超声波雾化脱硫除尘一体化废气净化技术的研发与应用

王楠

摘要:针对企业烧结烟气的超洁净排放要求，分析烧结烟气脱硫除尘中遇到的难题，提出了旋流雾化脱硫除尘一体化技术。并展开研究。

关键词:超声波雾化技术;脱硫;除尘;脱硝;一体化;吸收剂再生

引言

我国是世界第一大煤炭生产和消费国，据《中国统计年鉴2016》显示，2015年我国能源总产量为3.62×105万t标准煤，其中原煤产量占72.1%，消费量为64%大量煤炭的粗放利用已造成了严重的环境问题，其中以SO2最为突出，我国SO2排放量已居世界第二位。目前，国内外处理废气方法是分别进行脱硫、脱硝、除尘3个处理过程，独立的脱除设备占地面积大，运行维护成本较高，既浪费土地资源，又增加了企业的生产成本。我国脱硫技术与脱硝技术发展不均衡，虽然脱硫技术起步较早，但仍存在诸多问题，从而造成烟气净化不完全，净化后的硫、硝浓度仍然较高。

1.吸附剂的研究

1.1高效复合吸收剂的研发

自主研发了一种具有较高脱硫率附带一定脱硝效果并可再生的新型高效复合吸收剂(简称吸收剂)，由多种物质复合而成，主要成分为Na、Mg、Al等金属化合物，

1.2吸收剂脱硫原理有3种机理在吸收剂脱硫过程起作用

1.2.1酸碱反应机理

最初进入脱除装置的废气中SO2含量较高，首先发生吸收反应，绝大部分SO2被吸收剂吸收。废气经吸收反应后，SO2与吸收剂中的碱性组分反应。脱除反应如下:

1.2.2SO2催化氧化SO3脱除原理

吸收反应后剩余的SO2浓度较低，难溶于水，根据双膜理论，需要引入新的脱除方式对剩余SO2进行进一步处理。复合吸收剂中的催化剂经超声波雾化后形成微小液滴，在超声波的热能作用下，反应载体温度迅速提高，提供SO2氧化成SO3所需的热量，进而氧化低浓度SO2。SO3极易溶于水，研究表明，

温度超过200℃，烟气中存在8%左右的水分时，99%的SO3转化为硫酸蒸汽，当烟气温度低于硫酸蒸汽的露点温度时，硫酸蒸汽冷凝形成硫酸液滴。SO3溶于水得到的H2SO4液滴与吸收剂中的碱性吸收组分进行更充分的中和反应生成无害稳定的硫酸盐溶液。SO3也可直接与碱性组分反应生成稳定的硫酸盐，从而进一步提高SO2脱除效率。脱除反应如下:

1.2.3化学吸附脱除原理

复合吸收剂的组成组分除了通过酸碱反应和催化氧化反应，将废气中的SO2脱除掉以外，复合吸收剂还含有金属氧化物成分。当废气中的SO2与吸收剂中的金属氧化物接触时，由于金属氧化物表面的力场不均匀，其表面原子仍有成键能力，所以二者碰撞时会发生电子的交换、转移或共有，形成吸附化学键的吸附作用。化学吸附有别于单纯依靠范德华力的物理吸附，SO2气体分子与金属氧化物固体分子拥有共用电子，形成共价键或配位键，吸附所涉及的力与化学键的力相当，远强于范德华力，同时化学吸附还具有选择性和对温度和压力有不可逆性，形成较为稳定的含硫配位物，实现脱除SO2的最终目的。

1.3吸收剂脱硝原理(附带效果)

烟气中的氮氧化物为一氧化氮，脱除氮氧化物的关键是如何使其转化为水溶物。其反应原理如下:

NO(g)→NOdiss(NO的溶解形式)

NOdiss→NOhyd(NO的水解形式)

1.4吸收剂除尘原理

吸收剂利用超声波雾化装置将其与压缩空气混合为抑尘介质，抑尘过程为:在雾化器的共振腔与出口处由于聚能而产生了超声场，吸附剂在超声场与超声波的机械效应、热效应、声空化等效应的共同作用下，迅速高度雾化，“爆炸”成千百万个5～10μm的微小液滴。根据空气动力学、云物理学、斯蒂芬流的输送机理，这些致密的液滴与烟气中的粉尘碰撞后，迅速发生捕集和凝聚，从而到达除尘的目的。

1.5吸收剂的再生原理

吸收硫氧化物后的残液，可以通过投加特定的絮凝剂制成循环药液进行回收利用。在特定絮凝剂的作用下，循环药液中的SO2、NOx反应生成相应的硫酸盐和硝酸盐。向此时的循环药液中添加高效优质石灰乳，进行药液的再生反应，反应过程中溶解在药液中的酸性污染物生成不溶于水的硫酸钙和亚硫酸钙等，药液重新获得脱硫性能。再生过程如下:

药液中再生反应的副产物硫酸钙、亚硫酸钙及烟尘等物质以污泥的形式分离出来。经过浓缩压滤得到压滤污泥，污泥可用作生产高标号优质水泥的熟料原料，实现循环经济之目标。

2.超声波雾化技术的研究

2.1超声波雾化的原理

超声波由一系列疏密相间的纵波构成，通过介质向四周传播。一定强度的超声波在介质中传播，会产生力学、热学、光学、电学和化学等效应。超声波作用于物质时，可归结为机械、空化、热能作用。其中，“超声空化”现象即超声波雾化技术是液体中微小泡核在超声波作用下被激活，表现为泡核的振荡、生长、收缩及崩溃等一系列动力学过程。超声波可以为烟气吸收净化脱硫反应提供能量，并通过其他物理效应加速脱硫的化学反应。超声波的雾化机理中有两个因素共同作用:一是高频、高振幅的超声波本身将高的声波压力作用在液体上，通过空化作用使其雾化;二是液体在高频振动气流剧烈的湍流脉动作用下将液膜拉成液丝，先碎裂成较大的液滴，随后在气动力作用下雾化成微小液滴。。

超声波作用在液相上的压力变化为:Pa=PAsinω·t(1)式中:PA为微超声波压力Pa;Pa为超声波作用在液相的压力，Pa;ω为超声波角频率。超声波作用产生的小液滴的最小和最大半径1—开始产生声波;2—出现大振幅;3—生成大直径液滴;4—a液滴分裂b结合c液滴雾化。

结语：

本工艺采用自主研发的钠基可再生吸收剂作为脱硫介质，基本解决了工业废气SO2、烟尘、NOx同步脱除问题。首套系统在某厂实际应用中脱硫率达到96%以上，可确保净烟气SO2浓度＜35mg/m3，同步除尘率达到80%以上，氮氧化物去除率最高可达50%。

独立设计研发了超声波废气一体化净化系统，独创性地将超声波雾化装置引入工业废气净化中，经技术优化和设备升级，形成了完善、独特的工业废气超声波净化处理系统，可以较广泛地适用不同工业废气处理需求。

参考文献：

[1]顾莉娟.高效脱硫协同除尘技术的应用[J].中国资源综合利用,2018,36(07):125-127+130.

[2]温卿云,谢倩,杨西茜,何永胜.燃煤电厂脱硫除尘超低排放改造措施探讨[J].环保科技,2017,23(05):6-10.