脱硫脱硝技术课程实验.doc

实验一 烟气分析一、实验意义和目的大气污染主要来源是工业污染源排出的废气，其中烟道气造成的危害极为严重，因此，烟道状态参数的测定是大气污染源监测的基本操作。其中烟气的温度、压力、含湿量是计算烟气流速、流量等烟气参数的主要因素，因而在大气评价及准确获取SO2、NOx等污染性气体浓度，验证烟气脱硫脱硝装置的功效等方面起到了不可低估的作用。通过本实验，要求达到以下目的：1了解测量烟道气的温度、压力、含湿量等参数的原理，学会测量以上参数的全过程。2掌握各种测量仪器的使用方法及注意事项。3掌握各种烟气参数的计算方法。二、实验原理（一）温度的测量对于直径大、温度高的烟道，一般用热电偶测温毫伏计测量，测温原理是将两根不同的金属导线连成闭合回路，当两接点处于不同温度环境时，便产生热电势，两接点温差越大，热电势越大。如果热电偶一个接点温度保持恒定(称为自由端)，则热电偶的热电势大小便完全决定于另一个接点的温度(称为工作端)，用毫伏计测出热电偶的热电势，可得知工作端所处的环境温度。测量原理见图4.1-1。图4.1-1 热电偶测温原理1工作端；2热电偶；3自由端；4测温毫伏计（二）压力的测定压力的测定可以采用标准皮托管及与U形压力计。全压pt：气体在管道中流动具有的总能量；静压ps：单位气体所具有的势能，即气体在各个方向上作用于器壁的压力；动压pv：单位气体所具有的动能，即气体流动的压力。三者关系：从U形压力计上读出液面差，或从微压计上读出斜管液柱长度，按相应公式计算测得压力。图4.1-2、4.1-3为标准皮托管及与U形压力计测量烟气压力的连接方法。U形压力计是一个内装工作液体（如水、乙醇、汞等，视被测压力范围选用）的U形玻璃管。使用时，将两端或一端与测压系统连接，测得压力p用下式计算： （4.1-1）式中：工作液体的密度，kg/m3；g重力加速度，m/s2；h两液面高度差，m。式中压力为Pa，但在实际工作中，常用毫米汞柱表示压力，这样，p=.g。U形压力计的误差可达12 mm水柱，不适宜测量微小压力。图4.1-2 标准皮托管1全压测孔；2静压测孔；3静压管接口；4全压管；5全压管接口图4.1-3 标准皮托管与U型压力管连接方法1全压测孔；2静压测孔；3动压测孔；4皮托管；5烟道；6橡胶管（三）含湿量的测定含湿量的测定方法有重量法、冷凝法、干湿球法等。本实验选用常用的重量法。从烟道采样点抽取定体积的烟气，使之通过装有吸收剂的吸收管，则烟气中的水蒸气被吸收剂吸收，吸收管的增重即为所采烟气的水蒸气质量。其测定装置如图4.1-4所示。图4.1-4 重量法测定烟气含湿量装置1.过滤器；2.保温或加热器；3.吸湿管；4.温度计；5.流量计；6.冷却器；7.压力计；8.抽气泵烟气中的含湿量按（4.1-2）式计算： （4.1-2）式中：Xw烟气中水蒸气的体积百分含量，%；Gw吸湿管采样后增重，g；Vd测量状态下抽取干烟气体积，L；t1流量计前烟气温度，；pa大气压力，kPa；pt流量计前烟气表压，kPa；1.24标准状态下1 g水蒸气的体积，L。（四）流速和流量的测定1流速在测出烟气的温度、压力等参数后，按（4.1-3）式计算各测点的烟气流速(vs)： （4.1-3）式中：vs烟气流速，m/s；KP皮托管校正系数；pv烟气动压，Pa；烟气密度，kg/m3。烟道断面上各采样点烟气平均流速的计算式（4.1-4）如下：平均流速为： （4.1-4）2流量测量状态下的烟气流量按（4.1-5）式计算： （4.1-5） （4.1-6）式中：A断面的横截面积，m2；烟气平均流速，m/s；Qs实际状态下烟气流量，m3/hQNd标准状态下烟气流量，m3/h；ps烟气静压，Pa；p大气压力，Pa；Xw含湿量体积百分数，%；ts烟气温度，。三、实验仪器和试剂1器材（1）热电偶，K型；（2）测温毫伏计，EFT110型；（3）标准皮托管，S型；（4）U型差压计（5）流量计，转子型；（6）抽气泵2试剂（1）酒精，分析纯，500 mL。四、实验方法和步骤（一）采样位置的选择采样孔和采样点的位置主要根据烟道的大小及断面的形状而定。下面说明不同形状烟道采样点的布置。1采样位置气流分布均匀稳定的垂直、平直管段，采样断面阻力构件下游方向大于6倍管道直径处，或者阻力构件上游方向大于3倍管道直径处。（至少不小于管道直径的1.5倍）。流速要求大于5 m/s。2采样点数目图4.1-5 圆形烟道布点图4.1-6 矩形烟道布点（1）圆形烟道：采样点分布如图4.1-5。将烟道的断面划分为适当数目的等面积同心圆环，各采样点均在等面积的中心线上，所分的等面积圆环数由烟道的直径大小而定。（2）矩形烟道：将烟道断面分为等面积的矩形小块，各块中心即采样点见图4.1-6。（二）烟气温度的测定实验中采用热电偶及便携式测温毫伏计联合进行测温。将热电偶的热端（工作端）伸入被测的烟气中（按预先测定好的位置），将热电偶冷端置于不变的温度中，一般放在保持0的恒温器中，从测温毫伏计指针偏转可得知烟气的温度。如果冷端不是0，应采用修正方法。修正如下公式计算： （4.1-7）式中：t被测烟气的实际温度，；t1冷端温度，即测试点的环境温度，；t20。测温毫伏计与热电偶的技术数据、热电偶型号、种类、测量范围及外接电阻必须匹配。（三）烟气压力的测定测量烟气压力的仪器利用S型皮托管和倾斜压力计。S型皮托管适用于含尘浓度较大的烟道中。皮托管是由两根不锈钢管组成，测端作成方向相反的两个相互平行的开口。测定时，一个开口面向气流，测得全压，另一个背向气流，测得静压，两者之差便是动压。由于背向气流的开口上吸力影响，所得静压与实际值有一定误差，因而事先要加以校正。方法是与标准风速管在气流速度为260 m/s的气流中进行比较，S型皮托管和标准风速管测得的速度值之比，称为皮托管的校正系数。当流速在530 m/s的范围内，其校正系数值约为0.84。S型皮托管可在厚壁弯道中使用，且开口较大，不易被尘粒堵住。倾斜压力计测得动压p按下式计算： （4.1-8）式中：p倾斜压力计压差，Pa；L倾斜压力计读数，m； 酒精相对密度，0.81 kg/m3； K斜度修正系数。测压时皮托管与倾斜压力计用橡皮管连好，把皮托管插入已打好孔的烟道内。烟道一般打3个测孔，每个测孔有3个测点，每个断面测9个点的动压值，测值由放置水平的倾斜压力计读出。五、实验数据处理实验数据记录在表4.1-2中。表4.1-2 烟道气动压及温度测量记录表实验时间： 年 月 日天气风向实验次数动压值（mm水柱）烟气温度（）环境温度（）测孔1测孔2测孔3测点1测点2测点3测点1测点2测点3测点1测点2测点3首先将颗粒状吸湿剂装入U型吸湿管内，吸湿剂上面要充填少量的玻璃棉以防止吸湿剂的飞散。关闭吸湿剂阀门，擦去表面的附着物，用分析天平称重。其次，按图4.1-4连接仪器，检验是否漏气，然后将采样管插入待测烟道中心位置，在烟道个预热数分钟后，打开吸湿阀门，以1 L/min流量抽气。采样后，关闭吸湿阀门，取下吸湿管，擦去表面附着物，用分析天平称重。两次吸湿管质量差为吸收管吸收的水量。六、实验结果和讨论1测烟道气温度、压力、含湿量等烟流参数的目的是什么？2实验前的准备工作有哪些？3烟气含湿量的测定中，为何还要测量温度？4烟气压力测定时，为什么用S型皮托管和倾斜压力计？能否用别的仪器代替？5影响测定精度的因素有哪些，如何避免？实验二 石灰石-石膏法烟气脱硫效率影响因素一、实验意义和目的湿式石灰石-石膏法脱硫技术是世界上使用最为普遍的烟气脱硫技术，它采用石灰或石灰石乳浊液作为脱硫剂吸收烟气中的SO2，在鼓入空气的氧化作用下，最终生成石膏沉淀物。对SO2入口浓度、液气比、烟气进口温度与脱硫效率的关系进行测定，可以为湿式石灰石-石膏法的设计、运行研究提供基础资料。通过本实验，要求达到以下目的：1. 引导学生熟悉石灰石/石膏湿法脱硫工艺原理，详细了解脱硫工艺系统的设备布局、工作顺序、连接的情况及提高脱硫效率的途径等；2. 在模拟发电厂现场脱硫控制的基础上，可以采用各种条件脱硫方法进行脱硫过程的演习，熟悉掌握发电厂的脱硫工艺过程；3. 模拟现场脱硫工艺进行计算机演示操作，提高烟气脱硫效率的技术和设备研究和开发水平。二、实验原理石灰石/石膏湿法烟气脱硫工艺是指利用石灰石（CaCO3）细粉和水按比例制成的混合浆液作为湿式反应吸收剂，与烟气中的SO2反应，降低烟气中SO2的含量，以减少其污染性，同时产生可以综合利用的石膏。其化学过程如下：在吸收塔持液槽中，气相SO2通过反应式（4.8-1）和（4.8-2）被吸收离解。SO2(气)H2OSO2(液)H2O （4.8-1）SO2(液)H2OH+HSO3-2H+SO32- （4.8-2）由于H+被OH-中和生成H2O，使得上述反应平衡向右进行。OH-是由于石灰石在水中的溶解而产生，鼓入的空气通过反应式（4.8-3）（4.8-5），将溶解过程中生成的CO2带走。CaCO3 Ca2+CO32- （4.8-3）CO32-H2O OH-HCO3-2OH-CO2 （4.8-4）CO2(液)CO2(气) （4.8-5）同时，反应（4.8-2）生成的HSO3-和SO32- 通过反应（4.8-6）（4.8-8），被氧化生成石膏沉淀物。HSO3-1/2O2 SO42-H+ （4.8-6）SO32-1/2O2 SO42- （4.8-7）Ca2+SO42- CaSO4 （4.8-8）随着反应的进行，浆液中HSO3-和 SO32-浓度增加，浆液的吸收能力将不断下降，直至完全消失。因此要保证系统良好的吸收效率，不仅要有足量的浆液和充分的气液接触面积，还要保证浆液的充分新鲜。上述反应中第二、三步其实是更深一步的反应过程，目的就是去掉浆液中的HSO3-和 SO32-离子，以保持浆液有充分的吸收能力，以推动第一步反应的持续进行。三、实验仪器和试剂试验装置由烟气系统、脱硫塔、石膏脱水与处理系统、吸收剂制备与输送系统等组成，系统结构如图4.8-1所示。图4.8-1 石灰石/石膏湿法烟气脱硫中试装置系统图在脱硫吸收塔内浆液与烟气接触并充分混合，烟气中的SO2与浆液中的CaCO3以及鼓入的氧化空气进行化学反应生成石膏。模拟烟气由液化SO2钢瓶气和空气混合而成。空气通过鼓风机引入，SO2通过调节减压阀和气体流量计来控制，再通过电加热器及温度程序控制装置，将烟气温度加热到所需要的固定值。脱硫塔为圆筒形的结构，不锈钢制造，塔高为10.8 m，塔直径为0.8 m，烟气进口烟道截面为195210 mm2的长方形进入喷淋塔内，塔内在高度5.3 m、6.5 m、7.7 m的位置分别设置三层螺旋式喷嘴，喷口朝下。在高度8.6 m、10.2 m的位置，分别设置二级除雾器，净烟气由塔顶部排出。石灰石粉经布置在料仓底部的星形加料器送至制浆器中。在制浆器中，石灰石粉与一定比例的水充分混合，制成石灰石质量含量为30%左右的浆液，通过石灰石浆液泵，间断性补充到吸收塔内。副产品石膏通过石膏浆液排出泵，从吸收塔浆液池抽出，输送至石膏旋流器，经初级脱水后的石膏浆液的含水率约为50%60%，然后用离心脱水机进行过滤脱水，以得到品质较好的石膏。吸收塔进口烟气SO2采用德国Testo350Pro型烟气分析仪进行在线测试，吸收塔出口烟气SO2采用德国Rosemount烟气成分在线测试仪测定，烟气流量通过AM-1400型流量计测定，pH值采用PHS-3C型pH计进行测量。设备主要参数的调节范围如下：烟气处理量为0.140.56 m3/s，入口SO2浓度0.05%0.2%，入口温度为30120 ，浆液喷淋量1040 m3/h，吸收塔浆液pH值为5.06.0。四、实验方法和步骤1. 装置电气系统投入、烟气系统及相关的热工测点投入、自来水向水箱供水；2. 将10 kg石灰石通过上部加料口送入吸收塔浆液池中，再不断补充工艺水至吸收塔本体内直至2.45米高液位；3. 依次启动氧化风机、脱硫塔内搅拌器、石灰石浆液循环泵A、B、C，待吸收塔浆液池温度稳定后启动烟气模拟系统；4. 依次启动鼓风机及电加热器，打开气瓶阀门。根据仪表监测数据，调节电加热器至设定温度，打开SO2气瓶阀门，制成不同工况下的模拟烟气。5. 保持吸收塔液位稳定，调节吸收塔烟气流量、SO2浓度、浆液pH值、烟气温度、浆液喷淋量等关键参数至设定值，在其他参数保持不变的情况下，改变进口SO2浓度、烟气温度、液气比、烟气流量，考察以上参数的变化与系统脱硫效率的相互关系。五、实验数据记录和处理表4.8-1 脱硫效率与SO2入口浓度的原始数据序号进口烟量(m3/h)进口SO2浓度(%)出口SO2浓度(%)pH进口烟温()浆流喷淋量(L/s)1234备注：其他参数保持不变，改变SO2入口浓度，绘制脱硫效率与SO2入口浓度关系图。表4.8-2 脱硫效率与液气比的实验数据表序号进口烟量(m3/h)进口SO2浓度(%)出口SO2浓度(%)pH进口烟温()浆流喷淋量(L/s)1234备注：其他参数保持不变，改变液气比，绘制脱硫效率与液气比关系图。表4.8-3 脱硫效率与进口烟温的实验数据表序号进口烟量(m3/h)进口SO2浓度(%)出口SO2浓度(%)pH进口烟温()浆流喷淋量(L/s)1234备注：其他参数保持不变，改变进口烟温，绘制脱硫效率与进口烟温关系图。注解：1、吸收剂 指脱硫工艺中用于脱除SO2等有害物质的反应剂。本工艺的吸收剂指石灰石或生石灰。2、吸收塔 是指脱硫工艺中脱除SO2等有害物质的反应装置。3、副产物 指脱硫工艺中吸收剂与烟气