实验十三文丘里——旋风水膜除尘器的除尘模拟实验

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SOpaas系统2，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再生提拉下水，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)H玻璃夹胶机2O→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，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，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

液态金属机器人

	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

曲嘉瑞（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)
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