（工程热物理专业论文）脱硫后排烟对烟囱性能的影响及半干法烟气脱硫的试验研究.pdf

浙江大学硕士学位论文 摘要 、 ￥随着大7e 污染的逐渐加重，人们越术越意以到控制电j s o ，排放的重要性然 而在老电厂增加炯气脱硫装冒会使改造前后烟囱的运行条件发生变化，使脱硫改造 后的烟气水分、划量、烟温及烟气进入烟囱巾的压力分如、湍流分龟 湍流强度、 流场和1 温度场发q i 变化，从而x , l 烟囱晌长期运行性能带柬影响。为衄本文根据物理 模化理论建立了l ：20 的烟囱实验台，同1 1 i f 采用计算机辅助试验( c a t ) 方法，利 用模型试验和数值计算试验干日结合研究脱硫改造i h 后烟囱内烟气的压力分伽、流场 和温度场，根掂对试验研究结果分析出增加脱硫装置后烟气对烟囱的局部冲刷状 况，提出烟囱的整改方案，以保讧 烟囱能k 时间可靠使用，本课题的成果同样也会 剥圈内增加脱硫装置的其它电j 锅炉烟囱的稳定，安令，经济运行提供客观的依 总投资的1 0 以内。 备投资高，腐蚀问题比较严电的缺点而半干法则自 运行、投资费用低、腐蚀较轻等优点，所以本文丌展了半卜法划。i 脱硫试验研究， 建立了试验装置，对试验装置的原理和主要组成部分给，院明，并对其关键部件一 喷嘴，利用f a m 激光测粒仪，研究在小同孑彳狄浆液浓度、1 i 同气耗率下的雾化粒 径在空间的分布特性、气耗率和雾化质量的关系，为进步研究浆滴的分布及平均 尺寸对烟气脱硫的影响，提高脱硫教二簪有很人的帮b 厂 主题词：湿法烟气脱硫、半f 法烟气脱硫、烟囱、喷嘴、雾化 忱贿淼 浙，i ：大学硕| 学f 一沦文 a b s t r a c t w i t ht i l eg r a d u a l l ys h a r p e n i n go fa t m o s p h e r ep o l l u t i o n ，p e o p l eb e g i nt ol e a r nt h e i m p o r t a n c et oc o n t r o t h ee m i s s i o no fs o jf l o mp o w e rp l a n t ，h o w e v e r t i l ea d d i t i o no f f l u eg a sd e s u l f l m z a t i o n ( f g d ) e q u i p m e n tw i l lc h a n g et h er u nc o n d i t i o no fc h i l n n e y i ti s t os a yt h a ta f t e rt i l er e p o w e r i n go fp o w e rp l a n t s ，t h em o i s t u r ec o n t e n t t e m p e r a t u r ea n d v o l t l l n eo ff l u eg a sw i lv a r y w h i c ha f f e c tt h ed i s t r i b u l i o no l p r e s s u r e t u r b u l e n tf l o w ， t u r b u l e n ti n t e n t i o n ，f l o w ，t e n l p e r a t n r eo ff l u eg a si nt h ec h i n m e y s ot h a ti tm a y b eb r i n g s o n i cu n f a v o r a b l ei n f l u e n c et oi h ek m gt e r mr u np e r f o r m a n c eo fc h i m n e y i no r d e rt o e x p l o t et h i sp r o b l e m ，a l le x p e r i m e n le q u i p m e n tw a sc o n s t r u c t e da c c o r d i n gt op h y s i c a l s c a l i n ga n dt h em e t h o do lc o m p u t e r a i d e dt e s t ( c a t ) a l s oi su s e di nt h ep a p e r t h e m e t h o d so fp h y s i c a lm o d e le x p e r i m e n ta n dn u m e r i c a ls i m u l a t i o na r ec o m b i n e dt o r e s e a r c ht h ed i s t r i b u t i o no ff l o w p r e s s u r e ，t e m p e r a t u r eo t lf l u eg a si nt h ec h i m n e y b yt h e c o m p a r i s o nb e t w e e ni h er e s u l t so fe x p e r i m e n ta n dn u m e r i c a ls i m u l a t i o n i ti sc o n v e n i e n t t oa n a l y s i st h ec o n d i t i o no t p a r ts c o u r i n gi nt h ec h i m n e y ，t op r o v i d et h em o d i f i e dp l a nt o s c c u l 。et h el o n gt e r mo fc h i m n e y f h ca c h i e v e m e n to ft h ep a p e rw i l lp r o v i d eao b j e c t e d b a s i sf o rt h eo t h m n a t i v er e p o w e r i n go fp o w e rp l a n t sf o rj u d g i n gt h es t a b i l i t y ，s e c u l i t y e c o n o n l i cr u nf o rt i l ea d d i t i v ed e s u l f u r i z a t i o nu n i t s a i m i n ga ts o l v i n gt h ed i s a d v a n t a g eo fw e tf l u eg a sd e s u l f u r i z a t i o nw h i c hp o s s e s s t h eh i g hi l w e s t m e n ta n dt h er e l a t i v e l ys e v e r ee r o s i o n ，s e m i d r yf l u eg a sd e s u l f u r i z a t i o n e x p e r i m e n ti s r e s e a r c h e df o rt h er e l a t i v e l y l o w i n v e s t m e n ta n dl o we r o s i o na n dt h e e x p e r i m e n te q u i p m e n th a sb c c nc o n s t r u c t e da n dd e s c r i b e di b ri t sc o n s t i t u t ep a r t si nt h e p a p e ra tt h es a m et i m e i t sk e 3 ，c o n l p o n e n l s ，a t o m i z e r ，h a sb e e nr e s e a r c h e di nd e t a i lt h e d i s t r i b u t i o nc h a r a c t e r i s t i co f d r o p l c ts i z ei ns p a c ea td i f l i ! r e n ld e e p n e s so fl i m es l u r r ya n d t i l eq u a l i t yr a t eo fg a sa n dl i q u i dh a sb e e nn l e a s u r e db yt h ea d v a n c e df a ml a s e rp a r t i c l e s i z em e a s u r i n gi n s t r u n l e n ia n da n a l y z e dt oc o n c l u d et h er e g u l a r i t yo fa t o m i z a t i o n i ti s v e r y 7h e l p f u lt of i m h e rr e s e a r c ht h ei n f u l e n c eo i lf l u eg a sd e s u l f u r i z a t i o na n di m p r o v et i l e e f f i c i e n c 3o t 、f l u eg a sd e s n l f u r i z a t i o n k e 3w o r d s ：w e tl l u eg a sd e s u l f u r i z a t i o n ，s e m i - d r yf l u eg a sd e s u l f u r i z a t i o n c h i m n e y a t o l n i z m a l l da t o m i z a t i ) 1 1 油m 人学 i ! i lj 二学似论文 致谢遵 一0 3 3 3 1 5 3 本文能得以冗成首先要感谢岑可法院士，岑院士始终很关心本文所进行的工 作，并提出了许多建设性的意见，拳院士对事业的执着i 皂求的精神给予我身教，激 励我奋发向上 本文是在骆仲泱教授、倪明江教授、高翔副教授三位导师的精心指导下得以；己 成的。本文从选题到最后咒稿都渗透着三位导师的心血和汗水，在此论文完成之 际，向三位导师的关怀和帮助致沮深) 采的谢意 感谢方梦祥教授、施正伦高l 、周劲松副教授、程乐鸣高工、王勤辉副教授、 殷春根博士、最良杰博士后，在两鼻多的学习生活中他们对我的帮助很多，我衷心 地韵十韵十他乱 。 襄心感谢孔华、王乃华、林赫师兄吕同波、王庆东师弟在烟囱试验中给予我 的帮助，没有他们的帮助，烟囱试验的顺利完成是难以想向的：感谢王乃华师兄在 半干法烟气脱硫试验台和喷嘴试验中所给予的帮助， 衷心感谢循环流化床课题组的陈冠益博士、王树荣博士、陈亚非博士，林水明 硕士、张彦军硕士、郭新生硕士，余春江，刘妮、苏亚欣、张晓东、廖艳芬、刘静 博士生，卓建坤、叶春珍、郑接林、任建莉、洪军硕士生等的帮助和支持。 衷心感谢陈丽华博士在烟囱数值计算方面给予的大力帮助。 衷。感谢水煤浆组黄镇宇副教授在喷嘴试验中所给予的指导和帮助。 衷心感谢赵丈宝师傅和丁成云师傅在试验台的建造方面所给予的帮助。 衷心感谢能源九七研咒生班的全体同学+ 衷心感谢打字员颜纯萍小姐帮我打印了全部的论文。 感谢所有曾经给予我关心、帮助和支持的老师、同学和朋友。 尤其要感谢我的父母和姐姐，希望他们永远幸福 刘治国于求是固 20 0 0 年元月 h t ) - ： e 大学硕1 一学位论丈 第一章前言 1 1 烟气脱硫的意义 | j = | = 界经济的发展利人类赖以生存的环境是很不协调的，经济发展和人口增加给 环境的压力愈术愈人，i 町发展中国家的情况尤为突出，各种环境问题层出不穷，它 们直接或问接地影l l 向牛态、f 衡影响人类的健康和“二存。人们已深刻地认识到人类 和其赖以，j 二活f l , 3j 4 境5 1个1 i 司5 f # j f l 9 整体，环境是人类赖以，士i 活和生存的资源。 当今人类面临的二人环境问题之。是酸南。天然降水最低p h 值为5 6 5 ，般 将p h 值小r5 6 的阡f ：l ：jnl i 酸m 。可能引起南酸化的物质有硫化物类、氮化物类及 氯化物类，在三类物质中，j | = ；成酸m 的卡要物质是s o ，和n o 。，它们形成的酸阿占 总酸m 量的9 0 以j i 这两类物质的9 0 都是燃烧矿物燃料造成的。中国酸雨以硫 酸为 j ，硝酸的含罨小到硫酸的| 1 0 ，带有大气s o ，污染的明显特征，这与中国的 以煤为主的能源结构匙自芙的。 7 0 年代卡j j ，酸闲j ：) 降在时界上仍是局部性问题，但日前已发展成为全球面临的 主要环境问题之。逊入8 0 年代后，酸雨的危害更加严蕈。据欧洲大气化学监测 网近功年连续监测结果表明，欧洲雨水的酸度每年增加】o ，斯珙的纳维亚半岛 南部、瑞典、月友、溅薹、德国、捷克斯洛伐克等国和地区酸雨的p h 值多为4 0 - - 4 5 。在北美地区，艘嘲也成为棘手问题，p h 值为3 ，4 的酸阿已司守见惯，美困有 1 5 个州的酸阿p h 值相一4 8 以l 、，加拿大酸阳受害面积已达( 1 2 0 1 5 0 ) k m ! 。酸 m 的危害l ! 扩大到发艇t 斗j 幽家，其中些地区的_ ：壤酸化程度已经能够使森林遭到 破坏。1 9 8 2 年我吲川瞳酸阿普查，对省i 仃2 4 0 0 多个雨水抽样检查，结果属酸雨的 占4 4 ，酸l ：次数r 。总峪测降雨次数一半以上的城市有：青岛、苏州、重庆、桂林、 常州、直宾、福州、机州、贵阳、广州、南昌、都匀、氏沙、南宁等。据2 3 省市 测定表明：其叶t 自2 1 个备均发现酸雨，占9 0 以h _ ；】崮酸雨有明显的区域性， 特别是绎济区酸m 活动龋繁范圈大，酸度高。例如重庆酸阿的p h 值达3 1 ：1 9 8 4 年测定r 州市酸m 的p h 值最低为36 9 。外酸雨的酸度多为( 4 o 5 5 ) 。中崮某 些地：的酸时可逐年啦，附水的p h 逐住1f 降，而出现酸陶的频率却逐年l 升，每 年圳骏m 和氧化硫污染造成的损失达11 0 0 多亿元。 人气中人部分硫年氮的化合物是由人为活动，。，l 的，而化石燃料燃烧造成s o ， 祠in o 、排放，足广q i 酸m 的根本原因，这已从欧洲、北荚历年排放s o ，和n o 。的递 增萤j m 现酸m 的频率 乏降水酸度e 升趋势得到证明，由于燃烧化石燃料及施放农 业化肥，伞球每0 j 约向一07 o8 ) 1 0 s t 氮进入自然界，同时向大气排放l 1 0 s t 硫。这蝼污染物卜鲤_ 臼全球l f ；_ 积小到5 f l , 9i 。业化地区欧洲、北美东部、| = = f 奉 以肢i p 围部分地bn个多世纪来，全球s o ，排放自在卜升( 图1 1 ) 。中幽 的能源淌 e 以燃4 噤如i ，洲此中h 的酸m 沉酶卜婴来自s o ，图1 2 所示的为( 1 9 6 0 一 浙江人学硕士学位沦文 2 0 0 0 ) 年s o ，排放趋势，其中虚线为采取治理措施时s o ：排放量。 喜 三 望 兰 b o 目 g 拦 蚌 d 剀l i ( i8 6 ( 1 1 9 8 0 ) 午伞球s ( 1 2 的排放 幽i 一2( 1 9 6 0 - - 2 0 0 0 ，年中旧排放s 0 2 的趋许 酸阿沉降以_ i 同方式危害水生生态系统、陆生生态系统、材料和人体健康。表 1 1 给出了世界历史上的几次严重的s o ，污染事故。 酸雨还会使湖泊变成酸性，水生生物死i 、：。在瑞典有9 万个湖泊，其中2 万个 已遭到某种程度的酸雨损害( 占2 0 以上) ，4 0 0 0 个生念系统已被完全破坏。挪 威南部的5 0 0 0 个湖泊中有1 7 5 0 个已经鱼虾绝迹。加拿大安大略省已有2 0 0 0 4 0 0 0 个湖泊变成酸性，鳟鱼和鲈鱼已不能生存。荚国对纽约东北部的阿几隆达克山区所 进行的调查表明，浚地区2 1 4 个湖泊中，p h 值在5 以下的已达半数之多，8 2 个湖 泊已无龟类生存。酸雨对水，+ 生态系统的破坏，方面是通过湖水p h 值降低导致 鱼类死亡，爿 方面是由r 酸阿浸渍了土壤，侵蚀了矿物，使a i 元素和重金属元 素沿着基岩裂缝流入附近水体，影响水生生物生长或使其死一 近年来，人们普遍将人面积的森林死r ：归凶于酸雨的危害。住德国，横贯巴伐 利业州山区的1 2 0 0 0 h a 森林午j 四分之一坏死，波兰已观察到针叶林大面积枯萎达2 4 1 0 、1 1 a ，捷克的受害森林【fj 森林总面积的1 5 。 酸m 还加速了许多用1 建筑结构、桥梁、水坝、工业装备、供水管网、地下贮 罐、水轮发电机组、动力和通讯设备等的材制的腐蚀。另外酸阿对人体健康也产生 问接的影响。酸m 使地面水成酸性，地下水巾的金属含量也增高，饮用这种水或食 用酸性河水中的鱼类会对人体健康产生危害。 ”ij 二酸m 对人类q i 存环境的破坏1 分严重，t l 已引起各旧政府的重视，特别是 一此工、i p 发达国家，业已研究丌发和广泛应川了有效的手段和技术，降低造成 酸雨的污染物的排放，取得j 明显的成效。 英ht1 9 4 0 1 9 7 3 ) 年mr 经济发胜，处能源消耗不断增加，人为经济活动的 s o ，排放艟1 4 【| 卅的趋纷，1 9 7 3 ；p 的s o ，排放最高达2 8 9 5 m t ，为美国历史上s o ， 排放特最l 铈的年份，之后4 干s o ，捌：欣箍稳定存2 4 m t 二右。一1 9 7 8 1 9 8 3 ) 年s o ， 浙江大学硕士学位论文 排放量逐年下降，t 9 8 3 年排放量为2 0 ，7 0 m t 。这十年中尽管燃煤量增加，但s o ! 排 放量减少t2 8 5 ，大气中的s 0 2 浓度降低了近3 5 。r 本1 9 7 0 年的s o ：排放量 5 m t ，1 9 8 1 午降到1 1 m t ，j 1 年问s o ，总量减少了8 0 ，s o ，浓度f 降了6 0 左右。 表1 - 1历史上与s o ! 污染有关的污染事故 时间地点 j 染释肖翦2 4 h 平均值)过度死亡 1 9 3 0 年f 2 爿，j 斯河谷( 比利b , d )s 0 2 ，氟化物，微粒 6 0 8 0 1 9 4 8 年1 0 月2 7 3 if 1多僻拉( 美)s 0 2 2 0 微粒：2 8 0 0 u 咖3 1 9 4 8 年1 1 爿2 6 口1 2 j 1伦敦( 英) s 0 2 ：0 7 5 1 0 - 6 锌积 7 0 0 8 0 0 日 浓度 1 9 5 2 年1 2 月5 9h 伦敦( 英) 微粒：4 5 0 0ug h n 3 4 0 0 0 s 0 2 ：1 3 4 1 0 - 6 容枞 1 9 5 4 年 洛杉矶( 美) 浓度，c o n o x ， 7 5 居【患眼病 0 3 ，醛类 微粒：2 4 0 0u g m 3 1 9 5 6 年1 月3 6 日伦敦( 英) s 0 2 ：05 5 1 0 - 6 容移 1 0 0 0 浓度 烟小和is 0 2 ，著名f 向患者8 0 0 多人， 1 9 6 】 f旧市( 日) “四日1 1j 哮喘病”北亡1 0 人 s 0 2 ：i9 8 1 0 - 6 窬积 1 9 6 2 年1 2 爿5 ，1 0 目 仑教( 英) 7 0 0 浓度 1 9 6 2 年1 2 爿7 1 0t - f人阪( 日) 6 0 1 9 6 3 年i 爿2 9 日2 月1 2槲约( 美) s 0 2 ：0 5 1 0 6 弈积 2 0 0 ，4 0 0 浓度 h t 1 9 6 5 1 9 8 1 ) 年的1 6 _ | = _ 1 = | _ 门本解决t 本国s 0 2 严重污染问题。英幽( 1 9 7 0 1 9 8 3 ) j ( 13 年) s 0 1 排放自i 减，步j 74 0 ；i “两德( 1 9 8 3 1 9 8 8 ) 午( 5 年) s 0 2 排放量 出少j 76 75 。发达幽家7 00 二代、8 0 年代i l 年是大幅度削减s o ：排放量的集叫1 年代，行取得显著效粜，罔1 3 罹示了荧圜、欧共体、德围、闩本和中围近数十年 浙江大学硕士学位论文 和未来的电厂s o ：排放量的变化和减量目标。 台 兰 白 等 f 剀1 3屯厂s o ，的排放量 我国政府则大气s o ，污染及控制s o ，排放量午甘当重视；，l 驾务院环委会第1 9 次 会议通过了关于控制酸m 发展的意见：1 9 9 2 年国务院批准在贵州、广东两省和 柳州、南宁、桂林、杭州、青岛、重庆、长沙、宜昌和宜宾等九市开展征收工业燃 煤s o ，排污费和酸雨综合防治试点工作。1 9 9 5 年8 月，全国人大常委会通过新修订 的中华人民共和困大气污染防治法，舰定在全国划定酸雨控制区和s o ，污染控 制区( 简称“两控区”) ，在“两控隧”内强化对酸附和s o ，污染控制。国家环境 保护局于1 9 9 5 年底组织丌腱了“两控区”划分工作。根据国务院关于环境保护 若丁问题的决定和吲家垮境保护“几血”计划和2 0 1 0 年远景i j 标，提出“两 控区”2 0 0 0 年控制目标：( 1 ) “两控区”内排放s o ，的i 。业污染源要达标排放； ( 2 ) s o ，排放量控制在闻家舰定的选量控制指标内：( 3 ) “两控区”内重点城市 环境空气s o ，浓度达到吲家环境质量标准： ( 4 ) 酸雨控制区酸雨恶化的趋势得到 缓解。到2 0 1 0 年“两挖l 墨：”的控制h 标为：( 1 ) “两控区”内s o ，排放量控制在 2 0 0 0 年排放水平之内；( 2 ) “婀控区”内所有城市j 不境空气s o ，浓度都达到国家 环境质量标准：( 3 ) 酸阳控制区降水p h i n 、o ； n 、o 、+ h 、t ) j2 h n ( ) ： 划卜s o ，： 浙汀大学硕士学位论文 s o ，+ o h 手h s 0 1 s o ，+ 0 斗s 0 ， h s o 、+ o h 手h ! s 0 4 s o ：+ 0 ；+ m s 瞄( m 为j v ：等分于) s o 。+ e s o 、 ( 3 ) 硫酸铵和硝酸铵的7 i - 成： h 2 s 0 4 + 2 n h 3 - - ( n h 4 ) 2 s 0 4 i 电子束脱硫具有如下特点： a 电子束透过力、贯穿力强，可以在反臆器内局部位置集中供给高的能量。 b 利用自由其离子反应，反应速度快，时州短。 c 在一个反戍器内j 司时脱硫脱硝。 d 是十法过程，没有废水及其处理设施。 表1 4 为三类烟气脱硫技术的主要特点 主要特点 脱硫反应速度较快，设备较简单，脱硫 吸收哼产物生成均在中低温状态下进 湿法烟气技术( w f g d 技术) 行占具有脱硫效率等优点，但普遍存 在腐蚀严重，运行维护费用较高及易造 成次污染问题。 用同体吸收吸附剂在干燥状念下吸收 s o ，并在干状念下使脱硫物再生成或处 理。具有烟气在脱硫过程中无明显降 千法烟气技术( d f g d 技术) 温，仃利f 排出后扩散，无废液的_ 次 性污染，设备腐蚀性小等优点。但与湿 法千h 比存在反应速度较慢，装置较庞大 的问题。 脱硫吸收剂在湿状态下脱硫，在干状态 f 再生等，也有在干状态下脱硫，在湿 半于法烟气技术( s d f g d 技术) 状态f 处理脱硫产物的。半干法烟气脱 硫技术兼有w f g d 与d f g d 的某地特 点 eq - 成的硫钱和硝铵剐r “：r 吊一u 以作为化肥用，没有废弃物。 浙江大学硕士学位论文 f 设备结构对烟7t 条仆的变动适应性强，设备所占空间小，便于操作和控制。 但电了束脱硫需耍耗用大最电能，氨气泄漏和利用率较设计值偏低的现象仍然 存在。 1 2 3 4 = 类煳7l 脱f 赢技术的主要特点如表1 4 所示： 1 3 本文的研究 i j 标和内容 某电j 利用德国政府贷款引进了德国s t e i n m u l l e r 公司的石狄石一石膏烟气脱 硫技术用于4 、5 写机组( 2 1 2 5 m w ) 的烟气脱硫，虽然德方提供了全套脱硫设 备和i 殳汁，但脱硫改造后烟气的水份、烟量、烟温及烟气进入烟囱中的压力分布、 湍流分布、湍流强度流场和温度场发生变化。这砦变化可能会对某电厂现有烟囱 各区域造成一定的影响 闻此，解脱硫装胃坩现有烟肉造成何种影响将直接关系到烟囱能否符合要求 地k 期稳定安伞运行，刈此，本文采用计算机辅助试验( c a t ) 方法利用模型试验 和数值训算试验相结台研究脱硫改造i 狮后烟囱内烟气的压力分布、湍流分布、流场 和温度场，整个项目是以物拥模化试验和数值计算为基础，根据对试验研究结果分 析m 增加脱硫装筒后烟气对烟囱的局部冲刷状况，提出烟囱的整改方案，以保证烟 囱能长时恻山。靠使用。本课题的成果同样也会对田内增加脱硫装置的其它电厂锅炉 烟囱的稳定，安全，经济运行提供客观的依据。 针对湿法则7 i 脱硫和l i 法烟气脱硫各自的优缺点，本文丌展了半 二法烟气脱硫 技术的研究，利用循环流化床反应器进行烟气脱硫，搭建了实验台，并对关键部件 喷嘴进行厂详细的研究，研究了喷嘴在小同浆液浓度，不同气耗率下喷嘴雾化颗粒 在卒问的分布特陀，对j 提高半 _ ：法烟气脱硫的效率具有重要的意义。 令艾共分为八个部分： 第 部分：引埘增加湿法烟7i 脱硫装置对烟囱长期运行性能可能的影响，确定 试验研究的方法利内容 第i ：部分：根据物理模化原理，建市了模拟烟囱脱硫前后运行条件的烟囱试验 台。 第一部分：钊对删阳的运行条件，建寺了计算机辅助试验( c a t ) 方法所需的数 学模型。 第四部分：利刖模犁试验用i 数值计算所得的结果，对烟囱内部的流场，温度场 和j k 力场进行分析，提m 煳囱整改方案。 第f l 部分：对所建矿的、i i 丁i 法烟7 i 脱硫实验台的组成和测试方法进行了比较详 细的说明。 铺, 部分：利川f a m i 救光测粒仪对半r 法关键部件一喷嘴进行了比较详细的研 究，j i 墩得了i h 多n jj 盯芬化特性， 浙江大学硕 _ = 学位论文 第二章脱硫后排烟对烟囱性能的试验研究内容 2 1 引言 目前，往各类脱硫技术中技术最成熟的，应用最广的仍是石灰石灰石湿法烟 气脱硫技术1 寸已运行脱硫装置总容量的8 5 垃右。湿法烟气脱硫技术是较为成熟 的技术，脱硫率高，可靠倒：好，但工艺复杂，占地面积大，投资大，投资、运行费 用高( 如石灰石一石膏法一次性投资高于2 0 一3 0 之外) ，在运行还产生设备堵 塞，结垢，腐蚀，泄漏以及淤泥的后处理等i i u j 题。 2 2 湿法烟气脱硫系统腐蚀与防腐 湿法烟气脱硫【自】临一个重要问题就是腐蚀问题。脱硫系统内部环境十分复 杂，固体、液体和7 i 体相互掺杂，临界温度起伏波动，化学反应交错进行，在煤的 含硫量，温度，p h 值，氯化物，氟化物，露点腐蚀，气速和沉积腐蚀等因素的影 响下，导致系统各部件的严重腐蚀。其中设备的局部腐蚀是最主要的形式。据美 囡电力研究院( e p r i ) 的测定，在f 常运行 ：况f ，f g d 系统钢制设备的腐蚀率 达1 2 5 m m a ，个别部位甚至达5 m m a 。设备的腐蚀不仅严重影响系统的稳定运行。 而目增加了维修和运行费用。1 9 9 0 年美国燃煤电，f g d 系统的运行和维修费用达 4 ，6 2 4 亿荧几。闪此，解决f g d 系统的腐蚀成为保证f g d 稳定运行的关键。 1 腐蚀情况 湿法烟气脱硫系统的吸收塔，管道，阀门和烟囱等均不同程度地产生腐蚀， 其巾最严重的是吸收塔部件。 据研究，吸收塔的腾蚀# 要发，l 二在进气区段，反应区段和烟气离丌吸收塔进 入烟囱之6 的区段。 进。t 区段腐蚀的j 三受原凼在于此处有酸雾生成，此处的烟气温度为1 5 0 。c 左 右，烟7i 中既自s o ，s 0 ，义有大量的水蒸汽， 一h 温度降至s o ，h ，o 的露点就 会有酸雾生成，酸雾确二管壁上沉积造成腐蚀。 烟气进入吸收塔之后所造成的腐蚀足多种多样的，但研究发现，吸收塔内部 的腐蚀主要是麻点膦蚀。造成麻点腐蚀的原刖足：循环使用的石灰石浆液中氯化物 的含量过商。n ：实际废水零排放的系统。t l ，循环使用的石灰石浆液中的氯化物含量 可l 铈达3 。氯化物的含量 j 要取决十燃煤l 卜1 硫氯比值和将反应产物过滤返回到石 狄彳i 浆制备系统的循环水量。 净化炯。l 离j 帔i 救塔| f 寸的温度为5 4 6 0 ，吸收塔出l _ _ l 到烟囱入口这一段的 腐蚀状况随烟。i 温度用j 煳气组成的不同昕异。山j 一吸收塔出口安装的除湿装置不可 能伞酃脱除坎带的顺粒物和舱雾，所以这。区段的腐蚀有麻点腐蚀和裂缝腐蚀两 种。 湿浊划气脱硫系统l 的吸收塔对删气1 is o ，s o ；的脱除率一般为9 0 浙江犬学硕一f 。学位论义 9 5 ，净化后赳列7l q ，s o ，的含量多为1 0 0 ，一5 0 0 p p m 烟气中s 0 2 ，s o ) 与水蒸汽反 应生成的硫酸和业硫酸，即使浓度很低也会造成局部腐蚀。许多研究表明吸收塔 出r 】烟气中水蒸气接近饱和时，冷凝液中的硫酸合营均在5 咀下。 由于烟气中氯化氧分压很低，在i l 及收塔出到烟囱进r 1 这一段管道中生成的 盐酸最高浓度h 能达到i 3 ( 、v 【) 。 综上所述，造成滞法烟气脱硫系统腐蚀的丰_ 要闪紊是烟气中的硫氧化物，氯 化氢及烟7i 温度 2 3 安装烟气脱硫装置对烟囱可能造成的影响 烟肉的主要目的在j 二j 。，i i 自然的抽力将烟气扩散到环境标准允许的程度。本世 纪3 0 年代仝5 0 年代的炯囱大多都是低于5 0 水的砖烟囱，烟囱设计主要考虑大气 中风速的影u 忆聒柬随荷劳动力价格的上升和钢材性能的提高，钢烟囱逐渐取代了 砖划囱，烟囱的高度 。篮依据锅炉所需的抽吸力水订算。进入水世纪6 0 年代以后， 世界| _ f 益关渡吓境污染问题，环保法规要求烟囱有足够的高度把烟气排向空中l 司时 保证地而的污染物浓度小f 规定值。对于高达1 0 0 m3 0 0 m 的烟囱，钢筋混凝。l 烟 囱以其自身的优势z - 捌了t 导地位。 t 豸烟囱摊放虽具有定的经济环境效果，但它并未能减少s o ，等有害物的排旅 总量，距电，较远处( 1 0 2 0 k m ) 地面的s o ，浓度基本上与烟囱高度无关。这样， 局部地区的环境改善会导致长远的、对其它地区的环境破坏。因此，国外在采用高 烟囱的司时，纷纷采用汛式烟气脱硫技术( f g d ) 来降低s o ，的排放浓度。 湿式烟气脱硫装置的安装刑烟囱的运行产生了膊蚀、剩余静压、应力等问题。 腐蚀：增装脱旅装置莳。烟囱内烟气的温度较高，般为1 5 0 1 8 0 ，没自 形成s o 、冷凝的条件，日冈则气温度高，空气和炯气密度差人，烟囱自抽吸力强， 整个烟囱人部分处】：m 脏运行，因此腐蚀问题小会太严重。增加脱硫装置后，尽管 大部分硫的氧化物在删气脱硫装置中被脱除，! 仍存在严重腐蚀的町能性。这是闲 为，从湿式脱梳塔q j m 来的烟气中通常水分较高而其烟气温度通常在酸露点以下， 即使烟气在8 0 的低温下玎始凝结最终形成的硫酸浓度也是桐当之高的。另外，烟 气从脱硫塔i _ | 1l 电会携带氧离f ，这i 刊样会对烟幽内衬产生腐蚀作用。 剥余压力：1 、仪戢内衬易受到娴气腐蚀，烟气还一u 以通过砖内衬向外渗透。因 此，何必要保持烟气埘耶境的负压。即使在负爪的情况下，如果压力差太小，扩散 过槲山会导致煳气穿过砖内衬。炯气在穿过砖内衬时会冷却并住其中或与其外表面 卜冷上并；疑结窜过内孙拘热炯气叫j 的腐蚀性物质也会在温度较低的混凝十筒身l 凝结。 j 、i 力：删i & l m i 烟7 湍，lj 耍的分们】不均匀，处j 小州的温j 耍状念，山于热胀冷缩会 产i 力导致削川损坏。娴嘲受濑度影响锹人，娴囱产乍裂缝就主要是山于冷念娴 囱( 术投运期的i i 芹刷热态烟囱( 投运期) 的简罐内外温筹产生的湍度应力 浙江大学硕士学位论文 所引起的。冷奄烟囱的 温差受当地气温、l x l 速、风向、同照强度及周i 珂环境多 种凶素的影响，最人r j _ 【 温差一般发生在夏季、位于烟囱的东或西侧，使筒壁内侧 产生抗应力i t 与筒型混凝_ | - 的干缩相结合，宵可能在筒壁内侧出现细微的纵向裂 缝。热态烟幽在运行蟛j 受烟7 i 高温的影响，在筒壁内外产生温差，从而产牛温度应 力使简鼙外侧h 现纵向裂缝。 内衬的作用存j 二使筒身免遭烟。e 的热应力作用和腐蚀，目前烟囱内衬大多采用 普通的红砖砌制，它们会产，生如卜所述的腐蚀问题圮其是对于增装f g d 的锅炉。 已有报道在增装脱硫装罱后炯气温度低，湿度大而且有强烈腐蚀性的情况下采用耐 酸砖作内衬的报道。另外，在前苏联布尔施腾斯克电j 一的3 号烟囱采用筒身和内衬 之涮有空气雅的结构以保汪烟囱负压运行，减轻筒身腐蚀，测试结果证明其性 能良好。在荚i l ，州有儿i 家电厂的机组的钢烟囱在机组增装脱硫装置后采用。种 抗腐蚀的合金惹层( r e s i s t a 。c l a dp l a t e ) 求提高娴肉的抗腐蚀能力。玻璃钢内衬也能 够很好地解决低温高湿度烟气的腐蚀问题。然而，以保证f g d 停运时机组能短期 运行，而玻璃钢会j 捌) | 二法承受高温烟气遭破坏。， 2 = 4 试验研究的基本方法及主要内容 在研究某种自然规象的机理时，最为可靠的方法是对实物直接进行试验。然 而很多情况f 进行实物试验，小仅代价高昂，而且很能难进行。甚至不可能进行。 因此，利用模型史验柬冉现事物本质的模型研究，在现代科学技术的研究和发展中 得到越来越，泛应用。物理模化和数学模化是模化研究的主要手段。对某电4 ，5 号机组烟囱的流体动力特性我们将采用物理和数学模化相结合的方法进行深入研 究。 埘r 某电f 炯气脱硫装霄安装后对现有烟囱影响的主要研究内容包括： 一建立l ：2 0 的某电厂烟囱模型试验台架及系统，基于模化相似理论研究在安装 烟气脱硫装置n dj l j 炯嘲内炯气的流场，压力场的变化； 建立某，u 删l = 蔓j 内湍流汁算的数学模型，计算出安装烟气脱硫装置日u 后，烟 囱内的流场，湍j 复场及j f 、力场分柿： 根掘模，弘试验f i 架的试验纬果和数学模型的计算结果，确定安装烟气脱硫装 置后烟囱内破i 对l7 q i lj jb l # , , j t j 及i ：压的x 域，咀进行处理。 提出装电厂烟嘲处理方案。 分机试翰的j 况( l10 个l ：况，3 0 项内容) ： 某电。1 奠装删气脱硫装篱i u 的姆j 囱运行情况( 共6 个j ：况) i 一况吲颓定叛荷i - 的她啕运行情况( 烟气量为1 2 3 0 0 0 0 n m 弧，温度1 5 0 v ) l 州i & l 内删l 流场乏埘i 毓嘶的冲刷区域偿t 佰模型试验和物理模型试验1 。 2 烟i 翻内溺度场的分如( 数值模，弘试验) ， 3 烟嘲内j i 、j j 场分们( 数位模型试验和物理模掣试验) 。 浙江犬学硕上学位论文 工况：电j 负荷为s o f f , 烟囱运行怙况( 炯气量为1 0 8 2 4 3 8 n m 3 h ，温度1 5 0 ) 1 烟囱内烟气流场及对肇的冲刷区域( 数值模型试验和物理模型试验校核) 2 烟囱内浠度场的分柑( 数值模型试验) 。 3 烟囱内爪匀场分4 q i ( 数值模型试验和物理模型试验校核) 。 工况= 电j 负茼为6 5 的炯肉运行情况( 烟气量为1 0 1 4 7 2 6 n m 3 h ，温度1 5 0 。c ) 1 烟囱内烟气流场及对擘断的冲刷区域倦2 值模型试验和物理模型试验校核) 2 烟囱内温度场的分布( 数值模型试验) 。 3 烟囱内“、力场分4 1 i ( 数值模型试验和物删模型试验校核) 。 上况m q 电额定为5 0 0 , j 烟囱运行情况( 烟气量为8 4 4 8 0 0 n m 3 h ，温度1 5 0 ) 1 烟囱内煳气流场及对壁面的冲刷区域( 数值模型试验和物理模型试验校核) 2 烟囱内泓度场的分布f 数值模型试验) 。 3 烟i ；每ij 勾i 力场分布f 数值模型试验和物理模型试验校核) 。 1 况五单台机组满负荷运行，另台机组停机的烟囱运行情况 1 烟囱内饵划气流场及对壁面的冲刷j 并域( 数值模型试验和物理模型试验校核) 。 2 烟囱内濡度场的分布( 数值模型试验) 。 3 烟囱内j l 三力场分响“数值模型试验和物理模型试验校核1 。 工况六台机组负荷为9 5 ，另台机组负荷为6 5 的烟囱运行情况 1 烟囱内烟气流场及对蹙面的冲刷区域f 数值模型试验和物理模型试验校核) 。 2 烟囱内温度场的分4 1 j ( 数值模型试验) 。 3 烟囱内压力场分布( 数值模型试验和物理模型试验校核) 。 某电厂安装蜊气脱硫装胃后的烟囱运行情况f 共4 个工况1 工况一电j 额定负荷i - v , j f q 囱运行情况( 烟气量为1 3 0 6 2 0 9 n m 3 h ，温度8 0 。c ) 1 烟囱内烟i 流场及对壁面的冲刷k 域( 数值模刑试验和物理模型试验) 。 2 烟囱内温度场的分布( 数值模型试验) 。 3 烟囱内压力场分4 1j ( 数值模犁试验和物理模型试验) 。 工况二电j 负荷为8 0 i ( , 3 烟囱运行情况( 烟气量为11 4 9 3 4 0 n m 3 h ，温度8 0 。c ) l 烟囱内烟7i 流场及对肇面的冲刷k 域( 数值模型试验和物理模型试验校核) 2 烟肉内湍度场的5 ) 4 1 i ( 数值模型试验) 。 3 烟囱内川、力场分币，( 数值模型试验和物理模型试验校核) 。 工况2 7 电伍衙为6 5 1 j = j = l l & l 运行陆况( 烟7i 量为1 0 7 7 6 5 i n m 3 h ，温度8 0 ) l 烟肉内娴气流场及刈啭听的冲刷区域( 数值模型试验和物理模型试验校核) 2 ：h ；| 肉内涡心场的分们( 数值模型试验) ， 3 划| 女i 内”力场分如( 数值摸，叫试验利物圳摸j 社试验校核) 。 ! 。况l j q 【_ ：_ j 劫f 定为5 0 1 i ) i 1 1 女1 运行情况( 月“i 毓为8 9 7 2 7 0 n m 3 h ，温度8 0 ) 浙江大学硕士学位论文 l 烟囱内烟气流场及对壁面的冲刷区域( 数值模型试验和物理模型试验校核) 2 烟囱内温度场的分布( 数值模型试验) 。 3 烟囱内压力场分和( 数值模型试验和物理模犁试验校核) 。 浙江大学硕士学位论文 第三章脱硫后排烟对烟囱性能的试验系统和方法 3 1 引言 锅炉机组增装脱硫装置后，组织好合理的烟气动力场对烟囱的安全运行尤为重 要，它与烟囱内征压区分布、内衬和筒身的腐蚀密切相关，直接影响到烟囱的寿命。 但至今尚未见采用数学模型来描述烟囱内流动状况的报道，热态模化试验又存在诸 多困难，因此我们根据模化理论的原则，选择采用等温模化试验来模拟烟囱内的不 等温度流动过程。 通过烟囱内气流的模化试验，了解气流在烟囱内的旋转强度。旋涡区分布及旋 涡上升高度的规律。从而对防止烟囱冲刷、腐蚀和改善烟囱运行状况等措施的采取 起指导作用。 3 2 烟囱的主要参数和特征 物理模型研究的基础是电厂现有的烟囱。图3 一l 和3 。2 分别给出了某电厂4 、5 号机组所用烟囱在安装烟气脱硫装置前后的外形尺寸及进1 2 1