随烟气含水量
的增大而上升。这是因为烟气中的水分子受电子束
激发,产生OH和HO2自由基,对SO2的氧化起着
主要作用。此外,烟气含水量的增大有利于增加液
相反应机率,促进气溶胶的成核、生长,也有利于烟
气中SO2的脱除。
3 结语
中国工程物理研究院环保工程研究中心在绵阳
科学城热电厂电子束烟气脱硫脱硝工业试验装置上
获得的试验结果,已应用于北京京丰热电EA-
FGD示范工程的施工设计,为工程设计的顺利进行
提供了重要依据。今后应深入研究影响氮氧化物脱
除效率的参数,寻求获得高脱硫效率、脱硝效率的最
佳条件。
·247·增刊杨睿戆等.电子束氨法烟气脱硫工艺
电子束氨法烟气脱硫工艺
杨睿戆1,2,吴彦1,任志凌2,陈伟华2,王保健2,毛本将2
(1.大连理工大学电气工程与应用电子技术系,辽宁大连116024;
2.中国工程物理研究院环保工程研究中心,四川绵阳621900)
[摘要]介绍了某热电厂的电子束氨法烟气脱硫脱硝工业试验装置和在该装置上进行的较全
面的工艺研究,确定了影响SO2脱除效率的主要参数,为北京京丰热电EA- FGD工业示范工
程设计提供了重要依据。
[关键词]电子束;烟气;脱硫;氨
[中图分类号] X703 [文献标识码] A [文章编号] 1006- 1878(2004)07- 0245- 03
电子束氨法烟气脱硫脱硝技术(简称EA-
FGD技术)是利用电子束(电子能量为800 keV～ 1
MeV)辐照,将烟气中的SO2和NOx转化成硫酸铵
和硝酸铵的一种脱硫脱硝新工艺。该技术采用的是
烟气降温、增湿、加氨、电子束辐照和副产物收集的
工艺流程。其反应过程为:除尘后的烟气通过烟气
调节塔调节烟气温湿度,然后在反应器中被电子束
辐照,产生大量活性基团,将烟气中的SO2和NOx
氧化为高价态氧化物并生成硫酸和硝酸,最终与注
入反应器的气氨反应,生成硫酸铵和硝酸铵微粒。
中国工程物理研究院环保工程研究中心在EA
- FGD工业试验装置上进行了较全面的工艺研究,
确定了影响SO2脱除效率的主要参数,同时对EA
- FGD技术中的反应机理进行了较深入的研究,现
已将研究成果应用于北京京丰热电EA- FGD工业
示范装置施工设计。
1 EA- FGD工业试验装置简介
EA- FGD工业试验装置位于四川省绵阳市科
学城热电厂,对该厂3000 kW热电联产锅炉部分烟
气进行了处理。其设计参数为:烟气处理量3000～
12000 m3/h;粉尘入口质量浓度300 mg/m3～ 10 g/
m3,粉尘出口质量浓度小于50 mg/m3;氨排放质量
分数浓度小于等于50× 10- 6;反应器入口烟气温
度60～ 100℃ ,烟气相对湿度小于等于100%,NO
质量分数200× 10- 6～ 800× 10- 6,NO脱除率大于
等于70%,SO2浓度300× 10- 6～ 3000× 10- 6,SO2
脱除率大于等于90%。
EA- FGD工业试验装置主要由烟气参数调节
系统、加速器辐照处理系统、氨投加系统、副产物收
集系统和监测控制系统5部分组成(见图1)。
图1 EA- FGD工业试验装置
试验所用烟气由科学城热电厂水膜除尘器前、
后引入,经烟气调节塔降温增湿,并注入氨气,然后
进入电子束辐照反应器进行处理。辐照处理后的烟
气通过副产物收集器除去硫酸铵和硝酸铵颗粒,然
后经引风机和烟囱排入大气。
[收稿日期] 2003- 08- 13;[修订日期] 2003- 09- 05
[作者简介]杨睿戆(1970—),男,四川省洪雅县人,大连理
工大学2001级硕士研究生,工程师,主要从事烟气治理技术
研究与开发工作。
·245·2004年第24卷增刊
化 工
环 保
ENVIRONMENTAL PROTECTION OF CHEMICAL INDUSTRY 为满足试验需要,通过向烟气直接投加SO2和
NO气体来调节SO2和NO浓度。在烟气调节塔前
和副产物收集器后分别设置了烟气参数监控装置,
由总控制室的控制系统统一调控。
2 影响脱硫效率的主要参数
2.1 热化学反应对SO2脱除效率的影响
试验条件:烟气流量为6000 m3/h,反应器入口
烟气温度为57～ 59℃ ,反应器入口SO2质量分数为
2000× 10- 6,氨的化学计量比为1.0,不投加电子
束。试验结果如图2所示。
图2 热化学反应对SO2脱除效率的影响
由图2可知,热化学反应对SO2总脱除率的贡献
较大,扣除漏风等因素,热化学反应对SO2总脱除率
的贡献约为50%～ 80%。随着氨化学计量比的增加,
SO2的脱除效率还将进一步提高。对所获副产物进
行的成分分析表明,亚硫酸铵占了相当比例。
2.2 不加氨时吸收剂量对SO2脱除效率的影响
试验条件:烟气流量为5100 m3/h,反应器入口
烟气温度为60～ 65℃ ,反应器入口SO2质量分数为
1500× 10- 6,向反应器注入电子束能量,不投加氨
气,改变电子加速器输出束流,考察吸收剂量对SO2
脱除效率的影响。试验结果如图3所示。
图3 吸收剂量对SO2脱除效率的影响
对比2.1和2.2的试验结果可知,热化学反应
对SO2脱除效率的贡献大于辐射诱导化学反应的
贡献。
2.3 SO2脱除效率与氨投加计量的关系
试验条件:烟气流量为6000 m3/h,反应器入口
烟气温度为60～ 65℃ ,反应器入口SO2质量分数为
2000× 10- 6,吸收剂量为7.5 kGy时,改变氨投加化
学计量比。试验结果如图4所示。
图4 氨投加化学计量比对SO2脱除效率的影响
由图4可知,当吸收剂量一定时,氨投加量对
SO2脱除效率影响较大。氨与SO2既能直接发生热
化学反应生成亚硫酸盐,又能与SO2被氧化后生成
的硫酸反应。因此,SO2的脱除效率随氨投加化学
计量的增大而上升。
2.4 加氨时吸收剂量对SO2脱除效率的影响
试验条件:烟气流量为6000 m3/h,反应器入口
烟气温度为57～ 59℃ ,反应器入口SO2质量分数为
2000× 10- 6,氨的化学投加计量比取1.0,向反应器
注入电子束能量。试验结果如图5所示。
图5 加氨条件下吸收剂量对SO2脱除效率的影响
SO2的脱除效率受吸收剂量的影响,是因为电子
束同烟气中主要成分作用,产生了大量OH、O、HO2
自由基,与SO2发生了如下的辐射诱导化学反应:
·246· 2004年第24卷
化 工 环 保
ENVIRONMENTAL PROTECTION OF CHEMICAL INDUSTRY SO2+ OHH2O O2H2SO4(1)
SO2+ O SO3H2OH2SO4(2)
SO2+ HO2HSO4H2SO4(3)
反应器中OH、O、HO2自由基产生数量对SO2
的去除效率有着重要的影响。因此,增大吸收剂量,
有利于去除烟气中的SO2。在工程设计中,根据所
要
求脱硫效率的不同,吸收剂量可控制在4.5～ 9.0
kGy之间。
2.5 烟气温度对SO2脱除效率的影响
试验条件:烟气流量6000 m3/h,反应器入口
SO2质量分数为2000× 10- 6,氨的化学投加计量比
取1.0,吸收剂量为7.5 kGy,考察反应器入口烟气
温度与脱硫率的关系。试验结果如图6所示。反应
器入口烟气温度在较小范围升高时,SO2的脱除效
率略有下降。
图6 反应器入口烟气温度对SO2脱除效率的影响
2.6 烟气含水量对SO2脱除效率的影响
试验条件:烟气流量6000 m3/h,反应器入口
烟气温度57～ 59℃ ,反应器入口SO2质量分数为
1500× 10- 6,氨的化学投加计量比取1.0,吸收剂量
7.5 kGy。试验结果如图7所示。
图7 烟气含水量对SO2脱除效率的影响
由图7可以看出,SO2脱除效率随烟气含水量
的增大而上升。这是因为烟气中的水分子受电子束
激发,产生OH和HO2自由基,对SO2的氧化起着
主要作用。此外,烟气含水量的增大有利于增加液
相反应机率,促进气溶胶的成核、生长,也有利于烟
气中SO2的脱除。
3 结语
中国工程物理研究院环保工程研究中心在绵阳
科学城热电厂电子束烟气脱硫脱硝工业试验装置上
获得的试验结果,已应用于北京京丰热电EA-
FGD示范工程的施工设计,为工程设计的顺利进行
提供了重要依据。今后应深入研究影响氮氧化物脱
除效率的参数,寻求获得高脱硫效率、脱硝效率的最
佳条件。
·247·增刊杨睿戆等.电子束氨法烟气脱硫工艺