实验十三文丘里——旋风水膜除尘器的除尘模拟实验.docx

实验四
GR型消烟除尘脱硫一体化装置的模拟实验

一、实验意义和目的
燃煤锅炉排放的烟气含有大量的二氧化硫和烟尘，是目前我国主要的大气污染源之一，若不对该烟气加以净化处理，将会造成严重的大气污染。GR型消烟除尘脱硫一体化装置是成熟先进的烟气净化装置，它是集消烟、除尘、脱硫为一体的高效锅炉净化装置，该设备具有效率高，投资少，无二次水污染等特点，经全国多家锅炉应用运行表明其处理效果良好，出口烟气各项指标均达到国家规定的标准要求。通过本实验应达到以下目的：
（1）了解湿式除尘脱硫一体化装置的组成及运行过程；
（2）掌握湿式除尘脱硫一体化装置的工作原理；
（3）掌握采用烟气平行采样仪测定烟气中烟尘和二氧化硫浓度的方法；
二、实验原理
GR型消烟除尘脱硫一体化装置的消烟除尘及脱硫原理
（1）消烟除尘原理
湿式消烟除尘脱硫过程是以水、气、固三相工艺技术组成的一个系统，如何增大水、气、固的接触面积将直接影响消烟除尘脱硫效果，为增大接触面积，湿式净化装置，采用自激式核凝原理实现消烟除尘脱硫。内部结构是在除尘室内设置自循环给水、收缩段、弧形板、扩张段、阶段折流等。作用过程是烟气通过风机作用产生高速气流冲击液面，由于烟气气速高、气温高，可产生大量微小水滴及过饱和水蒸气，较大烟气在流动过程中与直碰撞聚结沉降，微细烟气作为过饱和蒸气的凝结核，均匀地冷凝于每个微粒上凝聚增大，由0.1~1μm增大到5μm以上，经过较长的折流挡板和气液分离器将液固混合物从烟气中分离，达到消烟除尘脱硫效果。
（2）脱硫的主要原理
湿式脱硫的主要作用有两个：一是水对二氧化硫的物理吸收剂，二氧化硫溶于水SO2+H2O=H2SO3，这是一个可逆过程，烟气脱硫效果受到最大溶解度的限制；二是化学吸收，烟气中SO2与水中碱性物质发生中和反应，反应机理如下：

从反应机理来看，脱硫效率受到气、液、固三相湍流状态和洗涤液的浓度及碱度有关。
采用双碱法，双碱法包括吸收和再生两个步骤。该法吸收SO2采用钠基碱，因为它易吸收SO2，反应速度快，反应充分，与钙基相比，在较低液气比时得到较高的脱硫效率，而运行中实际消耗的是廉价的石灰（钙基），因为吸收SO2的废水进入再生池用石灰进行再生，使NaOH或Na2CO3再生，重新进入除尘器内与SO2发生反应。由于生成CaSO3的沉淀反应不在除尘器内部，而是在沉淀再生池中进行，因此，不会在除尘器及管道中产生结垢和堵塞现象，在除尘器内部是吸收反应，生成的是Na2SO3。所以双碱法具有高脱硫率、不易堵塞结垢等优点，而实际消耗是便宜的石灰，运行费用也较低。反应方程式：
①吸收反应：
NaOH+SO2→Na2SO3+H2O
Na2CO3+SO2→Na2SO3+CO2↑
Na2SO3+SO2→2NaHSO3
②氧化反应：
2Na2SO3+O2→2Na2SO4
在氧量不足的情况下，该反应不易发生。
③再生反应，对吸收液的再生：
CaO+H2O→Ca(OH)2
2NaHSO3+ Ca(OH)2→Na2SO3+CaSO3^(1/2)H2O↓+3H2O
Na2SO3+ Ca(OH)2+(1/2)H2O→2NaOH+ CaSO3^(1/2)H2O↓
有氧存在时：
2CaSO3•(1/2)H2O+O2+3H2O→CaSO4•2H2O↓
(3)循环水系统
循环水系统由循环水池、循环水泵、循环水管道和加药装置组成。循环水池满足锅炉脱硫循环用水的需要，并能保证其沉淀反应时间。本系统采用零排放闭环运行，以避免二次污染。循环水池由两部分组成：沉淀池、清水池。脱硫采用双碱法，双碱法CaO溶解液在进入沉淀池前加入；随冲渣水一起进入沉淀池，双碱法在沉淀池中进行再生反应，NaOH得以再生，反应生成的沉淀CaSO3、CaSO4及灰渣在沉淀池被捞出。运行初期用的NaOH及运行中需补充的NaOH在清水池中加入，pH调节在进入沉淀池前进行，其pH值应根据煤种的含硫量进行调控。pH值控制在9～10左右。
经全国多家锅炉实际运行表明，锅炉烟气经收缩管道撞击R板形成小水滴和水蒸气经多级折流挡板、扩张段、脱雾器，可达到较好的消烟除尘脱硫的效果。
三、装置主要特点及技术指标
①除尘、脱硫、消烟一体化完成；②对微小颗粒有较高的去除效果；③水封闭式自循环，不存在二次污染；④净化效率高：除尘效率>98%；脱硫效率>65%；烟气黑度<1级。
四、实验流程及装置
实验流程，如图1所示。

图1 实验流程图
GR型消烟除尘脱硫一体化装置，见图2。
图2 GR型消烟除尘脱硫一体化装置
1- 进气管；2-收缩管；3-R形狐板；4-挡板；5-S形通道；6-溢流水箱；7-溢流管；8-除湿装置；9- 排气管；10-卸灰管
五、分析测试器材
（1）TH-880Ⅳ型微电脑烟尘平行采样仪（武汉天虹智能仪表厂）：1台
（2）玻璃纤维滤筒：若干。
（3）镊子：1支。
（4）分析天平：分度值0.001g，1台。
（5）烘箱：1台；
（6）橡胶管：若干。
六、实验步骤
1、滤筒的预处理：测试前先将滤筒编号，然后在105℃烘箱中烘2h，取出后置于干燥器内冷却20min，再用分析天平测得初重G1并记录。
2、检查TH-880Ⅳ型微电脑烟尘平行采样仪干燥筒内的硅胶干燥剂，保证其呈兰色，清洗瓶内装入3%的H2O2150ml，仔细阅读该装置的说明及线路连接图，连接线路。然后打开电源开关，预热20~30分钟。
2、启动风机：风机启动应在无负荷或负荷很低的情况下，否则会烧坏电机。因此要在风机前的阀门处于全闭的情况下启动风机，待运行正常打开阀门。
3、启动微型自吸泵，为系统供水，通过压力表控制压力在0.1Kg左右。
4、在烟气进口配备粉尘吸入送尘装置。
6、实验装置性能测试
（1）把预先干燥、恒重、编号的滤筒用镊子小心装在采样管的采样头内，再把选定好的采样嘴装到采样头上。
（2）用橡胶管将采样管连接到烟尘测试仪上，将采样枪采样嘴和皮托管伸入除尘脱硫一体化装置烟气进口采样口内，使采样嘴背对气流预热10min后转动180o，即采样嘴正对气流方向，同时打开抽气泵的开关进行等速采样。
（3）采样完毕后，关掉仪器开关，抽出采样枪，待温度降下后，小心取出滤筒保存好。
（4）采尘后的滤筒称重：将采集尘样的滤筒放在105℃烘箱中烘2h，取出置于玻璃干燥器内冷却20min后，用分析天平称重G2并记录。
（5）计算各采样点烟气的含尘浓度。
（6）在除尘脱硫一体化装置的烟气出口烟道上采样口内，同时测定相应的烟气参数并记录。
7、测试完毕，整理实验室。
七、实验记录
表 除尘脱硫一体化装置进出口烟气含尘浓度测定实验记录表
（1）测定日期 　　测定烟道

大气压力/kpa
大气
温度
/℃
烟气
温度
/℃
烟道全压/Pa
烟道静压/Pa
烟气干球温度/℃
烟气湿球温度/℃
烟气含湿量χsw
烟气进口

烟气出口

（2）烟道断面积 m2 测点数
采样点编号
动压/Pa
烟气流速
/(m·s-1)
采样嘴直径/mm
采样流量/(L·min-1)
采样时间/min
采样体积/L
换算体积/L
滤筒号
滤筒初重/g
滤筒总重/g
烟尘浓度/(mg·L-1)
1
2
…

烟道断面平均流速
(m/s)
烟道断面流量
(m3/s)
平均烟尘浓度(mg/L)
除尘器的除尘效率
（％）
烟气进口

烟气出口

（3）计算除尘脱硫一体化装置的除尘效率