（环境工程专业论文）中小型燃煤锅炉及工业炉窑烟气除尘脱硫设备的研究.pdf

武汉理工大学硕士学位论文 摘要 本论文对我国中小型燃煤锅炉烟气除尘脱硫技术研究的意义、现状进 行综述，对新研制的中小型燃煤锅炉烟气除尘脱硫一体化设备一文氏栅洗 涤器的研究进行了详细总结，预测了该领域近期的技术发展。 文氏栅洗涤器为复合净化机理烟气除尘脱硫一体化洗涤设备。洗涤器 前置部分是构造独特的文氏栅。文氏栅洗涤器由供液喷雾系统、文氏栅和 旋流分离器组成。 实验研究结果表明，其较佳的运行参数为： ( 1 ) 旋流分离器风速：( 1 6 1 8 ) r r d s ； ( 2 ) 再生液p h 值：9 1 2 ( 3 ) 再生液 n a + 】：( 0 1 0 - 3 ) m o l l ： ( 4 ) 液气比：( o 3 0 8 ) l m 3 ； 文氏栅洗涤器对燃煤烟气的除尘效率达( 9 0 9 5 ) ，对s 0 2 浓度小 于1 2 0 0 p p m 的烟气的脱硫效率可达9 0 左右，洗涤器的总阻力仅为 1 0 7 8 p a ( 1 1 0 m m h 2 0 ) 。 试验结果表明：文氏栅洗涤器能使燃煤烟气的烟尘和二氧化硫达标排 放。 采用双碱脱硫工艺，缓解了供液循环系统结垢、堵塞及系统腐蚀，提 高了系统运行的可靠性。以价格低、来源广的石灰或石灰石做脱硫剂，降 低了脱硫费用。吸收液供应系统为闭路循环，彻底消除了除尘脱硫污水的 二次污染。 与国内外同类燃煤烟气除尘脱硫设备相比，文氏栅洗涤器具有体积小、 除尘和脱硫效率高、设备总阻力低、操作弹性好等优点，是用于燃煤烟气 除尘脱硫的理想设备。文氏栅洗涤器具有良好的组合特性，适用的烟气量 范围广。因此，其不仅适用于中小型燃煤锅炉。也可用于各类工业窑炉和 大型电站锅炉，具有广阔的开发前景。 关键词：中小型燃煤锅炉烟气除尘脱硫文氏栅洗涤器 武汉理i ：人学硕士学位论文 a b s t r a c t t h i s p a p e rb r i e f y i n t r o d u c e st h e s i g n i f i c a n c e s a n d p r e s e n t t e c h n i c a l s i t u a t i o n ao ff l u e g a sd e s u t p h u r i z a t i o n ( f g d ) a n dd e d u s t i n go ff l u eg a sf r o m m i d d l ea n ds m a l l s i z e dc o a l f i r e db o i l e r s ，a n dp r e s e n t si n d e t a i lt h er e s e a r c h r e s u l t so fd o u b l ef u n c t i o nd e v i c e sw i t l ld e d u s ta n dd e s u l f r i z e v n t u r ir a i l i n g s c r u b b e r s ，a n da l s op r e d i c t st h et e c h n i c a ld e v e l o p i n gt e n d e n c i e si nt h i sf i e l di n t h ef u t u r e t h ev e n t u r ir a i l i n gs c r u b b e ri sak i n do fw e te q u i p m e n tw i t hc o m p o u n d m e c h a n i s m sf o rc o a l f i r e df l u eg a ss c r u b b i n g t h ef o r m e rp a r t sa r et h en e w v e n t u r ir a i l i n gs t r u c t u e v e n t u t ir a i l i n gs c u b b e ri sc o n s i s t e do fs u p p l y i n gl i q u i d s y s t e m ，v e n t u r ir a i l i n ga n d a x i a ld e m i s t e r t h er e s e a r c hr e s u l t si nl a bs h o w e dt h a t t h e i r o p t i m u mo p e r a t i o n p a r a m e t e r s a r e ； ( 1 ) a i rv e l o c i t yi nc r o s s s e c t i o no f a x i a lc y c l o n e ：( 1 6 1 8 ) m s ( 2 ) t h ev a l u e sp h i nt h er e c y c l i n gs o l u t i o n ：9 l2 ( 3 ) t h ec o n c e n t r a t i o n o fi n a + i nt h er e c y c l i n gs o l u t i o n ：( o i 0 3 ) m o l l ( 4 ) t h er a t i oo fl i q u i dt og a s ：( 0 3 - 0 8 ) l m 3o r s o t h ek i n do fs c r u b b e rh a sh i 曲e rd e d u s t i n ga n dd e s u f u r i z i n ge f f i c i e n c i e s t h e d e d u s t i n g e f f i c i e n c i e so ft h ek i n do fs c r u b b e r a b o v em e n t i o n e d a r e ( 9 0 - 9 5 ) ，a n dt h es 0 2 r e m o v a lr a t i o sf o rf l u eg a sa r ea b o u t9 0 a t12 0 0 p p mo fs 0 2c o n c e n t r a t i o n ，t h ep r e s s u r ed r o p s o fb o t hs c r u b b e r sa r e o n l y 10 7 8 p “11o m m h 2 0 ) t h er e s r a r c hr e s u l t ss h o w e dt h a tt h es c u b b e rc a nm a k ef l u eg a se m i s s i o n c o n c e n t r a t i o n sc o n f o r m t os t a t ee m i s s i o ns t a n d a r d so fd u s ta n ds 0 2 c o m p a r e d w i t ho t h e rs c r u b b e r sa th o m ea n da b r o a d ，t h ea d v a n t a g e so ft h e 武汉理工大学硕士学位论文 k i n do fs c r u b b e ra r es m a l l e ri ns i z e ，h i 曲e ri nr e m o v a le f f i c i e n c i e so fd e d u s t i n g a n dd e s u l p h u r i z i n g ，a n dt h e ya r eg o o de q u i p m e n tf o rf l u eg a sd e s u l f u r i z a t i o n a n dd e d u s t i n g ，b e c a u s et h ek i n do fs c r u b b e rc a r lb ec o m b i n e da n da r r a n g e d r a s i l y , t h e ym a y b ea p p l i e dt od i f f e r e n tf l u eg a sr a t e s t h e r e f o r e ，t h ek i n do f s c r u b b e ri sn o to n l ys u i t a b l ef o rm i d d l ea n ds m a l l s i z e db o i l e r sb u ta l s oo t h e r i n d u s t r i a lf u r n a c e so rc o a l - f i r e dp o w e rs t a t i o nb o i l e r s i t sa p p l i e dp r o s p e c t sa r e v e r yb r o a d k e yw o r d ：m i d d l ea n ds m a l l s i z e d c o a l f i r e db o i l e r sa n d i n d u s t r ys t o v e s ， d e s u l p h u r i z a t i o n a n dd e d u s t i n go ff l u e g a s ，a v e n t u r i r a i l i n g s c r u b b e ra r ew e te q u i p m e n t 此页若属实请申请人及导师签名。 独创性声明 本人声明，所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的 地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不 包含为获得武汉理工大学或其它教育机构的学位或证书而使用过 的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文 中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生签名：越均因1 日期墨竺! 盎丝：! 篁 关于论文使用授权的说明 本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定， 即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学 校可以公布论文的全部内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段 保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 研究生签名：私均鲤i 导师签名：丕j 5 垒基 注：请将此声明装订在论文的目录前。 日期士丝蛭朋夕 武汉理1 ：人学硕士学位论文 第一章引言 1 1 课题的提出 酸雨对人类产生着最直接、最严重的危害。形成酸雨的根本原因是燃 煤过程向大气中排放大量的硫氧化物等酸性气体。我国是以煤为主要能源的 国家。随着我国国民经济持续高速发展，能源的消耗量逐步上升，大气污染 物的排放量相应增加。目前我国年耗煤量约1 2 亿吨，约占一次性能源的7 0 。燃煤年排放的烟尘量和s 0 2 量均在2 0 0 0 万吨以上。其中燃煤产生的s 0 2 排放量占s 0 2 排放总量的8 0 以上，燃煤产生的烟尘和s 0 2 是我国主要的 污染源。就我国的经济和技术发展水平及能源的结构来看，以煤炭为主要能 源的状况在今后相当长时间内不会有根本性的改变。我国的大气污染仍将以 煤烟型污染为主。因此，控制燃煤烟气污染是我国改善大气质量、减少酸雨 和s 0 2 危害的关键问题。据有关资料分析1 1j ，我国的大气污染呈上升趋势： 1 9 8 5 年为1 3 1 4 万吨；1 9 9 0 年为1 7 5 2 万吨，居世界第三位；1 9 9 5 年达2 3 7 0 万吨，已跃居世界第一位，是十年前( 1 9 8 5 年) 的1 8 倍。而且随着煤炭消 耗量的增加，s 0 2 的排放量每年以3 卅的速度递增。由此引起的酸雨( p h 值 a 2 a 3 ) ，在 某一固定喉部参数的条件下，测定不同喉管和旋流器风速、不同喷液量( 即 不同液气比) 下文氏栅及洗涤器的阻力，测定结果见表3 - 3 1 、表3 - 3 2 和表 3 - 3 3 所示。 武汉理工大学硕士学位论文 表3 3 1 14 文氏栅阻力及洗涤器阻力( 喉部单流道截面积为a 1 ) 表 旋风器j x l 速喉管风速喷液量文氏栅阻力洗涤器阻力 ( m s )( m s )( 1 ， 1 )( p a )( p a ) 61 1 4 21 5 04 53 1 0 91 7 1 32 3 0 1 5 56 7 5 1 32 4 7 53 4 02 5 51 2 8 0 1 63 0 4 54 1 73 2 01 8 8 0 2 03 8 75 0 04 2 02 8 6 0 2 7 65 2 65 0 07 1 05 3 0 0 表3 3 22 4 文氏栅阻力及洗涤器阻力( 喉部单流道截面积为a 2 ) 表 旋风器风速喉管风速喷液量文氏栅阻力洗涤器阻力 ( m s )( m s )( 1 h )( p a )( p a ) 61 3 51 5 08 01 9 0 92 0 5 02 3 02 l o3 l o 1 32 9 2 53 4 0 3 4 05 0 0 1 63 5 9 94 1 74 9 08 0 0 2 04 4 9 95 0 07 4 01 1 0 0 2 7 66 1 8 l5 0 01 3 3 02 1 2 0 表3 3 33 ”文氏栅阻力及洗涤器阻力( 喉部单流道截面积为a 3 ) 表 旋风器风速喉管风速喷液量文氏栅阻力洗涤器阻力 ( m s )( m s )( 1 1 1 )( p a )( p a ) 61 7 4 71 5 01 9 03 6 0 92 6 2 02 3 04 0 07 6 0 1 33 78 53 4 07 0 01 4 2 0 1 64 6 5 74 1 71 0 4 02 0 8 0 2 05 8 2 25 0 01 5 5 03 2 7 0 2 7 67 5 2 55 0 02 4 5 05 2 0 0 武汉理：i ：大学硕士学位论文 以上表中的喉部风速v 为横坐标，文氏栅阻力a p 为纵坐标作v l a p 曲线见图3 3 。1 所示。 案 巴 宁 r 基 塞 “ 1jli f 二二r ：下二 二： | “寸一 一 一 。i 一_ i i l 一一一i ，! 一。、- i 一j 一 f j 一l ，- i _ fi r 一，j ：三蒡：r 一_ 一一一l 20406080 喉部风速v ( m 8 ) 图3 3 一l 文氏栅阻力与喉部风速实验曲线图 1 # 文氏栅i 2 # 文氏栅 3 # 丈氏栅l 从表3 3 1 、表3 3 2 和表3 ，3 - 3 及图3 3 1 可看出，随着喉部风速增加， 文氏栅阻力增加，在同一风速下，喉部截面缩小，文氏栅阻力也增加，其原 因是喉部过流面减小，其水力半径d e = 2 a b ( a + b ) ( a 、b 为文氏栅喉道截面 的边长) 随之减少。而在喉部，气流属湍流，气流与喉部壁面的摩擦系数随 其水力半径减小而增加。此可据顾毓珍所得的光滑管湍流阻力系数式 f = 0 0 0 5 6 + 0 5 ( g v p d e ) o ”得以解释。同样，洗涤器阻力也随喉部风速增加。 根据图3 3 1 中实验点的分布规律，用幂函数a p = a v 。5 回归得出见表 3 3 。4 中所示各型文氏栅的阻力表达式。表中的相关系数均在0 9 9 以上，说 明用幂函数表达文氏栅阻力相当适合。 表3 - 3 414 、2 “、3 “文氏栅阻力回归式表 文氏栅序号回归方程式相关系数 l ” a p = o 0 7 6 v ” 0 9 9 0 9 6 2 ” p - ：o 0 7 9 v ，” o 9 9 1 3 4 3 “ p = o 1 1 7 v ，7 7 0 9 9 5 5 3 武汉理：l 大学硕十学位论文 3 3 ，2 文氏栅阻力与液气比的关系 对2 。文氏栅，在v 1 = 2 2 8 8 m s 时，测得文氏栅阻力a p 与液气比l q 值见表3 3 5 ，并得到实验曲线见图3 3 1 。由此可见，液气比的变化对文 氏栅阻力的影响不大。实验点近似线性分布，据线性方程p = a + b ( l q ) 进行 回归得回归方程式： p 2 = 1 8 9 6 + 1 2 2 6 ( l q ) ( p a ) 其相关系数：，= 0 9 8 8 表3 - 3 5文氏栅阻力与液气比表 喷雾水量压损 l q ( l h )( p a ) 0 4 8 35 0 22 5 1 0 4 0 24 1 32 4 0 0 3 0 33 1 52 2 6 0 2 0 02 0 82 1 2 o 1 0 11 0 52 0 5 至”。 晋2 su 耋 辜 善 1 。a 1 1 。：一j ：二：一一一2 ：二；二一一l 。- 一一一1 ：二1 e 一二二：j - ；i 三二i i 二3 图3 3 1 文氏栅阻力与液气比实验曲线图 3 。3 3 文氏栅阻力经验公式的导出 由以上实验所得文氏栅阻力单因子回归公式 1 6 武汉理上人学硕十学位论文 p = f ，( v 。) p ，= r ( l q ) 可导出2 4 文氏栅阻力p 与喉部风速v 。、液气比l q 双因子近似经验 公式p = f ( v ，l q ) 将单因子回归公式p f o 0 7 9 v ，1 ”视作l q = 0 3 时，方程p = f ( v 。， l q ) 的特解之一；将单因子回归公式ap 2 = 1 8 9 6 + 1 2 2 6 ( l q ) 视作 v i = 2 2 8 4 m s 时，方程p 。= f ：( l q ) 的另一个特解。 由微分方程特解知识可得，a p 的近似表达式形式可写成： p = f ( v 1 ，l q ) = a f l ( v 1 ) f 2 ( l q ) 即：p = a v 1 “ 1 8 9 6 + 1 2 2 6 ( i , q ) 由表3 3 5 可知，v i = 2 2 8 4 m s ，l q = 0 3 时， p = 2 2 6 p a 即：2 2 6 = a 2 2 8 4 ” 1 8 9 6 + 1 2 2 6 x 0 3 。 a = 2 2 6 2 2 8 4 1 ”( 1 8 9 6 + 1 2 2 6 x 0 3 ) = 3 6 1 0 一 p = 3 6 1 0 v i i8 0 1 8 9 6 + 1 2 2 6 ( l q ) 用该经验公式计算与实验值进行比较，见表3 3 6 。 表3 3 6经验公式计算值与实验值比较表( 2 # 文氏栅) 喉部风速 1 3 52 0 2 52 9 2 53 5 9 94 4 9 96 1 8 l v ( m s ) 液气比 0 2 9o 3 0o 3 0o 3 0o 2 9o 2 2 l q ( 1 m 3 ) 实测值 8 02 0 l3 4 04 9 07 4 01 3 3 0 p ，( p a ) 计算值 8 7 71 8 3 13 54 g5 1 5 57 6 6 ，31 3 0 5 6 a p j ( e a ) 相对误差( ) ( p 厂a p ：) 8 89 84 24 93 4一1 0 p ， 1 0 0 7 武汉理一大学硕士学位论文 由表3 3 6 可知，计算值与实测值之问最大相对误差为9 8 ，最小相对 误差仅为1 ，这说明用经验公式p = 3 6 i 0 3 v 。18 1 8 9 6 + 1 2 2 6 ( l q ) 作为2 “文氏栅阻力近似计算公式是可行的。计算值与实测值间误差可能是 由测试误差，或由诸如气流流态、喷雾压力、喷棼方式等因素所致。 图3 - 3 2 是双因素经验公式曲线与实测文氏栅阻力值比较图。其它型 号文氏栅的双因素阻力经验公式亦可用类似方法获得。 140 0 0 1 2 0 0 竺 “i 0 0 0 _ r 醴8 0 o 枣 6 g0 耐 40 0 2d 0 0 i52 02 530354 0455 05 560 65 喉部风速v ( m s ) 文氏栅阻力双因素经验曲线与实验曲线图 3 3 4 文氏栅除尘效率与旋流器风速的关系 3 3 4 1 除尘效率测定 在图2 1 1 所示的实验装置水平风管上距洗涤器出口2 m 处各有- - n i l 用来采集洗涤器前后气体中的粉尘浓度。采样方法为滤膜测尘、电子