1.Contexte
Avec l'attention croissante du pays aux travaux de protection de l'environnement, pour le principal polluant atmosphérique S02et l'industrie clé des émissions - les centrales thermiques, conformément aux réglementations environnementales, il est nécessaire d'installer des dispositifs de désulfuration des gaz de combustion. Ces dernières années, un grand nombre de dispositifs de désulfuration ont été mis en service et la grande majorité des processus de désulfuration utilisent la technologie de désulfuration humide du gypse calcaire. Pour de nombreuses centrales électriques côtières, par rapport à la technologie de désulfuration humide du calcaire, le processus de désulfuration de l'eau de mer présente des avantages évidents tels qu'une efficacité de désulfuration élevée, de faibles coûts d'exploitation, un faible investissement, un système simple et fiable, sans additifs et sans sous-produits. L'adoption de la désulfuration de l'eau de mer sera un bon choix pour les centrales électriques côtières. Par conséquent, il existe une demande généralisée pour la technologie de désulfuration de l’eau de mer dans les centrales électriques côtières en Chine. Cependant, à l'heure actuelle, la technologie de désulfuration de l'eau de mer est entièrement monopolisée par des sociétés étrangères, et le coût élevé de l'introduction de la technologie et les frais post-service ont constitué un obstacle majeur pour les entreprises de désulfuration nationales qui souhaitent adopter la technologie de désulfuration de l'eau de mer, rendant ce processus de désulfuration présentant des avantages évidents en termes de coûts. être largement appliqué dans les centrales électriques côtières, augmentant considérablement le coût de la désulfuration et la réduction des émissions dans les centrales thermiques. Dans le même temps, les projets de désulfuration de l'eau de mer mis en œuvre ont généralement de faibles indicateurs techniques, avec des taux de désulfuration autour de 90 % et des valeurs de pH de drainage généralement inférieures à 6,5, ce qui ne peut pas répondre aux exigences de la réglementation chinoise en matière d'émissions de désulfuration. Il est donc impératif de développer des procédés indépendants de désulfuration de l’eau de mer.plaques plaquées en titane pour la puissance thermiquesont largement utilisés dans la technologie de désulfuration des gaz de combustion de l'eau de mer.
2.La nécessité de la désulfuration des fumées dans les centrales électriques
Selon les « Normes d'émission de polluants atmosphériques provenant des centrales thermiques » (GB 13223-1996), différentes exigences de contrôle sont proposées pour le dioxyde de soufre dans les centrales thermiques à différentes périodes. Pour les centrales thermiques nouvelles, agrandies et rénovées (troisième période) dont les rapports d'impact environnemental sont en attente d'examen et d'approbation depuis le 1er janvier 1997, sur la base de la mise en œuvre d'un contrôle total des émissions pour l'ensemble de la centrale, des restrictions sur la concentration des émissions de dioxyde de soufre dans les cheminées ont été imposées. ont été ajoutés et liés aux « deux zones de contrôle » et à la teneur en soufre du charbon. Pour le charbon dont la teneur en soufre est supérieure à 10 %, la concentration maximale d'émission autorisée est de 1 200 mg/Nm, et pour le charbon dont la teneur en soufre est inférieure ou égale à 1 %, elle est de 2 100 mg/Nm. Les centrales électriques situées dans les « deux zones de contrôle » sont tenues de désulfurer le charbon dont la teneur en soufre est supérieure à 1 %, faute de quoi elles ne pourront pas respecter les normes d'émission. Pour les centrales électriques dont la teneur en soufre du charbon est inférieure à 1 %, la désulfuration doit être déterminée au moyen d'une évaluation de l'impact environnemental basée sur les émissions totales autorisées et les limites de contrôle régionales de la centrale électrique, ainsi que sur les exigences locales en matière de qualité environnementale.
Le contrôle des émissions de SO provenant des centrales électriques au charbon constitue actuellement la tâche la plus urgente dans le domaine du contrôle de la pollution atmosphérique en Chine. La construction d'installations de désulfuration des gaz de combustion dans les centrales électriques au charbon constituera un objectif clé de la prévention et du contrôle de la pollution atmosphérique, ainsi qu'une mesure importante pour construire une société économe en ressources et respectueuse de l'environnement. Le développement et l’application actifs d’une technologie avancée de désulfuration des gaz de combustion constitueront une garantie importante pour garantir la réduction du SO et des émissions. Le sujet proposé dans ce mémoire de maîtrise - la technologie de désulfuration de l'eau de mer pure est une nouvelle technologie et pratique d'ingénierie pour la désulfuration des gaz de combustion dans les centrales électriques au charbon.
3. Recherche et état d'application de la technologie de désulfuration des gaz de combustion dans les centrales électriques au charbon
La première technologie de désulfuration des centrales électriques au charbon, la DESULPHRISATION DES GAZ DE COMBUSTION (FGD), est originaire du Royaume-Uni. En 1927, le pays a adopté pour la première fois la technologie de désulfuration du calcaire dans les centrales électriques de Butterworth et Banziside (totalisant 120 MW) sur les rives de la Tamise.
4. État de la recherche sur la technologie de désulfuration des gaz de combustion à l'eau de mer
La technologie de désulfuration des gaz de combustion à l'eau de mer est un type de technologie de désulfuration des gaz de combustion par voie humide, adaptée aux centrales électriques construites sur la côte et refroidies par l'eau de mer. Grâce à l'utilisation de l'eau de refroidissement des centrales électriques comme désulfurant dans le processus de désulfuration de l'eau de mer, aucun déchet n'est généré et le fonctionnement du système est fiable. Comparé à d'autres procédés de désulfuration des gaz de combustion par voie humide, il présente des coûts d'exploitation très faibles, grâce à l'utilisation deplaques plaquées en titane pour la puissance thermique. Actuellement, environ 30 % des centrales électriques au charbon dans le monde sont construites sur la côte, ce qui favorise grandement le développement de la technologie de désulfuration de l’eau de mer.
Aujourd’hui, la désulfuration des gaz de combustion à l’eau de mer a une histoire de plus de 40 ans. Dès les années 1960, l’Université de Californie à Berkeley, aux États-Unis, a mené des recherches sur le mécanisme de désulfuration des gaz de combustion de l’eau de mer. Les dispositifs de désulfuration des gaz de combustion à l'eau de mer ont d'abord été largement utilisés comme installations de soutien pour les industries non alimentées au charbon telles que les raffineries d'aluminium et les raffineries de pétrole. Des dizaines de dispositifs de désulfuration des gaz de combustion à l'eau de mer ont été mis en service en Norvège, au Royaume-Uni, aux Pays-Bas, en Espagne, à Chypre et dans d'autres pays d'Europe. Cependant, l’application de la technologie de désulfuration des gaz de combustion à l’eau de mer dans les centrales électriques côtières est encore relativement limitée et elle en est encore à ses balbutiements en Chine. Les unités de désulfuration des fumées à l'eau de mer mises en service en Chine.
5. Analyse théorique du processus de purification par absorption de S02
Théorie de la double membrane
Le processus de désulfuration de l'eau de mer est un processus physique et chimique, et son transfert de masse est basé sur la théorie de la purification par absorption - la « théorie de la double membrane ». Son argument de base est que l’absorption de gaz est le processus d’absorption de substances en phase gazeuse transférées entre les phases vers la phase liquide. Lorsque le gaz et le liquide entrent en contact, même s'il y a des turbulences dans le corps du fluide, il existe toujours des couches de stagnation de gaz stables (film de gaz) et des couches de stagnation de liquide (film liquide) des deux côtés du gaz-liquide. phase. Le processus d'absorption consiste en ce que les molécules absorbantes se déplacent du corps en phase gazeuse vers la surface du film gazeux, puis diffusent à travers le film gazeux pour atteindre l'interface phase gaz-liquide. Au niveau de l'interface, les molécules absorbantes se dissolvent dans la phase liquide, puis diffusent dans le corps en phase liquide à travers le film liquide par diffusion moléculaire à partir de l'interface en phase liquide.
Équilibre d'absorption physique
Lorsqu'un mélange de gaz entre en contact avec un absorbant, le transfert de masse des composants absorbables de la phase gazeuse vers la phase liquide est appelé processus d'absorption. Au cours du processus d'absorption, il existe également un processus de transfert de masse au cours duquel les composants absorbés dans la phase liquide s'échappent dans la phase gazeuse, appelé processus de désorption. À une certaine température et pression, le taux de processus d'absorption et le taux de processus de désorption seront finalement égaux, et le transfert de masse entre les phases gazeuse et liquide atteindra l'équilibre dynamique. À ce stade, la teneur en soluté du gaz dans la phase liquide correspond à la solubilité du gaz. La solubilité des gaz est liée aux propriétés des gaz et des solvants. Une augmentation de la solubilité du solvant, de la pression ou de la température augmentera la solubilité des solutés. La solubilité du gaz est le nombre de kilogrammes de gaz dissous pour 100 kg d'eau. Lorsque l’on utilise de l’eau comme absorbant, le SO est un gaz modérément dissous.
Équilibre gaz-liquide avec réactions chimiques
L'absorption physique et l'absorption chimique sont affectées par la vitesse de diffusion en phase gazeuse (ou résistance du film gazeux) et la vitesse de diffusion en phase liquide ou résistance du film liquide. En ingénierie, il est couramment utilisé pour améliorer la perturbation des phases gaz-liquide afin d'éliminer la résistance entre le film gazeux et le film liquide. Lors de la désulfuration des gaz de combustion, une grande quantité de gaz de combustion contenant une faible concentration de S0 doit être purifiée en continu en un instant. Si l’absorption physique est utilisée seule, son efficacité de purification est très faible et il est difficile de respecter les normes d’émission de SO. Par conséquent, la méthode d’absorption chimique est largement utilisée dans la technologie de désulfuration des gaz de combustion. L'utilisation de la méthode d'absorption chimique pour la désulfuration des gaz de combustion est techniquement mature, avec une riche expérience opérationnelle et une grande praticité, et est devenue la technologie de désulfuration des gaz de combustion la plus largement utilisée et la plus répandue. Le processus de désulfuration de l’eau de mer repose également sur l’absorption chimique.
L'absorption chimique est composée de deux processus : l'absorption physique et la réaction chimique. Au cours du processus d'absorption physique, le gaz absorbé se dissout dans la phase liquide. Lorsque le gaz-liquide atteint l’équilibre de phase, la concentration d’équilibre du gaz absorbé constitue la limite du processus d’absorption physique. Les composants actifs du gaz absorbé subissent des réactions chimiques, et lorsque la réaction chimique atteint l'équilibre, la consommation du gaz absorbé constitue la limite du processus d'absorption chimique. Dans les applications techniques pratiques, telles que la technologie de désulfuration de l’eau de mer, le processus de purification des polluants gazeux adopte généralement une méthode d’absorption chimique. À l’heure actuelle, la quantité totale dissoute de polluants gazeux est composée de l’absorption physique en phase liquide et de la consommation chimique.
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