1.Sfondo
Con la crescente attenzione del Paese al lavoro di tutela ambientale, per il principale inquinante atmosferico S02e l'industria chiave delle emissioni - centrali termoelettriche, secondo le normative ambientali, è necessario installare dispositivi di desolforazione dei fumi. Negli ultimi anni sono stati messi in funzione un gran numero di dispositivi di desolforazione e la stragrande maggioranza dei processi di desolforazione utilizza la tecnologia di desolforazione umida del gesso calcareo. Per molte centrali elettriche costiere, rispetto alla tecnologia di desolforazione a umido del calcare, il processo di desolforazione dell'acqua di mare presenta evidenti vantaggi come elevata efficienza di desolforazione, bassi costi operativi, bassi investimenti, sistema semplice e affidabile, senza additivi e senza sottoprodotti. L’adozione della desolforazione dell’acqua di mare sarà una buona scelta per le centrali elettriche costiere. Pertanto, esiste una domanda diffusa per la tecnologia di desolforazione dell’acqua di mare nelle centrali elettriche costiere in Cina. Tuttavia, al momento, la tecnologia di desolforazione dell'acqua di mare è completamente monopolizzata da società straniere e gli elevati costi di introduzione della tecnologia e le tariffe post-servizio hanno costituito un grande ostacolo per le società di desolforazione nazionali nell'adottare la tecnologia di desolforazione dell'acqua di mare, rendendo impossibile questo processo di desolforazione con evidenti vantaggi in termini di costi. per essere ampiamente applicato nelle centrali elettriche costiere, aumentando notevolmente i costi di desolforazione e riduzione delle emissioni nelle centrali termoelettriche. Allo stesso tempo, i progetti di desolforazione dell’acqua di mare che sono stati messi in funzione hanno generalmente indicatori tecnici bassi, con tassi di desolforazione intorno al 90% e valori di pH di drenaggio generalmente inferiori a 6,5, che non possono soddisfare i requisiti delle normative cinesi per le emissioni di desolforazione. Pertanto, è imperativo sviluppare processi di desolforazione dell’acqua di mare indipendenti.piastre rivestite in titanio per l'energia termicasono ampiamente utilizzati nella tecnologia di desolforazione dei gas di scarico dell'acqua di mare.
2.La necessità della desolforazione dei fumi nelle centrali elettriche
Secondo gli "Standard sulle emissioni degli inquinanti atmosferici delle centrali termoelettriche" (GB13223-1996), vengono proposti diversi requisiti di controllo per il biossido di zolfo nelle centrali termoelettriche in diversi periodi di tempo. Per le centrali termoelettriche nuove, ampliate e ristrutturate (terzo periodo) i cui rapporti di impatto ambientale sono in attesa di revisione e approvazione dal 1° gennaio 1997, sulla base dell'attuazione del controllo totale delle emissioni per l'intero impianto, sono previste restrizioni sulla concentrazione delle emissioni di anidride solforosa nei camini stati aggiunti e collegati alle "due zone di controllo" e al contenuto di zolfo del carbone. Per il carbone con un contenuto di zolfo superiore al 10%, la concentrazione massima di emissioni consentita è 1.200 mg/Nm, mentre per il carbone con un contenuto di zolfo inferiore o uguale all'1% è 2.100 mg/Nm. Le centrali elettriche situate nelle "due zone di controllo" sono tenute a desolforare il carbone con un contenuto di zolfo superiore all'1%, altrimenti non possono soddisfare gli standard di emissione. Per le centrali elettriche con contenuto di zolfo del carbone inferiore all’1%, la desolforazione dovrebbe essere determinata attraverso una valutazione di impatto ambientale basata sulle emissioni totali consentite e sui limiti di controllo regionali della centrale elettrica, nonché sui requisiti locali di qualità ambientale.
Il controllo delle emissioni di SO delle centrali elettriche a carbone è attualmente il compito più urgente nel campo del controllo dell’inquinamento atmosferico in Cina. La costruzione di impianti di desolforazione dei gas di combustione nelle centrali elettriche a carbone sarà un obiettivo chiave della prevenzione e del controllo dell’inquinamento atmosferico e una misura importante per costruire una società rispettosa dell’ambiente e del risparmio delle risorse. Lo sviluppo e l’applicazione attiva di una tecnologia avanzata di desolforazione dei gas di scarico costituirà un’importante garanzia per garantire la riduzione di SO2 e delle emissioni. L'argomento proposto in questa tesi di master: la tecnologia di desolforazione dell'acqua di mare pura è una nuova tecnologia e pratica ingegneristica per la desolforazione dei gas di combustione nelle centrali elettriche a carbone.
3. Ricerca e stato applicativo della tecnologia di desolforazione dei fumi nelle centrali elettriche a carbone
La prima tecnologia di desolforazione delle centrali elettriche alimentate a carbone, FLUE GASDESULPHRIZATION (FGD), ha avuto origine nel Regno Unito. Nel 1927, il paese adottò per la prima volta la tecnologia di desolforazione del calcare nelle centrali elettriche di Butterworth e Banziside (per un totale di 120 MW) sulle rive del Tamigi.
4. Stato della ricerca sulla tecnologia di desolforazione dei gas di combustione dell'acqua di mare
La tecnologia di desolforazione dei gas di scarico dell'acqua di mare è un tipo di tecnologia di desolforazione dei gas di combustione a umido, adatta per centrali elettriche costruite sulla costa e raffreddate dall'acqua di mare. Grazie all'uso dell'acqua di raffreddamento della centrale elettrica come desolforatore nel processo di desolforazione dell'acqua di mare, non vengono generati rifiuti e il funzionamento del sistema è affidabile. Rispetto ad altri processi di desolforazione dei gas di combustione a umido, ha costi operativi molto bassi, grazie all'utilizzo dipiastre rivestite in titanio per l'energia termica. Attualmente, circa il 30% delle centrali elettriche a carbone nel mondo sono costruite sulla costa, il che promuove notevolmente lo sviluppo della tecnologia di desolforazione dell’acqua di mare.
Oggi, la desolforazione dei gas di scarico dell'acqua di mare ha una storia di oltre 40 anni. Già negli anni ’60, l’Università della California, Berkeley, negli Stati Uniti, condusse ricerche sul meccanismo del processo di desolforazione dei gas di combustione dell’acqua di mare. I dispositivi di desolforazione dei gas di scarico dell'acqua di mare furono inizialmente ampiamente utilizzati come strutture di supporto per le industrie non alimentate a carbone come le raffinerie di alluminio e le raffinerie di petrolio. Decine di dispositivi per la desolforazione dei gas di scarico dell'acqua di mare sono stati messi in funzione in Norvegia, Regno Unito, Paesi Bassi, Spagna, Cipro e altri paesi europei. Tuttavia, l’applicazione della tecnologia di desolforazione dei gas di combustione dell’acqua di mare nelle centrali elettriche costiere è ancora relativamente limitata, ed è ancora agli inizi in Cina. Entrate in funzione in Cina le unità di desolforazione dei gas di scarico dell'acqua di mare.
5. Analisi teorica del processo di purificazione per assorbimento di SO2
Teoria della doppia membrana
Il processo di desolforazione dell'acqua di mare è un processo fisico e chimico e il suo trasferimento di massa si basa sulla teoria della purificazione per assorbimento - la "teoria della doppia membrana". La sua argomentazione di base è che l'assorbimento del gas è il processo di assorbimento delle sostanze nella fase gassosa che vengono trasferite tra le fasi alla fase liquida. Quando gas e liquido entrano in contatto tra loro, anche se c'è turbolenza nel corpo del fluido, ci sono ancora strati stabili di ristagno di gas (pellicola di gas) e strati di ristagno di liquido (pellicola di liquido) su entrambi i lati del gas-liquido fase. Il processo di assorbimento prevede che le molecole assorbenti si spostino dal corpo in fase gassosa alla superficie del film di gas, quindi si diffondano attraverso il film di gas per raggiungere l'interfaccia della fase gas-liquido. All'interfaccia, le molecole assorbenti si dissolvono nella fase liquida e quindi si diffondono nel corpo della fase liquida attraverso la pellicola liquida in modo di diffusione molecolare dall'interfaccia della fase liquida.
Equilibrio di assorbimento fisico
Quando una miscela di gas entra in contatto con un assorbente, il trasferimento di massa dei componenti assorbibili dalla fase gassosa alla fase liquida è chiamato processo di assorbimento. Durante il processo di assorbimento avviene anche un processo di trasferimento di massa in cui i componenti assorbiti nella fase liquida fuoriescono nella fase gassosa, noto come processo di desorbimento. Ad una certa temperatura e pressione, la velocità del processo di assorbimento e quella del processo di desorbimento alla fine saranno uguali e il trasferimento di massa tra le fasi gassosa e liquida raggiungerà l'equilibrio dinamico. A questo punto, il contenuto di soluto del gas nella fase liquida è la solubilità del gas. La solubilità dei gas è correlata alle proprietà dei gas e dei solventi. Un aumento della solubilità, della pressione o della temperatura del solvente aumenterà la solubilità dei soluti. La solubilità del gas è il numero di chilogrammi di gas disciolto per 100 kg di acqua. Quando si utilizza l'acqua come assorbente, la SO è un gas moderatamente disciolto.
Equilibrio gas-liquido con reazioni chimiche
Sia l'assorbimento fisico che l'assorbimento chimico sono influenzati dalla velocità di diffusione della fase gassosa (o resistenza del film di gas) e dalla velocità di diffusione della fase liquida o resistenza del film liquido. In ingegneria, è comunemente usato per aumentare il disturbo delle fasi gas-liquido per eliminare la resistenza tra il film di gas e il film di liquido. Nella desolforazione dei gas di combustione, una grande quantità di gas di combustione contenente una bassa concentrazione di S0 deve essere purificata continuamente in un istante. Se si utilizza il solo assorbimento fisico, la sua efficienza di purificazione è molto bassa ed è difficile soddisfare gli standard di emissione di SO. Pertanto, il metodo di assorbimento chimico è ampiamente utilizzato nella tecnologia di desolforazione dei gas di scarico. L'uso del metodo di assorbimento chimico per la desolforazione dei gas di combustione è tecnicamente maturo, con una ricca esperienza operativa e una forte praticità, ed è diventata la tecnologia di desolforazione dei gas di combustione più utilizzata e diffusa. Anche il processo di desolforazione dell'acqua di mare si basa sull'assorbimento chimico.
L'assorbimento chimico è composto da due processi: assorbimento fisico e reazione chimica. Nel processo di assorbimento fisico, il gas assorbito si dissolve nella fase liquida. Quando il gas-liquido raggiunge l'equilibrio di fase, la concentrazione di equilibrio del gas assorbito è il limite del processo di assorbimento fisico. I componenti attivi nel gas assorbito subiscono reazioni chimiche e quando la reazione chimica raggiunge l'equilibrio, il consumo del gas assorbito è il limite del processo di assorbimento chimico. Nelle applicazioni ingegneristiche pratiche, come la tecnologia di desolforazione dell'acqua di mare, il processo di purificazione degli inquinanti gassosi adotta solitamente il metodo di assorbimento chimico. In questo momento, la quantità totale disciolta di inquinanti gassosi è composta dall'assorbimento fisico della fase liquida e dal consumo chimico.
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