微波连续加热吸收剂处理烧结低浓度烟气的研究

关键词：微波；处理；烟气

中图分类号：X756 文献标识码：A 文章编号：0449—749X(2008)08—0086—03

微波处理烟气作为一项崭新的技术，与传统烟气处理技术相比具有烟气净化效率高、工艺和装置简单、成本和运行费用低廉、无二次污染等优点^[1~4]。烧结过程中产生的SO₂和NO_x烟气浓度较低，处理起来较为困难，微波加热吸收剂可以处理低浓度SO₂和NO_x烧结烟气^[5]。本文主要研究微波连续加热吸收剂处理烧结低浓度烟气中各实验条件对硫、氮脱除率的影响以及吸收剂在微波加热下脱硫、脱氮的机理分析。

1 实验方法

实验中所用的吸收剂是用精炼炉渣和粉煤灰制成的。精炼炉渣和粉煤灰按照一定比例混合，混合后加水搅拌，利用造球机造成不同粒径的粒状固体，即制成吸收剂。实验装置主要由烟气系统、流速控制仪、烟气分析仪、微波炉等组成，如图1所示。在连续施加微波的情况下，烟气系统产生的低浓度SO₂和NO_x烟气与微波炉内吸收剂发生反应，达到处理目的。通过烟气分析仪测量人口和出口SO₂和NO_x浓度，确定脱硫、脱氮率。

2 实验因素分析

这里选择了气体流量、微波功率、精炼炉渣和粉煤灰的配比、吸收剂粒径、吸收剂质量、烟气含水量作为影响SO₂和NO_x脱除率的因素。

2．1气体流量对脱除率的影响

实验条件为微波功率396 W，精炼渣、粉煤灰的质量比2：1，吸收剂质量0．5 kg，吸收剂粒径4～8mm，烟气含水量1．5 g／m。，通过改变气体流量，研

究气体流量对脱硫、脱氮率的影响。实验结果如图2所示。当气体流量<0．13 L／h时，SO₂和NO_x的脱除率较高。随着气体流量逐渐增加，SO₂和NO_x脱除率逐渐降低。这是由于当气体流量较低时，气体在吸收剂料层停留时间较长，与吸收剂接触充分，SO₂和NO_x与吸收剂反应比较完全，脱除率高。相反当气体流量较高时，烟气在吸收剂料层中停留时间变短，使得烟气的脱除率降低。

2．2微波功率对脱除率的影响

实验条件为气体流量0．13 L／h，精炼渣、粉煤灰的质量比2：1，吸收剂质量0．5 kg，吸收剂粒径4～8 mm，烟气含水量1．5 g／m³。通过改变微波功率，研究微波功率对脱硫、脱氮率的影响。实验结果如图3所示。随着微波功率的增加，SO₂和NO_x的脱除率逐渐增加。这是由于在相同实验条件下，微波功率越大，单位质量的吸收剂吸收的微波越多，使得吸收剂的比表面积增大，有利于吸收SO₂和NO_x。但是当微波功率增至528 W时，SO₂和NO_x的脱除率反而下降，其原因可能是微波功率达到528 W时，烟气吸收剂已经熔化，吸附SO₂和NO_x的能力下降，因此脱除率降低。

2．3精炼渣、粉煤灰配比对脱除率的影响

实验条件为气体流量0．13 L／h，微波功率396W，吸收剂质量0．5 kg，吸收剂粒径4～8 mm，烟气含水量1．5 g／m.³。通过改变精炼渣、粉煤灰的质量配比，研究其对脱硫、脱氮率的影响。实验结果如图4所示。随着精炼炉渣所占比例的增加，脱除率也随之增加，这是由于精炼炉渣的比重增大时，吸收剂中CaO的含量也相应增加，因此对SO₂和NO_x的吸收能力增强，使脱除率增加。当精炼炉渣和粉煤灰的质量比达到2：1以后，SO₂和NO_x的脱除率变化不大。

2．4 吸收剂粒径对脱除率的影响

实验条件为气体流量0．13 L／h，微波功率396W，吸收剂质量0．5 kg，精炼渣、粉煤灰的质量比2：1，烟气含水量1．5 g／m³。通过改变吸收剂粒径，研究吸收剂粒径对脱硫、脱氮率的影响。实验结果如图5所示。由图可以看出，当粒径小于4 mm和粒径在4～8 mm时，脱除率变化不大。原因在于当质量一定的情况下，粒径越小，吸收剂总的表面积会越大，但是吸收剂的粒度越小，透气性会越差，气体不能与吸收剂充分接触。当粒径在4～8 mm时，虽然表面积相应减少了，但是吸收剂的透气性会变好，与气体发生反应的有效面积与粒径小于4 mm时相差不多，因此脱除率变化不大。当粒径>8 mm时，与气体接触并发生反应的吸收剂表面积会明显少很多，因此脱除率会降低。

2．5 吸收剂质量对脱除率的影响

实验条件为气体流量0．13 L／h，微波功率396W，精炼渣、粉煤灰的质量比2：1，吸收剂粒径4～8mm，烟气含水量1．5 g／m³。通过改变吸收剂质量，研究吸收剂质量对脱硫、脱氮率的影响。实验结果如图6所示。随着吸收剂质量的增加，气体的脱除率升高，但是提高的幅度不大。原因在于虽然吸收剂质量增加，但受反应器容积的制约，气体与吸收剂表面接触面积并没有大幅度地提高，因此脱除率的提高并不明显。

2．6烟气含水量对脱除率的影响

实验条件为气体流量0．13 L／h，微波功率396W，精炼渣、粉煤灰的质量比2：1，吸收剂粒径4～8mm，吸收剂质量0．5 kg。通过改变烟气含水量，研究烟气含水量对脱硫、脱氮率的影响，实验结果如图7所示。随着烟气含水量的增加，SO₂和NO_x的脱除率逐渐增加。这是由于随着烟气含水量的提高，烟气中的酸性气体与水分子充分反应并形成酸性物质，酸性物质和吸收剂中的氢氧化钙反应形成盐类物质。当烟气含水量达到1．5 g／m。后脱硫、脱氮率趋于平稳。

2．7反应温度对脱除率的影响

实验条件为气体流量0．13 L／h，精炼渣、粉煤灰的质量比2：1，吸收剂粒径4～8 mm，烟气含水量1．5 g／m³。通过改变反应温度，研究反应温度对脱硫、脱氮率的影响。实验结果如图8所示。在相同实验条件下，随着反应温度的提高，SO₂和NO_x的脱除率逐渐增加。这是由于反应温度的提高，促进了SO₂和NO_x与吸收剂的化学反应，因而脱除率逐渐增加。但温度达到700℃后，SO₂和NO_x的脱除率反而下降，其原因可能是当反应温度达到700℃以上时，吸收剂开始熔化，阻碍了SO₂和NO。与吸收剂的化学反应，吸附SO₂和NO_x能力下降，使脱除率下降。

3 机理分析

首先粉煤灰是经过高温煅烧的，本身为多孔的物质。在微波加热过程中，粒状吸收剂的水气化，使粒状吸收剂内形成较大的空隙率和比表面积，这将更有利于吸收剂脱硫脱氮；其次烟气中除SO₂和NO_x外，还有大量的N。、H₂O、CO₂和O₂，这些物质能被5～20 eV之间的电子能电离和激发，形成活性基^[5]。微波这种高频电磁波具有高能性，可激发和电离N₂、H₂O、CO₂、O₂，形成·OH、·O₂ H、N·、O·、H·活性基和自由电子。 ·OH、·O₂H、O·又与SO₂和NO_x反应生成SO₂和NO_x。烟气进入吸收剂层后，其中的三氧化硫、二氧化硫、氮氧化物和水分子通过微孔进入吸收剂内部，被吸附在吸收剂的内表面上，被吸附在吸收剂内外表面上的三氧化硫、．二氧化硫、氮氧化物与水分子发生化学反应生成硫酸、亚硫酸、亚硝酸，硫酸、亚硫酸和亚硝酸与粒状吸收剂中的氢氧化钙发生化学反应，生成硫酸钙、亚硫酸钙和亚硝酸钙，亚硫酸钙逐步被氧化成硫酸钙。最终反应产物为硫酸钙和亚硝酸钙。

4 结论

(1)通过实验可以看出，在一定范围内，较高的微波功率、较低的气体流量和较小的粒径吸收剂有较高的脱硫、脱氮率。

(2)分析了吸收剂在微波加热下脱硫、脱氮的机理，认为吸收剂在微波加热下可以形成较大的比表面积，有利于脱硫、脱氮。