湿法烟气脱硫除尘器实验装置设计.docx

湿法烟气脱硫除尘器实验装置设计 组 号： 9 班 级：环工1302 姓 名：李璐 学 号：131702207 指导老师：张 键扬州大学环境科学与工程学院2016年12月目录湿法烟气脱硫除尘实验指导书1一、实验目的1二、 实验原理1三、实验装置及各部分组成（集体讨论完成）4四、 实验步骤7五、参数测定方法7六、 实验注意事项9七、实验结果讨论9实验考核任务：实验室完成的烟气脱硫性能实验是一种简单的模拟实验，距研究型试验装置有较大差异。试设计一套湿法烟气脱硫除尘实验装置（石灰石/石灰石膏法）。装置含供风系统、烟气制备系统、喷淋塔反应器、浆液循环部分、烟气测量系统，主要测定参数为SO2浓度、烟气压力管内风速、烟气量、塔内粉尘浓度、浆液pH值、烟气流速、烟气温度等。要求有设计简图和实验指导书。特别说明：1综合考查题完成时间为1个工作日；2.每组一题。小组成员在查阅相关资料和教材后讨论并相对独立完成，但每人需提交1份材料，必须注明个人完成内容和集体讨论完成内容，不注明且相似度大于50%的按抄袭计分；3.打印并同时提交电子文稿（word格式）；4.题中涉及的规范、标准请查阅文献，相关数据及结论亦可查阅引用文献。请注明参考文献（包括规范、标准）；5.所有设计实验装置均须附简图（须原创，不得粘贴参考文献中的附图）；6.提交材料的字数不得少于5000字（含简图但不含参考文献）。7.根据作业质量，小组成员本次考查分数不一定相同。本课程最终成绩根据平时成绩（实验报告）（30%）、实验过程表现（10%）、考查成绩（60%）按占比确定。湿法烟气脱硫除尘实验指导书一、实验目的 1、了解吸收法净化尾气的工艺和设备； 2、了解吸收法净化废气的效果； 3、深入理解吸收过程的机理及影响吸收效果的主要因素。 4、通过大量的实验研究确定了喷淋塔脱硫除尘装置的阻力特性曲线，以及烟气量、喷淋量、入口浓度、飞灰浓度等因素对脱硫效率、除尘效率和联合脱硫除尘效率的影响，得出了较为合理的参数。2、 实验原理 除尘的原理包括截留作用、惯性沉降、扩散沉降、重力沉降及静电沉降等。当尘粒较大时截留作用和惯性沉降起主要作用，而当尘粒非常微小时，其他机理比如扩散沉降、静电沉降等机理将变得更重要。对喷淋塔湿式除尘来说，当尘粒较大时，惯性沉降和截留作用起主要作用；当尘粒很小时，起主要作用的应该是布朗扩散。静电力作用和重力沉降对其影响很小。该实验采用的是湿式石灰石石膏脱硫法。 锅炉烟气经电除尘器除尘后，通过增压风机、喷淋增湿降温后进入吸收塔。 在吸收塔内烟气向上流动且被向下流动的循环浆液以逆流方式洗涤。循环浆液则 通过喷浆层内设置的喷嘴喷射到吸收塔中，以便脱除、HCl和HF，与此同时在“强制氧化工艺”的处理下反应的副产物被导入的空气氧化为石膏，并消耗作为吸收剂的石灰石。循环浆液通过浆液循环泵向上输送到喷淋层中，通过喷嘴进行雾化，可使气体和液体得以充分接触。每个泵通常 与其各自的喷淋层相连接，即通常采用单元制.在吸收塔中，石灰石与二氧化硫反应生成石膏,这部分石膏浆液通过石膏浆液泵排出，进入石膏脱水系统。脱水系统主要包括石膏水力旋流器（作为一级脱水设备）、浆液分配器和真空皮带脱水机。经过净化处理的烟气流经两级除雾器除雾，在此处将清洁烟气中所携带的浆液雾滴去除。同时按特定程序不时地用工艺水对除雾器进行冲洗。进行除雾器冲洗有两个目的，一是防止除雾器堵塞，二是冲洗水同时作为补充水，稳定吸收塔在吸收塔出口，烟气一般被冷却到46-55左右,且为水蒸气所饱和。通过GGH 将烟气加热到80以上，以提高烟气的抬升高度和扩散能力。1、烟气脱硫原理吸收液通过喷嘴雾化喷入吸收塔，分散成细小的液滴并覆盖吸收塔的整个断面。这些液滴与塔内烟气逆流接触，发生传质与吸收反应，烟气中的、及HCl、HF被吸收。吸收产物的氧化和中和反应在吸收塔底部的氧化区完成并最终形成石膏。为了维持吸收液恒定的PH值并减少石灰石耗量，石灰石被连续加入吸收塔，同时吸收塔内的吸收剂浆液被搅拌机、氧化空气和吸收塔循环泵不停地搅动，以加快石灰石在浆液中的均布和溶解。强制氧化系统的化学过程描述如下：（1）吸收反应烟气与喷嘴喷出的循环浆液在吸收塔内有效接触,循环浆液吸收大部分SO2，反应如下：SO2H2OH2SO3（溶解）H2SO3HHSO3（电离）吸收反应的机理：吸收反应是传质和吸收的的过程，水吸收SO2属于中等溶解度的气体组份的吸收，根据双膜理论，传质速率受气相传质阻力和液相传质阻力的控制，吸收速率吸收推动力/吸收系数（传质阻力为吸收系数的倒数）。 强化吸收反应的措施：a)提高SO2在气相中的分压力（浓度），提高气相传质动力。b)采用逆流传质，增加吸收区平均传质动力。c)增加气相与液相的流速，高的Re数改变了气膜和液膜的界面，从而引起强烈的传质。d)强化氧化，加快已溶解SO2的电离和氧化，当亚硫酸被氧化以后,它的浓度就会降低,会促进了SO2的吸收。e)提高PH值，减少电离的逆向过程，增加液相吸收推动力。f)在总的吸收系数一定的情况下，增加气液接触面积，延长接触时间，如：增大液气比，减小液滴粒径，调整喷淋层间距等。g)保持均匀的流场分布和喷淋密度，提高气液接触的有效性。（2）氧化反应一部分HSO3在吸收塔喷淋区被烟气中的氧所氧化，其它的HSO3在反应池中被氧化空气完全氧化，反应如下：HSO31/2O2HSO4HSO4HSO42氧化反应的机理：氧化反应的机理基本同吸收反应，不同的是氧化反应是液相连续，气相离散。水吸收O2属于难溶解度的气体组份的吸收，根据双膜理论，传质速率受液膜传质阻力的控制。强化氧化反应的措施：a)降低pH值，增加氧气的溶解度b)增加氧化空气的过量系数，增加氧浓度c)改善氧气的分布均匀性，减小气泡平均粒径，增加气液接触面积。（3）中和反应吸收剂浆液被引入吸收塔内中和氢离子，使吸收液保持一定的pH值。中和后的浆液在吸收塔内再循环。中和反应如下：Ca2CO322HSO42H2OCaSO42H2OCO22HCO32H2OCO2中和反应的机理：中和反应伴随着石灰石的溶解和中和反应及结晶，由于石灰石较为难溶，因此本环节的关键是，如何增加石灰石的溶解度，反应生成的石膏如何尽快结晶，以降低石膏过饱和度。中和反应本身并不困难。强化中和反应的措施：a)提高石灰石的活性，选用纯度高的石灰石，减少杂质。b)细化石灰石粒径，提高溶解速率。c)降低PH值，增加石灰石溶解度，提高石灰石的利用率。d)增加石灰石在浆池中的停留时间。e)增加石膏浆液的固体浓度，增加结晶附着面，控制石膏的相对饱和度。f)提高氧气在浆液中的溶解度，排挤溶解在液相中的CO2，强化中和反应。2、喷淋塔脱硫原理烟气通过电除尘器后进入吸收塔，在吸收塔内烟气向上运动且被吸收液滴以逆流方式所洗涤。喷嘴为无堵塞螺旋喷嘴，吸收液通过喷雾液滴可使气体和液体得以充分接触，脱硫后的净烟气进入折流式除雾器，去除烟气中通过喷淋层夹带的水分。石灰石石膏喷淋空塔具有以下优点：(1) 石灰石膏法烟气脱硫工艺技术成熟，操作成熟，操作成熟，管理成型。(2) 脱硫效率高达95%以上，对煤种适用性:无限制,可用于高中低含硫煤种， 是目前最高脱硫效率的方法。(3) 吸收剂:石灰石或石灰, 脱硫剂来源广，价格低廉。(4) 脱硫剂钙硫比Ca/S:1.03，为脱硫剂最大利用率、最小消耗率的方法。(5) 脱硫产物为石膏(二水硫酸钙)，石膏品质:90%左右纯度，可作建材使用，也易于处理综合利用。(6) 水耗及废水量与烟气与工艺水等参数有关，工艺中的废水经处理后可重复利用。(7) 机组适用性强，无限制,尤其适用大机组。利用率大于95%。(8) 占地面积：取决于现场条件。电耗:1.2-1.6%，为较大的一种。三、实验装置及各部分组成（集体讨论完成） 湿法烟气脱硫除尘实验装置主要含供风系统、烟气制备系统、喷淋塔反应器、浆液循环部分、烟气测量系统。1、 供风系统 供风系统主要由风机、风门以及通风管路组成。系统采用抽出式供风系统，即在烟气出口处设置离心式风机向外抽出净化后的气体，烟道和喷淋塔内为负压，可以减少系统内的泄露。具体设备如下： 风机：选用DF4型离心式鼓风机，其功率370W,全压860Pa,风量660; 风门：通过手动可以调节系统内的烟气量； 通风管路：采用mm的PVC管。2、 烟气制备系统 实验所用烟气由空气、液化钢瓶气、粉尘发生装置所产生的粉尘混合而成。本实验装置的烟气量和风速可由进气口处的风门来调节，烟气中的浓度可以通过调节钢瓶减压阀和阀门以及气体流量计来控制，并可以粗略读出烟气中的量，从而可以粗略计算出烟气中的浓度。粉尘浓度可以通过调节粉尘发生装置来控制。 气体流量计选用量程为020l/min的转子流量计3、喷淋塔反应器 喷淋塔塔体由有机玻璃制成，高1500mm,直径180mm。烟气由下向上。反应器内部结构主要由以下三部分组成： （1）多孔托盘 其主要用于均分气流，加强气液接触来强化传质反应，从而可以降低运行中的液气比，提高脱硫效率并节省了能耗； （2）喷淋区 塔内上部设置2层喷淋层，各设置1个离心式雾化喷嘴，采用逆流即烟气从下向上流动，浆液则由喷嘴向下喷淋； （3）多层致密除湿网 去除出口烟气中夹带的细小雾滴，以达到除雾尽量减少出口烟气中的湿分的目的。4、浆液循环部分 循环槽内的浆液通过阀门控制流量，由液体流量计计量后排入高位浆液储槽内，浆液再通过槽内的布液器在吸收塔内薄片上形成均匀液膜与气相组分进行传质交换后，再落入循环槽，同时循环槽内一部分浆液作为废液在槽内一定高度上溢流取出，以保证槽内浆液量保持恒定。 浆液循环部分主要是在浆液池内配制脱硫反应所需的一定浓度的石灰吸收剂浆液，吸收剂浆液用浆液泵打入喷淋塔内，通过喷嘴喷淋与烟气逆流接触反应以脱除烟气中。浆液循环部分主要由浆液槽、浆液泵、液体流量计、喷嘴、阀门和浆液输送管道等组成。 浆液泵：上海华隆阀门厂生产的W型单级漩涡泵，流量为2.4； 液体流量计：选用量程为08l/min的转子流量计，用于准确读出喷液量； 浆液槽：选用圆形水槽，浆液深度为（150200）mm，吸收浆液为石灰浆液； 脱硫剂：选用精致球磨灰粉； 浆液管道：采用4分铝塑管，并且分别在两个喷嘴与塔体之间装有球阀来控制喷液量，而且在浆液入口设置粗丝网，以防止大颗粒固体进入浆液泵发生堵塞，影响系统的正常运行。此外，在浆液泵出口处安装阀门用以调节系统的总喷淋量。5、烟气测量系统 按照国家有关标准来布置测点，在喷淋塔前后烟气管道内设有测孔1和测孔5两个测点，分别用来测量净化前和净化后的浓度和粉尘浓度，塔内还设有测孔2、3、4，用以测量塔内压降和浓度的变化情况。4、 实验步骤1、首先检查设备系统和全部电气连接线有无异常（如管道设备无破损等），打开门窗，确保排风措施到位，一切正常后开始操作； 2、将碳酸钙粉末加入配药槽中，充分搅拌混合，打开底部阀门，使其进入反应槽，加完后关闭阀门；3、打开电控箱总开关，合上触电保护开关；4、开启风机和水泵电源；5、调节塔层的喷淋流量；6、打开底部曝气泵，进行曝气，调节流量。7、在风机运行的情况下，首先确保SO2钢瓶减压阀处于关闭，然后小心拧开SO2钢瓶主阀门，再慢慢开启减压阀，通过观察转子流量计刻度读数调节阀门至所需的入口浓度，使SO2气体进入填料塔中，测定填料塔前后管道气体中SO2的浓度，计算净化效率（SO2入口气体浓度小于1000mg/m3）；8、改变管道气体中SO2的浓度重复上述实验；9、实验结束后，先关闭SO2气瓶主阀，待压力表指数回零后关闭减压阀；10、在完全关闭SO2气瓶5min后，依次关闭主风机、鼓气泵的电源；11、关闭控制箱主电源；12、检查设备状况，没有问题后离开。五、参数测定方法（集体讨论完成）1、浓度的测定 选用德国德尔格Pac型气体监测器和美国ESC公司出品的ENERACM-2000型便捷式燃烧效率分析仪来联合测定 的浓度，其测量单位为ppm,ppm与国际单位mg/换算公式为1mg/=0.35ppm。2、烟气压力管内风速 管内风速可由管内动压计算公式计算得出 测风速计算公式：式中 V管内风速,m/s 管内动压，Pa 空气密度，kg/m3、烟气量的测定 通过风速和风管直径计算得出公式为：式中 Q系统烟气量， V管内风速，m/s D风管直径，m4、塔内风速的测定 假设系统内没有漏风，则塔内的风量等于管内的风量。则塔内风速计算公式为：式中 塔内风速，m/s D吸收塔直径，m d风管直径，m5、塔内粉尘浓度的测定 粉尘浓度的测定采用滤膜测尘法来测量。采样点分别设在喷淋塔前后测点1和5，用于测量净化前和净化后的粉尘浓度。采样仪选用北京劳动保护研究所生产的FC4型粉尘采样仪，根据粉尘浓度的大小，基本设定采样时间定为5分钟，滤膜为40mm的测尘滤膜：滤膜质量的称量用梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司出品的AB104-N型电子分析天平，其量程为0-101g，精度为0.0001g.注意：在每次滤膜称量前，都要在干燥皿内干燥48小时以上，以保证滤膜含湿量最小，不至于影响实验结果。 （1）粉尘浓度的计算公式式中 C被测粉尘浓度， W采样前滤膜质量，mg W采样后滤膜质量，mg q采样流量，l/min t采样时间，min(2)除尘效率的计算式中 除尘效率，% C喷淋塔入口处的粉尘浓度， C喷淋塔出口处的粉尘浓度，6、浆液PH值的测定 PH值的测量采用PH试纸和数字PH计联合测量。实验过程中，定时测量（5分钟左右）。PH计选用梅特勒托利多仪器（上海）有限公司出品的Delta320型数字酸度计，其测量精度位0.01。6、 实验注意事项1、SO2气瓶阀门一定要在主风机已运行的状态下打开；2、洗涤器采用钙盐吸收剂或进行除尘脱硫一体化试验后，切记及时用清水冲洗。七、实验结果讨论1、计算脱硫效率，作SO2入口浓度与脱硫效率关系曲线。2、通过调节不同的喷淋量和风量分别在测点1和5处，测出各实验条件下对应的系统阻力，作出系统阻力与喷淋量和塔内风速的关系曲线。3、通过实验观察，简述石灰石石膏法烟气脱硫原理。4、试对影响石灰石石膏法脱硫效率的因素进行分析。参考文献1、 周长丽，湿法烟气脱硫除尘实验研究，20062、 孔华，石灰石湿法烟气脱硫技术的试验和理论研究，20013、 王彬，石灰石-石膏湿法烟气脱硫系统优化，20104、 宋华，湿法烟气脱硫技术研究现状及进展，20095、 蒋思国，石灰石-石膏湿法烟气脱硫技术及其应用，2007