CN107308807A - 一种模拟工业烟气干法脱硫的实验装置 - Google Patents
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Abstract
一种模拟工业烟气干法脱硫的实验装置及方法，其属于烟气脱硫技术领域。包括模拟工业烟气生成装置、多孔进气装置、反应塔、烟气分析仪、数据采集装置和尾气处理部分。模拟烟气生成装置包含烟气加热炉，能够对模拟烟气加热。多孔进气装置由主进气管和进气支管组成，主进气管和进气支管上均布置有气孔，保证烟气与脱硫剂的充分接触。反应塔顶部与底部采用耐高温密封盖密封，方便脱硫剂更换。脱硫前后的烟气成分由烟气分析仪在线记录，脱硫后烟气通入尾气处理装置。脱硫过程的气体流量、温度、压力信号均由数据采集装置实时采集。该装置具有脱硫速率快、安全可靠、操作简便的优点，能够实现单一变量控制，对掌握烟气干法脱硫技术具有基础意义。
Description
技术领域
本发明属于烟气脱硫技术领域，涉及到一种模拟工业烟气干法脱硫的实验装置。
技术背景
随着世界经济的快速发展，工业化、城市化脚步加快，工业烟气污染现已成为21世纪最严重的环境问题，其特点是污染范围广、污染物产生量大、造成环境酸化严重。SO2是工业烟气中主要的酸性气体之一，烟气脱硫技术近年来备受关注。湿法脱硫技术已经取得了成熟的发展，但是该方法存在设备腐蚀严重、维护费用高及易造成二次污染等不足，因此干法脱硫技术称为现阶段烟气脱硫技术的研究热点。目前，实验室烟气干法脱硫实验装置仅仅对烟气成分进行模拟，而没有考虑排放烟气的温度因素，缺少工业烟气温度对脱硫效率的影响分析，从无法为烟气余热回收利用提供参考；此外，现有的干法脱硫实验装置无法保证烟气与脱硫剂的充分接触，而且烟气流量的变化会对脱硫的稳定性有很大影响，普遍存在脱硫时间长，脱硫剂利用不充分等不足。因此，十分有必要提供一种能够考虑烟气温度的、提高脱硫稳定性和脱硫速率的干法烟气脱硫实验装置。
本发明就是为了克服现有实验装置的不足，提供了一种具有多孔进气装置的模拟工业烟气干法脱硫实验装置。模拟烟气经加热炉加热成为高温烟气，由多孔进气装置进入反应塔，烟气通过多孔进气装置的主进气管与进气支管上的气孔与脱硫剂充分接触，进行SO2的脱除。本发明操作简便，安全可靠，脱硫速率快，能够实现单一变量控制，适用于实验室研究烟气脱硫工艺条件，进而为实际工业烟气脱硫技术提供参考。
发明内容
本发明的目的在于提供一种操作简便、稳定性好、烟气分布均匀、脱硫速率快且能够模拟高温工业烟气的干法脱硫实验装置及方法。
为了达到上述目的，本发明通过下列途径实现：
一种模拟工业烟气干法脱硫的实验装置，包括模拟工业烟气生成装置、多孔进气装置、反应塔、烟气分析仪、数据采集装置和尾气处理部分。
模拟工业烟气生成装置包括高压储气瓶、减压阀、针型阀、气体质量流量计、单向阀、安全阀、气体缓冲罐、蒸汽发生器和加热炉A；每种气体的高压储气瓶都连接一个减压阀，减压阀之后依次连接针型阀、气体质量流量计、单向阀；不同气体经单向阀流入气体缓冲罐充分混合，气体缓冲罐前端连接压力传感器和安全阀，实时监测系统压力，进行安全防护；气体缓冲罐出口一端与烟气分析仪相连，另一端与蒸汽发生器相连；蒸汽发生器与加热炉A入口相连，加热炉A出口经湿式流量计与多孔进气装置相连。
多孔进气装置由反应塔底部接入，使烟气进入反应塔反应；反应塔塔体为竖直放置圆柱形结构，反应塔顶部设有进料口与烟气出口，底部连接多孔进气装置，烟气出口连接冷却除水装置；反应塔外部包裹竖直放置的加热炉B，用于维持反应温度恒定，加热炉B底部通过支架固定在地面；反应塔底部接有温度传感器。
烟气分析仪分别与气体缓冲罐出口及冷却除水装置连接，用于在线分析脱硫前后模拟工业烟气成分。
数据采集装置包括工控机和数据采集模块，数据采集模块与装置中的气体质量流量计、温度传感器和压力传感器连接，能够对实验过程参数实时采集。
尾气处理部分进行尾气的净化，用氢氧化钠进行二氧化硫的吸收，并加入苯酚作为指示剂，可根据模拟工业烟气流量大小选择不同容积的洗气瓶。
所述气体缓冲罐为圆柱形结构，内有中空中心柱，中心柱出口与混合室底部距离为2cm；气体缓冲罐前端连接安全阀，增强安全防护。
所述加热炉A对进入反应塔的烟气进行高温加热，可以模拟高温工业烟气，与工业实际情况更接近，能够实现烟气温度对脱硫效果的影响测试；所述加热炉A管内放置石英砂，用于增加气流扰动，稳定气体流速，使烟气充分加热。
装置中含水蒸气的气体管路外均包裹保温棉，保证水蒸气顺利进入反应塔中参反应。
反应塔底部与顶部均采用可拆卸耐高温密封盖密封，顶部密封盖可作进料口用于向反应塔中添加脱硫剂，所述顶部密封盖上设置有烟气出口。
所述多孔进气装置与反应塔底部密封盖连为一体，所述底部密封盖与反应塔底部连接处有密封胶圈垫封。
所述多孔进气装置由主进气管和进气支管组成，进气支管分布在主进气管四周，主进气管与进气支管上均有均匀分布的气孔，增加烟气在脱硫剂中的流动通道，使气体与脱硫剂充分接触，能有效缩短脱硫时间，提高脱硫剂利用率。
本发明提供的一种模拟工业烟气干法脱硫的实验装置及方法，模拟烟气组成及含量可根据需要调节，能够对不同行业的工业排放烟气进行脱硫实验；多孔进气装置保证了烟气与脱硫剂均匀充分接触，提高脱硫速率与脱硫剂的利用率；实现单一变量控制，分别可以分析烟气温度、水蒸气含量、烟气流量、反应床层温度等因素对脱硫效果的影响；反应塔中可以放置不同种类的脱硫剂及不同改性方法处理的脱硫剂，能够测试脱硫剂种类及不同改性方法的脱硫效果。
附图说明
图1为一种模拟工业烟气干法脱硫的实验装置结构示意图。
图2为本发明的反应塔及多孔进气装置结构示意图。
图3为传统脱硫实验装置的反应塔及进气系统结构示意图。
图中：1为高压储气瓶；2减压阀；3针型阀；4气体质量流量计；5单向阀； 6压力传感器；7安全阀；8气体缓冲罐；9针型阀；10烟气分析仪；11针型阀； 12蒸汽发生器；13针型阀；14质量流量计；15气体管路保温棉；16加热炉A； 17针型阀；18湿式流量计；19多孔进气装置；20反应塔；21加热炉B；22温度传感器；23烟气出口；24冷却除水装置；25尾气吸收装置；26数据采集装置；191反应塔底部密封盖；192主进气管道；193进气支管；194气孔；201反应塔顶部密封盖；202脱硫剂负载金属网。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明做进一步详细、完整的说明。
图1所示为本发明实验装置结构图，下面按照图中所示加以说明。
脱硫实验的具体操作方法为：SO2、N2、O2经过高压储气瓶1流出，减压阀 2调节流出压力，经针型阀3调节气体流量、质量流量计4测量气体流量，然后经单向阀5进入气体缓冲罐8充分混合；打开针型阀9，烟气进入烟气分析仪 10进行模拟烟气成分分析；烟气分析完成后关闭针型阀9，打开针型阀11和13，烟气与蒸汽发生器产生的水蒸气混合，进入加热炉A16加热，形成高温模拟工业烟气，凡有水蒸气流过的气体管路外均包裹保温棉，防止水蒸气液化；含水蒸气的模拟烟气经湿式流量计18测量烟气流量，由多孔进气装置19进入反应塔20；烟气通过多孔进气装置的主进气管192与进气支管193上的气孔194与反应塔20中的脱硫剂充分接触，进行SO2的脱除；脱硫之后的烟气由反应塔顶部的烟气出口23流出，经过冷却除水装置24冷却除水后进入烟气分析仪10进行成分分析；由烟气分析仪流出的尾气进入尾气处理装置25，SO2与NaOH溶液反应被吸收，剩余气体排放至大气中，对环境无污染。
吸附完成后，脱硫剂的更换方法为：断开烟气出口23与多孔进气装置19 处的快速接头，将整个反应塔20连同多孔进气装置19由加热炉B21下部取出；打开反应塔顶部的密封盖201，将吸附饱和的脱硫剂由反应塔顶部倒出；将多孔进气装置19放入反应塔20，由反应塔上部向反应塔中加入新鲜脱硫剂，将反应塔顶部密封盖201放置在反应塔顶部，并连接好多孔进气装置19与烟气出口23 处的快速接头，即可进行下一次的实验脱硫实验测试。
该实验装置能够模拟不同行业的排放烟气，可通过改变高压储气瓶1的种类，调节储气瓶前的针型阀3改变模拟烟气中各组分的浓度。
该烟气干法脱硫实验装置操作简单，可实现单一变量控制。
加热炉A16的加热范围为80-200℃，与实际工业过程烟气排放温度接近，通过调节加热炉A16的工作温度，能够分析烟气排放温度对脱硫效率的影响，进而为工业锅炉尾气的余热回收利用提供参考；通过针型阀13来调节模拟烟气中水蒸气的含量，分析烟气中水蒸气含量对脱硫效果的影响；调节针型阀17能够控制进入反应塔的烟气流量，进而分析烟气流量对脱硫效率的影响；改变加热炉B21的工作温度，可以分析床层温度对脱硫效率的影响；
图2所示为本发明的多孔进气装置19与反应塔20的结构示意图。多孔进气装置由反应塔底部密封盖191的中心穿过，二者连为一体。该多孔进气装置由反应塔底部伸入脱硫剂床层，主要包括反应塔底部密封盖191，主进气管192，进气支管193，进气支管分布在主进气管四周；主进气管与进支管上均匀分布气孔194，气孔的直径与数量可根据烟气流量进行适当调整。
图3所示为传统脱硫实验装置的进气管路与反应塔结构示意图。在反应塔中部偏下的位置放置有脱硫剂负载铁丝网202，用于负载脱硫剂，烟气由反应塔底部进入至下而上进入脱硫剂床层，与脱硫剂发生反应。
在模拟烟气组成为：O2体积分数5％，SO2入口浓度2000ppm，水蒸气体积分数10％，N2作为平衡气，烟气温度为120℃，烟气流量0.4L/min，反应床层温度80℃，活性炭12g的条件下，分别采用图2与图3所示的进气装置进行脱硫实验。采用图2所示的多孔进气装置的脱硫吸附平衡时间为150min，脱硫剂的硫容量为98mg/g；采用图3所示的进气装置，脱硫的吸附平衡时间为175min，脱硫剂的硫容量为62mg/g。结果表明，本发明提供的多孔进气装置能提高脱硫速率，增大脱硫剂的利用率。
Claims (8)
1.一种模拟工业烟气干法脱硫的实验装置，包括模拟工业烟气生成装置、多孔进气装置、反应塔、烟气分析仪、数据采集装置和尾气处理部分；其特征在于，模拟工业烟气生成装置包括高压储气瓶、减压阀、针型阀、气体质量流量计、单向阀、安全阀、气体缓冲罐、蒸汽发生器和加热炉A；每种气体的高压储气瓶都连接一个减压阀，减压阀之后依次连接针型阀、气体质量流量计、单向阀；不同气体经单向阀流入气体缓冲罐充分混合，气体缓冲罐前端连接压力传感器和安全阀，实时监测系统压力，进行安全防护；气体缓冲罐出口一端与烟气分析仪相连，另一端与蒸汽发生器相连；蒸汽发生器与加热炉A入口相连，加热炉A出口经湿式流量计与多孔进气装置相连；多孔进气装置由反应塔底部接入，使烟气进入反应塔反应；反应塔塔体为竖直放置圆柱形结构，反应塔顶部设有进料口与烟气出口，底部连接多孔进气装置，烟气出口连接冷却除水装置；反应塔外部包裹竖直放置的加热炉B，用于维持反应温度恒定，加热炉B底部通过支架固定在地面；反应塔底部接有温度传感器。烟气分析仪分别与气体缓冲罐出口及冷却除水装置连接，用于在线分析脱硫前后模拟工业烟气成分。数据采集装置包括工控机和数据采集模块，数据采集模块与装置中的气体质量流量计、温度传感器和压力传感器连接，能够对实验过程参数实时采集。尾气处理部分进行尾气的净化，用氢氧化钠进行二氧化硫的吸收，并加入苯酚作为指示剂，可根据模拟工业烟气流量大小选择不同容积的洗气瓶。
2.根据权利要求1所述的实验装置，其特征在于，所述气体缓冲罐为圆柱形结构，内有中空中心柱，中心柱出口与混合室底部距离为2cm。
3.根据权利要求1或2所述的实验装置，其特征在于，所述气体缓冲罐前端连接安全阀，增强安全防护。
4.根据权利要求3所述的一种模拟工业烟气干法脱硫的实验装置，其特征在于，所述加热炉A管内放置石英砂，用于增加气流扰动，稳定气体流速，使烟气充分加热。
5.根据权利要求1、2或4所述的实验装置，其特征在于，模拟工业烟气干法脱硫的实验装置中含水蒸气的气体管路外均包裹保温棉，能够保证水蒸气顺利进入反应塔中反应。
6.根据权利要求5所述的实验装置，其特征在于，反应塔底部与顶部均采用可拆卸耐高温密封盖密封，顶部密封盖作为进料口用于向反应塔中添加脱硫剂；所述顶部密封盖上设置有烟气出口，烟气出口与后续烟气流出管路通过快速接头连接，方便脱硫剂的更换。
7.根据权利要求6所述的实验装置，其特征在于，所述多孔进气装置与反应塔底部密封盖连为一体，所述底部密封盖与反应塔底部连接处有密封胶圈密封。
8.根据权利要求6或7所述的一种模拟工业烟气干法脱硫的实验装置，其特征在于，所述多孔进气装置由主进气管和进气支管组成，进气支管分布在主进气管四周，主进气管与进气支管上均有均匀分布的气孔，增加烟气在脱硫剂中的流动通道，使气体与脱硫剂充分接触，能有效缩短脱硫时间，提高脱硫剂利用率。
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