电子束辐照烟气脱硫脱硝技术及模型模拟

电子束辐照烟气脱硫脱硝技术及模型模拟

任志凌,杨睿戆,毛本将

(中国工程物理研究院环保工程研究中心,四川绵阳621900)

摘要:对电子束辐照烟气脱硫脱硝技术进行了简要介绍,同时对影响脱硫效率、脱硝效率的主要因素进行了分析,并利用相应软件对反应器中吸收剂量的分布进行了模拟。关键词:电子束;脱硫;脱硝;模拟中图分类号:X701.3文献标识码:A

文章编号:1006-8759(2006)06-0024-02

ELECTRON BEAM IRRADIATION FLUE GAS DESULFURIZATION

DENITRATION TECHNOLOGY AND MODEL SIMULATION

REN Zhi-ling,YANG Rui-zhuang,MAO Ben-jiang

(Institute of Environm ental Protection Engineering,China Academ y of Engineering Physics ,

Mian y an g 621900,China)Abstract:Electron beam irradiation flue gas desulfurization and denitration technology is introduced in this p a p er.I nfluence factors of desulfurization and denitration efficienc y are anal y sed.And ab sorbed dose distributin g in reactor is simulated.

Keywords:electron beam;desulfurization;denitration;simulation

1概述

电子束辐照烟气脱硫脱硝技术(Electron

Beam Process,简称EBP 技术)是一种干法脱硫技术[1]

。其主要优点有:可同时脱除烟气中二氧化硫和氮氧化物;对烟气条件的变化有较好的适应性和负荷跟踪性;副产品为硫酸铵和硝酸铵的混合物,可作为肥料用于农业生产。该技术实现了氮硫资源的综合利用和自然生态循环,是一种较有前景的资源化烟气脱硫脱硝技术。该技术采取烟气降温增湿、加氨、电子束辐照和副产物收集等工艺流程。整个反应过程为除尘净化后的烟气通过冷却塔调节烟气的温度和湿度

(降低温度、增加含水量),然后流经反应器。在反应器中,烟气被电子束辐照产生多种活性基团,这些活性基团氧化烟气中的SO 2和NO x ,形成相应的酸。最后,硫酸和硝酸与在反应器入口烟气上游喷入的氨反应,生成硫酸铵和硝酸铵微粒并被副产物收集器收集。其工艺流程如图1所示。

2反应机理分析及影响脱除效率的主要因素确定

收稿日期:2006-07-18

基金项目:中国工程物理研究院科学技术基金面上资助项目(20030550)

第一作者简介;任志凌(1974-),男,重庆市万州人,环境工程硕士,工程师,主要从事环境污染治理技术及工程应用的研究。

试验研究

能源环境保护

Energy Environmental Protection

Vol.20,No.6Dec.,2006

第20卷第6期2006年12

月

SO2去除的主要途径为热化学反应和辐射化学反应[2,3]。SO2与OH自由基的反应对SO2去除起着极其重要的作用,反应的速率常数取决于温度、压力和烟气中的水含量。液滴和固体粒子表面的异相反应对SO2的氧化有着特殊意义,液相中的链反应可导致SO2脱除中的能量消耗发生有

意义的减少。热化学反应对SO2脱除的贡献主要表现为SO2反应生成(NH4)2SO4的途径可分为先氧化再成盐与先成盐再氧化两种,用反应式表示为:

SO2 SO3 H2SO4 (NH4)2SO4(1) SO2 H2O H2SO3 (NH4)2SO3 (NH4)2SO4(2)脱硫反应的主要途径如图2所示。

通过大量试验,确定了影响SO2脱除效率的主要因素。试验条件为:烟气流量为5000~8000 Nm3/h,反应器入口烟气温度为57~75 ,反应器入口SO2浓度为1300~2000pp m,烟气水含量为5%~12%,NH3投加量采用NH3对SO2的化学计量比来表示,800keV电子加速器的主要参数为:电子能量范围500~800keV;最大电子束流为45 m A。得出影响SO2脱除效率的主要因素为:氨气投加化学计量比(f N H3)、反应器入口烟气温度(T0)、反应器入口烟气相对湿度( 0)、吸收剂量(dose)。通过对试验结果分析,在这些影响因素中,影响作用大小排序为:f N H3>dose>T0和 0,T0和 0两个因素是紧密相关的。

同SO2的去除机理相比较,NO X的去除机理要复杂得多。反应中的O、OH、HO2、N、NH、NH2等自由基是电子束辐照烟气中的O2、H2O、N2、NH3产生。同SO2的去除不同的是,自由基反应为NO X去除的主要反应途径。另外,反应过程中不但生成了希望的NO2和HNO3,还生成了不希望的N2O、NO3、N2O5、N2O4等氮的不同价态的氧化物。此外,还存在O、HO2还原NO2生成NO的反应,这是O、OH氧化NO 生成NO2主要反应的逆反应,因此要获得相同的去除率,处理NO X所需的吸收剂量高于处理SO2所需的吸收剂量。脱硝反应的主要途径如图3所示。

通过大量试验(氮氧化物初始浓度为268~1 070mg/Nm3)得出影响NO X脱除效率的主要因素为:吸收剂量(dose)、氨气投加化学计量比(f N H3)、反应器入口烟气相对湿度( 0)、氮氧化物初始浓度([NOX]0)。在这些影响因素中,影响作用大小排序为:dose>f NH3> 0>[NO X]0。

3反应器中吸收剂量的模拟模型

E BP技术中反应器为脱硫脱硝反应进行的主要场所,将电子束的能量尽可能多地投加到反应器中是至关重要的,这就要求反应器具有同电子束能量、注入方式匹配的形状及尺寸。采用模拟计算并建立相应模型,为反应器设计的确定提供了依据[4]。

利用EGSnrc程序,采用蒙特卡罗方法通过对电子束在烟气中剂量分布和径迹分布的研究,确定反应器的形状和尺寸。计算电子束在烟气中的深度剂量曲线、计算不同烟气体积元中的剂量占注入总能量的百分比、计算不同深度处的剂量分布、计算电子在烟气中的径迹等。通过上述不同途径分析反应器在平面和深度方向上的尺寸和形状。计算时使用的几何模型如图4示,坐标系的原点选在第一层钛箔,即电子加速器扫描盒出射窗的上表面。烟气体元的尺寸分别为d X、d Y、d Z,烟气中某点的深度用D Z表示,单位均为cm。计算时选定的电子入射能量为0.6 MeV、0.8MeV、1.0MeV、1.2MeV和1.5MeV。电子束输运装置选用典型参数,分别为:空气层厚度115 mm,两层钛箔厚度相同,皆为50 m。计算时,设定电子束单束垂直入射进入烟气。

(下转第28页)

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