脱硫脱硝技术课程实验.docx
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脱硫脱硝技术课程实验
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:
ρ——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=ρ.g。
U形压力计的误差可达1~2mm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1g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;
ρ——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/h
QNd——标准状态下烟气流量,m3/h;
ps——烟气静压,Pa;
pα——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,500mL。
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5m/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,℃;
t2——0℃。
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2~60m/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5~30m/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Δp按下式计算:
(4.1-8)
式中:
Δp——倾斜压力计压差,Pa;
L——倾斜压力计读数,m;
γ——酒精相对密度,0.81kg/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1L/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)+H2O→SO2(液)+H2O(4.8-1)
SO2(液)+H2O→H++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10.8m,塔直径为0.8m,烟气进口烟道截面为195×210mm2的长方形进入喷淋塔内,塔内在高度5.3m、6.5m、7.7m的位置分别设置三层螺旋式喷嘴,喷口朝下。
在高度8.6m、10.2m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0.14~0.56m3/s,入口SO2浓度0.05%~0.2%,入口温度为30~120℃,浆液喷淋量10~40m3/h,吸收塔浆液pH值为5.0~6.0。
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10kg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)
1
2
3
4
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)
1
2
3
4
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)
1
2
3
4
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中SO2等反应后生成的物质,本系统中脱硫副产物为石膏。
4、脱硫效率指脱硫前后烟气中SO2浓度差与脱硫前烟气SO2浓度的比值,计算如下:
(4.8-9)
c1——脱硫前烟气中SO2体积浓度,%;
c2——脱硫后烟气中SO2体积浓度,%;
5、液气比(L/G)指循环浆液喷淋量(L/h)与吸收塔出口处烟气流量(标准湿态)的比值。
六、实验结果讨论
1、根据试验数据,找出SO2入口浓度、液气比、烟气进口温度与脱硫效率的关系,并用图形表示。
2、从实验结果标绘出的曲线,你可以得出哪些结论?
3、通过本次实验,你认为本试验在参数调节过程中还存在哪些问题?
4、注意观察吸收塔浆液pH值的变化规律,并对现象进行简要分析。
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