摘要：在我国一次能源构成中，煤占据了绝对的主导地位。目前煤的主要利 用方式还是燃烧，由于含硫量较高，煤在燃烧过程中会释放出大量的二氧 化硫（SO2） 。近二十年来，随着国民经济的迅速发展，我国的 SO2 排放量 连年增长，1995 年达到 2369.53 万吨，首次超过美国而成为世界 SO2 排放 第一大国。大量的 SO2 排放导致酸雨污染迅速发展，对工农业生产和人民 生活造成极大危害。 目前对 SO2 进行治理的主要方式是锅炉尾部烟气脱硫， 但由于国外成熟技术投资和运行费用都很高，难以为国内用户（特别是中 小用户）所接受，因此本文的一个主要目标就是在已设计的一种旨在投资 和运行费用都比较低、脱硫效率中等、适合国内市场需要的简易烟气脱硫 装置的基础上设计试验方案、完成试验操作、分析试验数据，为实际生产 中用废碱液进行烟气脱硫的应用作基础性研究。 试验研究分析了用烧碱脱硫的方法，为下一步双碱法脱硫工艺的试验 研究做了第一步的基础准备；试验过程中考察了不同风量、SO2 进口浓度、 填料球高度、喷淋量、PH 值等主要参数发生变化时对脱硫率影响的关系， 并对试验结果进行了分析讨论，本试验研究为工艺装置的设计、操作和运 行提供了所必需的基础数据；试验证明烟气脱硫的效率在较好工况条件下 可达 65.7%～89.9%是一种简易的烟气脱硫方法。关键词：湿法、烟气脱硫、二氧化硫、试验研究、双碱法Abstract：In the composition of primary energy, coal occupy the leading station in our country absolutely and most coal is burned. Because of higher sulfur content, a large amount of SO2 is released during combustion. In last twenty years, the emission of SO2 increased year by year and reached to 23.6953 million tons in 1995 ,the total amount of SO2 emission in our country had exceeded America for the first time and become the maximal contributor of SO2。 Large amounts of SO2 emission lead to acid rain developing rapidly, and endanger the production of industry and agriculture directly. Now FGD (flue gas desulfurization) is the main manner to decrease SO2 emission, but capital cost and operational cost of foreign mature technology are too expensive to accept by our consumer. So one main object of this paper is developing a kind of simple desulfurization technology, which capital cost and operational cost is lower and efficiency of desulfurization is middle. The NaOH-alkali FGD method was studied experimentally. having done the first step basic preparation for the following dual-alkali FGD process, the relation between the main affecting parameters(quantity of wind、inlet SO2 concentration、height of the ball、quantity of liquid、PH value of the absorbent solution. etc. ) and SO2 removal efficiency were studied. thisresearch provide the necessary basic data for the design、operation and performing of process device, the paper analyse and discuss the result of the experiment the test indicates that desulfurization efficiency in good conditions can achieve 65.7%～89.9%, it is a simple method of flue gas desulfurization.Keyword：wet、flue gas desulfurization、sulfur dioxide、 Experimental research、 dual-alkali目录 摘要： .............................................................................................................................. 1 目录 .................................................................................................................................... 3 第一章 SO2 的危害及其来源 ....................................................................... 51.1 环境与健康 .......................................................................................................... 5 1.2 大气的主要污染 ............................................................................................... 5 1.3 SO2 和酸雨的主要危害 .................................................................................... 6 1.4 SO2 的主要来源 ................................................................................................ 6第二章 国内外治理燃煤污染的措施 .................................................... 82.1 燃烧前脱硫（煤脱硫） .................................................................................. 8 2.2 燃烧中脱硫（炉内脱硫） ............................................................................. 9 2.3 燃烧后脱硫（FGD） .................................................................................... 10 2.3.1 干法脱硫和半干法脱硫 .................................................................... 10 2.3.2 湿法脱硫 ................................................................................................ 11第三章 冷态模拟试验装置 ......................................................................... 133.1 试验所用仪器 .................................................................................................. 13 3.2 湍球塔试验装置 ............................................................................................. 13第四章 烟气脱硫基础试验研究.............................................................. 154.1 脱硫原理 ........................................................................................................... 15 4.2 试验设计 ........................................................................................................... 16 4.2.1 正交表的选用....................................................................................... 16 4.2.2 用正交表安排试验.............................................................................. 17 4.3 试验数据处理 .................................................................................................. 19 4.3.1 正交试验数据处理 ............................................................................... 19 4.3.2 进一步试验及数据分析 .................................................................... 21第五章 实验结论 ................................................................................................ 285.1 试验数据所得结论 ......................................................................................... 28 5.2 试验设备改进提议 ......................................................................................... 29结束语 ............................................................................................................................ 30 参考文献： ................................................................................................................. 30第一章1.1 环境与健康SO2 的危害及其来源近年来我们国家出现了一个非常好的现象，那就是人们对环境问题有 了新的认识，对环境的重视程度在不断的提高。人类和环境的话题，是人 类永远的话题。 世界卫生组织在 1997 年 6 月 23 日提出的报告中曾经提出， 在每年世界发生的 13 亿 8000 万病人当中有近 1/4 的人是受到恶劣环境的 影响的；特别是包括我们国家在内的发展中国家，其环境污染日趋严重。 环境问题已经不再是一个局部地区的问题，而是整个地球范围内的问题； 环境问题不仅仅是个人健康的问题，也是关系到中华民族生死存亡和子孙 后代繁荣的大问题。防止环境污染和治理污染的环境已经是一个刻不容缓 的问题。 1.2 大气的主要污染 目前，我国城市空气污染中存在着多种污染物。这些污染物大致可以 归纳为三类：无机气体、有机化合物和颗粒物。其中无机气体主要包括： 硫氧化物、氮氧化物、一氧化碳、二氧化碳、氨、氯化物、氟化物、臭氧 等；有机化合物中主要包括：碳氢化合物、醇类、醛类、酯类、酮类等； 颗粒物中主要包括固态颗粒物即：烟尘、粉尘和扬尘等；液态颗粒物即： 酸雨、酸雾等；生物颗粒物即微生物、植物种子与花粉等。可以说当前和 以后的一个相当长的时期内，我国城市空气污染物中，最普遍和最重要的 就是二氧化硫（SO2）和尘。1.3 SO2 和酸雨的主要危害 首先，SO2 主要形成酸雨，正常情况下，在空气中约含有 350× -6 二 10 氧化碳（即 350ppm 的 CO2） ，如呈饱和状态溶解时，雨水的酸碱度（PH） 值为 5.6。所以，一般酸雨是指 PH 值小于 5.6 的降水。酸雨的成因主要是 含有由大气污染物生成的硫酸和硝酸。硫酸和硝酸的前身是二氧化硫的氮 氧化物。另外，SO2 被雨滴卷入氧化成硫酸的过程也是很重要的。 一般认为，酸雨对健康的影响有直接和间接两个方面。如果人直接接 触了酸雨酸雾，会产生眼睛和呼吸道的刺激症状，对抵抗力弱的儿童和老 年人的危害更大。在酸雨对健康的间接影响上主要体现在对生态环境的破 坏作用，使人类可用资源减少，生存环境恶化。由于植物不像人对酸雨能 够采取主动躲避的防护方式，所以直接和长期受到酸雨的腐蚀，生长就会 受到影响，农作物产量会下降。轻者可见植物叶子出现黄斑点等损害，重 者植物树木枯死。因此出现了森林大面积被害的现象。酸雨引起湖泊水变 酸性后，严重时鱼等水生生物将无法生存而成为死湖。酸雨也会改变土壤 的环境而间接地妨碍植物的生长。酸雨对建筑物的酸蚀作用是破坏人类文 化遗产的原因之一。 许多优美的古建筑就是在酸雨的腐蚀下变得斑痕累累。 1.4 SO2 的主要来源 1.SO2 的主要来源 一般说在地球大气中大约 95%以上的 SO2 是由人类生活和生产过程中 燃料燃烧产生的。其主要来源是金属冶炼工业（包括铁及有色金属铜、锌 和铅等）和能源工业（包括煤、石油和天然气） ，尤其是燃煤火力发电厂和 工业锅炉。 在我国， 燃煤二氧化硫排放量占总二氧化硫排放量的 85%以上。 我国是世界上惟一以煤为主要能源的国家。煤在一次能源中占 75%， 约相当于年耗煤 1Gt，其中 84%以上是通过燃烧方法利用的。煤燃烧产生 的 SO2 的废气，成为大气污染最主要的根源。因此，我国城市的污染主要 为煤烟型污染。据有关部门统计，1995 年全国煤炭消耗量 1.28Gt，二氧化硫排放量达 23.7Mt， 超过美国目前的 21Mt， 成为世界 SO2 排放的第一大国。 1998 年，由于电力行业增长减缓，国家环境监测总站公布的 SO2 排放量降 为 20.91Mt，酸雨造成的各项污染损失超过 1100 亿元，相当于 1t SO2 的污 染损失超过 5000 元。 2.我国行业性 SO2 排放标准 标准规定：1992 年 8 月 1 日起立项新安装或更换的锅炉，当燃煤含硫 量≤2%时，其最高允许 SO2 排放浓度为：1200mg/m3；当燃煤含流量＞2% 时，其最高允许 SO2 排放浓度为：1800mg/m3。1999 年颁发的国家环境保 护标准“锅炉大气污染物排放标准”规定 SO2 最高允许排放浓度见表 1： 表 1：SO2 最高允许排放浓度 SO2 排放浓度/（mg/m3）锅炉类型燃煤锅炉 燃油锅炉 轻柴油、煤油 其它燃料油 燃气锅炉Ⅰ时段Ⅱ时段1200 700 1200 100900 500 900 100第二章 国内外治理燃煤污染的措施是大自然赋予人类的宝贵资源。在很长一段时间里，它一直扮演着为 人类社会提供主要一次能源和化工原料的重要角色。但是，煤炭的开发利 用又往往带来了许多负面影响。现在社会存在的所谓环境灾难，就其根源 许多都与煤炭有关。 1.燃煤烟气产生的大气环境污染主要表现为：① 温室效应，污染物质 主要是 CO2；② 酸雨，污染物质主要是 SO2，NOx 也有部分作用；③ 大 气臭氧层破坏，污染物质主要是 NOx；④ 颗粒悬浮物气溶胶，污染物质 主要是燃煤产生的灰尘，通常小于 5μm。 2.燃烧脱硫可分为： ① 燃烧前脱硫；② 燃烧过程中脱硫，即炉内脱 硫；③ 燃烧后脱硫，即烟气脱硫（FGD） 。 2.1 燃烧前脱硫（煤脱硫） 1.高梯度强磁分离煤脱硫技术 高梯度强磁分离煤脱硫技术，国外在 20 世纪 70 年代就已开始研究， 并取得了可喜的成果。煤中含硫物质有机物为逆磁性，而大部分无机矿物 质为顺磁性。煤中的硫可分为有机硫和无机硫，有机硫即与有机物以化学 键结合的硫，为逆磁性；无机硫包括黄铁矿(FeS2)或白铁矿硫酸盐等，它们 都有较强的磁性，为顺磁性物质。 高梯度强磁分离煤脱硫可分为干法和湿法两种形式。干法脱硫就是以 空气为载流体，使煤粉均匀分散于空气中，然后使其通过高梯度强磁分离 区。在那里，顺磁性黄铁矿等矿物质被聚磁基质捕获，其它有机物通过分 离区后成为精煤产品。湿法脱硫是以水（油、甲醇）等作为载流体，基本 方法与干法相同。 2.微波辐射法脱硫 微波能照射煤时，煤中黄铁矿中的硫最容易吸收微波，有机硫次之， 煤基质基本上不吸收微波。其总的结果是使分子具有较大的化学活性，有利于化学反应的进行。 煤微波脱硫的原理是煤和浸提剂组成的实样在微波电磁场作用下，产 生极化效应，从而削弱煤中硫原子和其它原子之间的化学亲和力促进煤中 硫与浸提剂发生化学反应生成可溶性硫化物，通过洗涤从煤中除去。此法 可以脱去煤中无机硫、有机硫。 3.微生物降解法脱硫 煤炭微生物脱硫是在细菌浸出金属的基础上应用于煤炭工业的一项生 物工程新技术。煤炭中无机硫大多以黄铁矿（FeS2）的形态存在，在微生 物的作用下，无机硫被氧化，溶解而脱除，微生物的重要作用在于使 Fe2+ 变成 Fe3+的铁氧化作用以及使单体硫变成硫酸的硫氧化作用；有机硫在煤 中是以与碳原子键合存在，比无机硫难脱除，而且脱硫机理亦比较复杂。 2.2 燃烧中脱硫（炉内脱硫） 燃烧过程中的脱硫技术，就是在流化床燃烧时加入天然石灰石或其它 种类的脱硫剂，使炉内产生的 SO2 气体与固硫剂反应，形成相对稳定的固 态物质随炉渣排出。 此外，炉内脱硫还有很多其它方法如石灰/石灰石直接喷射法，炉内注 入石灰并活化氧化钙法、型煤固硫法，炉内喷钙和氧化钙活化法等。 1.石灰石注入炉内分段燃烧法 燃煤锅炉 SO2 和 NOx 同时脱除的气体二次燃烧---吸收剂喷射[GR-SI] 技术是为现有燃煤锅炉进行技术改造控制 SO2、NOx 排放而开发的一项新 技术。 试验表明， 没有 SO2、 NOx 污染控制设施的现有燃煤锅炉采用[GR-SI] 系统实施 SO2、NOx 同时控制的投资费用较低，且现有的燃煤锅炉易于技 术改造，而且会有很好的成本效益。 2.循环流化床燃烧法 循环床锅炉燃烧效率高，燃料适应性强，低污染排放。其各项技术指 标如下：1、锅炉效率：一类烟煤>85%；一类无烟煤>80%；2、脱硫效 率：>80%；3、钙利用率：>40%2.3 燃烧后脱硫（FGD） 2.3.1 干法脱硫和半干法脱硫 1.干法脱硫中又分很多种，典型的如氧化铜法，其脱硫原理是流化床 CuO 烟气脱硫以 CuO 为吸收剂。为提高吸收剂的比表面积，CuO 浸渍于 多孔的三氧化二铝颗粒中，制成以三氧化二铝为载体的吸收剂颗粒。其脱 硫反应在流化床反应器内进行，烟气通过流化床反应器时使吸收剂颗粒呈 流化状态，同时，烟气中的硫氧化物与吸收剂颗粒中的 CuO 发生反应：CuO SO2 1 O2 CuSO4 2CuO SO3 CuSO4上式反应使烟气中的硫氧化物被吸收剂吸收，烟气得到了净化。而吸 收剂颗粒的 CuO 变成了 CuSO4，降低了吸收剂对硫氧化物的吸收能力，所 以反应器需要不断补充新鲜的吸收剂。 CuO 工艺的特点如下： （1）能同时去除烟气中 90%以上的硫氧化物和氮氧化物； （2）可用氢气、甲烷、一氧化碳等气体使失效的吸收剂再生，并循 环使用； （3）不产生干的或湿的废渣，没有二次污染； （4）投资较小、运行费用低； 2.半干法脱硫技术的方法也有多种，在这里仅简单讨论一例，即喷雾 干燥法烟气脱硫工艺。喷雾干燥是一种传统的干燥工艺方法。它是将需要 干燥的介质溶液通过喷头高速旋转产生的强大动能在高温气体中雾化，利 用高温气体的热量将雾滴水分蒸发形成干燥的粉状固体产品收集下来。 烟气脱硫的干燥工艺是在干燥发生的同时亦发生化学吸收反应，达到 脱硫的目的。其主要反应有： 石灰熟化： CaO固 H 2 O CaOH 2 固 Ca 2 2OH SO2 物理吸收： SO2 气 SO2 液 SO2 液 OH H S O 3亚硫酸盐的部分氧化： SO3 2 1 O2 液 SO4 2 2 反应产物析出： SO3 2 Ca 2 CaSO3 固 总反应式：H 2O SO2 气 CaOH 2 固 CaSO3 固 H 2 O 2 SO2 气 CaOH 2 固 1 O2 CaSO4 固 H 2 O 2固 SO4 2 Ca 2 C a S 4O H O2.3.2 湿法脱硫 湿式洗涤系统优点是：设备小，操作较容易，且脱硫效率高，比较安 全，成本相对较低。能够除去烟气中的可溶成分，气体污染物可与尘粒同 时被吸收，并中和气体内的腐蚀成分；但脱硫后烟气温度降低，不利于烟 气扩散。 主要缺点：洗涤液吸收了气体中的腐蚀成分，导致设备和构件的严蚀， 洗涤废液难于处理等。 湿式烟气脱硫技术在工艺、设备、防腐与选材及废物处理等方面，都 在不断革新、改造和发展。至今，湿式烟气脱硫系统在空气污染控制技术 中仍属于主导地位，国内应用煤粉炉装置已占有相当的比例，并且在设备 结构、选材等方面具有独特的优点，但在工艺改革、废物处理方面的发展 较慢。 目前，世界上烟气脱硫的方法以达 100 多种，工业上应用的方法也约 有 20 种。 其中湿法脱硫技术应用约占整个工业化脱硫装置的 85%左右， 而 湿式石灰石/石灰法又占湿法的约 80%，在当今技术中占主导地位，但脱硫 塔容易结垢甚至堵塞。 与石灰石/石灰法相比， 钠钙双碱法可具有以下优势： 1.基脱硫渣在反应池中而非塔内生成，大大减少结垢机会；2.基清液吸收 SO2 速率快， 故可用较小的液气比达到较高的脱硫效率；3.对脱硫除尘一体 化技术而言，可避免未反应完的石灰颗粒混在沉灰池的灰渣中，而提高石 灰利用率。国内对双碱法烟气脱硫的研究报告较少。而本课题的试验内容就是对 钠钙双碱法脱硫工艺的钠基清液吸收 SO2 部分进行试验研究；但对其脱硫 剂再生过程没有做更多的试验研究，试验的主要设备是湍球塔。 湍球塔是近年发展起来的高效传质、传热和除尘设备，全称为 Turbulent Contact Absorber 简称 TCA ，国内称三相流化床。TCA 设有两 层格栅，在格栅中放入塑料空心球，碱性吸收液从上喷下、含尘烟气由下 引入，在气液两种流体作用下，球体无规则的高速湍动，形成三相流化床， 使气液两相充分接触，气体经塔顶旋流板除去其所带水分后排出湍球塔。 湍球塔在一定流体速度范围内，床层压降变化不大，因此具有处理气量大、 耗能低、装置结构简单、价廉、操作方便等优点。由于球体的湍动，塔体 具有自净作用，不易被固体和粘性物料堵塞，特别适用于处理含有固体微 粒、传质单元数不多的不可逆化学吸收过程，用 NaOH 作吸收剂吸收烟气 中 SO2 的工艺过程正属此类过程。第三章3.1 试验所用仪器冷态模拟试验装置本次试验所用试验仪器有： （1）烟道气分析仪 （2）比托管 （3）ph 计 （4）气/液体流量计 （5）湍球塔 （6）风机 （7）水泵 （8）电子天平 3.2 湍球塔试验装置 本次试验所用湍球塔脱硫装置示意图如图 1：排 气 口 旋 流 板 喷 头 阻 挡 栅 板 支 撑 栅 板 进 气 口 测 速 孔 泄 水 管 水 泵 水 箱 为 测 压 口 观 察 孔流 量 计附图 1：湍球塔脱硫装置示意图流 程 图 图 冷 态 试 验 系 统1.模拟试验流程是：通过流量计配入一定量的 SO2 气体，和空气混合 后由进气口进入湍球塔下段，烧碱溶入水后配成一定 PH 值的吸收液经过 水泵、流量计后从湍球塔的上端喷头处往下喷出，气体和液体在湍球塔中 逆向流动，由于球体的湍动，加剧了 SO2 与 NaOH 溶液的反应。脱硫后的 气体经过塔顶部旋流板除沫后排入大气。试验中，要考虑所有可以控制的、 对脱硫率影响较大的参数（因素） 。通过多次试验改变这些参数值，分析参 数值变化时对脱硫率 η 定性的影响关系。 2.模拟烟气说明：试验前先用皮管把 SO2 钢瓶接到气体流量计上，然 后再用一根皮管把流量计接在进气口管道上的小孔处，当试验开始时，用 风机向塔内吹入一定量的空气，再通过读流量计上的读数来控制钢瓶上的 气阀，使得流入塔内的 SO2 浓度接近预定值。整个气体由空气和二氧化硫 组成，与实际烟气成分有很多不同点。首先实际烟气的温度很高，而模拟 烟气在常温下进入塔内；其次实际烟气的成分很复杂，含有大量的烟尘颗 粒，而模拟烟气不含有固体颗粒。所以本次试验只能是简单的冷态模拟试 验，其试验研究可为进一步废碱液脱硫的试验研究做准备。第四章4.1 脱硫原理烟气脱硫基础试验研究烧碱法烟气脱硫是利用 NaOH 与 SO2 作用生成 Na2SO3 或 NaHSO3 其主 要化学反应如下： 1.湍球塔内钠基清液吸收 SO2 的反应：2 NaOH SO2 Na 2 SO3 H 2 O Na 2 SO3 SO2 H 2 O 2NaHSO 3上式两反应是本次试验的主要反应，反应发生在湍球塔内，这样既吸 收了 SO2 又不会在塔内形成脱硫渣沉淀堵塞塔体，这就为双碱法塔外反应 的研究做好了第一步准备。 2.反应池中脱硫剂再生过程的反应：2NaHSO CaOH 2 Na2 SO3 CaSO4 1 H 2 O 3 H 2 O 3 2 2Na2 SO3 CaOH 2 1 H 2 O 2NaOH CaSO3 1 H 2 O 2 2上式两反应为双碱法的脱硫剂再生反应，实现了脱硫剂的循环利用。 但这一步在本试验中并没有做进一步试验研究。所以本次试验的主要内容 是试验、分析、研究塔内的各种工况点的脱硫效率。 从反应机理来看，反应的控制过程及 SO2 的吸收过程是在塔内进行的 它和气、液、固的三相湍动程度有关。所以，在设计湍球塔的结构和运行 工况时，要充分考察化学反应的需要。即在允许的压降范围内，尽可能提 高床层的湍动程度，有利于 SO2 的吸收，这样才能提高烟气的脱硫效率。4.2 试验设计 试验设计分两大部分： 1.正交试验设计；2.以正交试验结果为基础进一步试验设计，这一 步在正交试验结果分析后再进行。 4.2.1 正交表的选用 试验设计是数理统计学科的一个分支，它主要是研究如何收集数据以 供统计推断之用。在科学研究、科学试验中，为了研制新产品，改革工艺 条件，试验新方法，从而达到提高产品产量和物理性能，降低成本的目的， 经常要设计多因素的试验。合理的安排试验，能减少试验次数，缩短时间， 获得有效结果。试验安排得不好，就可能增加试验次数，造成各方面浪费， 结果还未必满意。因此，用科学的方法安排试验，不仅减少试验次数，还 能通过试验设计直接选优，减少随机误差对数据分析的影响，保证结果的 精度和可靠性。 试验设计的方法很多，用得较多的是正交试验设计。它在可控因素的 试验中，能适应多种数据结构的情形。说明：本次正交试验设计中，所有 的因素都取了三个水平，因为这次试验是湍球塔建成后的第一次试验，对 塔的结构是否设计的合理还不清楚，对如何合理地取主要影响因素的水平 数还不确定。另外，每个因素都取三个水平也使数据结构简单化。 本次试验中 5 个因素各取 3 个水平，可产生 35=243 个试验条件，用正 交表选出的试验条件只是 243 个试验条件中的一部分。然而由于正交表的 正交性，这些选出的条件均衡地分散在这 243 个条件中，它们的代表性是 很强的。所以，本次试验研究用正交表设计试验方案，会收到很好的效果。 通过分析可以找到影响脱硫率的主要因素及它的好水平。 用正交表安排试验既减少试验次数又有很好的代表性。即选取少数的 试验条件均衡地分散在全部试验条件中，这是一切正交表具有的特点。4.2.2 用正交表安排试验 用正交表安排试验的主要步骤如下： 1.明确试验目的，确定试验指标。 目的：研究分析主要参数（因素）对脱硫率的影响； 指标：脱硫率 η； 2.挑因素 在湿式双碱法脱硫试验中，影响其脱硫效率的因素是较多的，主要有 风量，SO2 进口浓度、填料球高度、喷淋量、PH 值、烟气温度、喷淋液温 度等。在这些因素中，烟气温度和喷淋液温度都由于客观条件限制不能调 节，所以在试验中不考虑这两个因素。所选因素：PH 值、风量、填料球高 度、SO2 浓度、喷淋量。 3.挑选水平 各个因素所选水平见表 2： 表 2：因素水平表 PH 值 风量(m3/h) 12 10 8 1000 800 600球高（cm） SO2 进口浓度 (ppm) 50 2000 30 1000 10 3000喷 淋 量 （L/h） 3000 2500 10004.在正交表上安排试验方案 （1） 选择适当的正交表 Ln t k 如表 3 所示：表 3： L18 36 为选择的正交表 列号 １ 试验号 １ ２ ３ ４ ５ ６ ７ ８ ９ １０ １１ １２ １３ １４ １５ １６ １７ １８ １ １ １ ２ ２ ２ ３ ３ ３ １ １ １ ２ ２ ２ ３ ３ ３ ２ １ ２ ３ １ ２ ３ １ ２ ３ １ ２ ３ １ ２ ３ １ ２ ３ ３ １ ２ ３ １ ２ ３ ２ ３ １ ３ １ ２ ２ ３ １ ３ １ ２ ４ １ ２ ３ ２ ３ １ １ ２ ３ ３ １ ２ ３ １ ２ ２ ３ １ ５ １ ２ ３ ２ ３ １ ３ １ ２ ２ ３ １ １ ２ ３ ３ １ ２ ６ １ ２ ３ ３ １ ２ ２ ３ １ ２ ３ １ ３ １ ２ １ ２ ３（2）表头设计和水平对号入座 5 个因素 A;B;C;D;E 可以放在表头前 5 列上， 多余一列在安排试验条件 并不起作用，可以去掉；或不去掉，以后作为方差分析用。各个因素在正 交表的表头上安排好以后，再把相应的因素的水平对号入座，见表 4。 （3）确定试验方案 表 3 中的每一个横行代表一个试验条件，共有 18 个试验条件。 第 1 号试验条件： 值为 12； PH 风量为 1000m3/h； 填料球高 50cm； SO2 进口浓度 2000ppm；喷淋量为 3000L/h； 第 2 号试验条件：PH 值为 12；风量为 800m3/h；填料球高 30cm；SO2 进口浓度 1000ppm；喷淋量为 2500L/h；┇ ┇ ┇ ┅┅┅第 18 号试验条件：PH 值为 8；风量为 600m3/h；填料球高 30cm；SO2 进口浓度 2000ppm；喷淋量为 2500L/h；4.3 试验数据处理 4.3.1 正交试验数据处理 用正交表完成了试验方案的制定工作以后就要按照方案中的试验条件 严格操作，至于试验的顺序，可以按试验号的大小排列，也可以随机性地 排定，或者以操作的方便决定。把每次试验结果及处理完的数据列入表 4： 表 4 中，T jk 表示第 j 列因素水平 k（k=1；2；3）的所有试验指标之和。Tjk＝ T jk 3 表示第 j 列因素水平 k 的所有试验指标的平均数。T11 脱硫率 ＝57.9%+62.9%+20.0%+0+22.0%+0=162.8%按照习惯，脱硫率考察平均数，例如，对因素 B,有T 23 脱硫率 ＝(20.0%+53.7%+0+0+0+0)/6=36.9%对各因素，3 个水平脱硫率之和为：S j 脱硫率 ＝Tk 1 33jk＝483.7%对各个因素，3 个水平平均脱硫率为：S j 脱硫率 ＝ 1 3Tk 1jk＝137.0%表 4 中 R j 表示极差，定义为：R j 脱硫率 max T jk min T jk1 k 3 1 k 3 …………(5--1)直接由表 4 可见：脱硫率 η 最高的试验条件是 A1B2C2D2E2，即 PH 值 等于 12、风量为 800m3/h、填料球高度为 30cm、SO2 浓度为 1000ppm、喷 淋量大小为 2500L/h 的第２号试验，其脱硫率为 62.9%. 另外，第 1 号试验 为 A1B1C1D1E1，第 8 号试验为 A3B2C3D2E1，第４号试验为 A2B1C1D2E2， 第 13 号试验为 A2B1C2D3E1,这些试验结果也较高。 比较表 4 中所有的试验结果， 可见影响脱硫率 η 高低的最大因素是 SO2 浓度，风量、PH 值、填料球高度、喷淋量次之。因此，在试验研究中，应 当先把最大影响因素 SO2 浓度确定，而实际烟气排放时 SO2 浓度基本也是 一定的。所以，在进一步试验时，把 SO2 浓度分成几组来研究是跟实际情 况一致的，这样再比较其它因素对脱硫率的影响就能更合理、更方便。T 首先考察 PH。 11 , T 12 , T 13 分别表示 PH 值为 12,10,8 时的平均脱硫率 η，由表 4 可见： T 13 =53.5%为最高。其次，考察风量： T 21 =54.8% 为最高； 填料球高度： T 31 =57.8% 为最高；SO2 进口浓度： T 42 =59.4% 为最高；喷 淋量： T 51 =56.1%为最高。则得出，A3B1C1D2E1 为最好的试验条件。这是 表 4 中没有的试验条件，由此可见，即使最优试验条件没有具体做试验， 也能寻找出来，这正是正交试验的优点所在。 为什么 T j1 , T j 2 , T j 3 能反映每个因素的各个水平对试验脱硫率的影响 呢？这是由于正交表具有的正交性，使每个因素的每个水平与其它因素的 各个水平都搭配到。例如，PH 值的 1 水平与风量、填料球高、SO2 进口浓 度、喷淋量的 1，2，3 水平都搭配到，同样 PH 值的 2，3 水平分别与风量、 填料球高、SO2 进口浓度，喷淋量的 3 个水平都搭配到。并且搭配次数相 同，都是一次。这样，在风量、填料球高、SO2 进口浓度、喷淋量的同等 变化条件下，来比较 PH 值的各个水平的效应。计算 T 11 , T 12 , T 13 时，各个水 平的效应大小相互抵消，即 T 11 , T 12 , T 13 与风量、填料球高、SO2 进口浓度、 喷淋量的效应无关，剩下的是 PH 值的各个水平的效应与试验误差。 计算分析获得的理想试验条件要超过直接比较获得的理想试验条件， 但是，仍然是一种可能好的配合，还需要进一步分析和修正。因为各个因素不一定都要取平均脱硫率最优的水平。根据每个因素对脱硫率的影响不 同，区分出主次。通常用式（5--1）定义的极差来区分因素的主次。某因 素极差越大，说明这个因素对试验指标的影响越大，它就是主要因素。反 之，则是次要因素。由表 4 比较可得到各因素影响脱硫率的主次关系。 由表 4 可以作出影响因素主次关系图，如图 2 所示：影响因素主次关系图150.0%极差100.0% 50.0% 0.0% A B C 影响因素 D E图 2：影响因素主次关系 4.3.2 进一步试验及数据分析 1.在正交试验所得数据基础上进一步试验，由于风量小的时候，脱硫 率 η 较低，所以在进一步试验中，要把重点放在风量较大的工况点上分析。 （1）风量：800m3/h 时，相关数据见表 5。此时正交试验中脱硫率最 好的是第二号试验条件 A1B2C2D2E2，其脱硫率为 62.9%，以此工况点为基 础再改变其它因素，来分析脱硫率的变化： ① 先改变填料球高度，改变后的高度为 51cm；此时脱硫率也提高了； 说明适当提高小球高度有利于更有效的脱硫。由表 5 可以作出脱硫率与填 料球高度关系图，如图 3 所示：脱硫率（η ）与填料球高度关系图70.0% 65.0% 60.0% 55.0%脱硫率 （η ）3051填料球高度(cm)图 3：脱硫率与填料球高度关系图 ② 再提高喷淋量到 4000L/h，脱硫率又提高了 14 个百分点。说明喷 淋量的增大有利于烟气脱硫。 （2）风量：1000m3/h 时，相关数据见表 5。 ① 继续改变喷淋量，分别是：4000L/h、2500L/h、5000L/h、3000L/h。 此时有喷淋量较大的工况，脱硫率也提高到 80%以上，尤其是从 2500L/h 提高到 3000L/h 再提高到 4000L/h，其脱硫率的提高特别明显，但再提高喷 淋量到 5000L/h 时，脱硫率就不再有较大的提高。由表 5 可作出图 4：脱硫率（η ）与喷淋量关系图 100.0% 80.0% 60.0% 40.0% 20.0% 0.0%脱硫率 （η ）2500 3000 4000 5000 喷淋量(L/h)图 4：脱硫率与喷淋量关系图② 碱液浓度对脱硫率的影响关系：当 PH 值达到 13 左右时，脱硫率有 较高的值，一般能达到 80%左右，若再改变其它影响因素，脱硫率还可以 提高很多，但是要注意到这只能作为试验研究，在工业应用中是不合理的， 即受到废碱液有限可利用性的限制且碱浓度高了，耗资也很多。 当 SO2 进口浓度为 2000ppm 时，试验后排放烟气中的 SO2 含量比 1000ppm 时要大。此时改变碱液浓度，由表 5 可作出脱硫率（η）与 PH 值 关系图，如图 5 所示：脱硫率（η ）与PH值关系图100.0%脱硫率 （η ）50.0% 0.0% 11.99 PH值 12.93图 5： 脱硫率与 PH 值关系图 2.从表 5 中可以看到当 SO2 进口浓度（ppm）不一样时，脱硫效率大不 一样，当 SO2 进口浓度为 1000ppm 时，一般脱硫率 η 都比较高，且排出气 体中所含 SO2 浓度也是较低的。随着 SO2 进口浓度的增加其脱硫效率出现 下降趋势，这时要提高脱硫率 η，只有再调节其它影响因素。在 SO2 进口 浓度不同的三组试验中脱硫率 η 都有一个最高值，此时它们的风量都是 1000m3/h，这与用极差判断的结果是一致的，即影响因素中风量是最重要。 比较各组中脱硫率 η 最高的工况，作出脱硫率 η 与 SO2 进口浓度关系图， 如图 6：脱硫率（η ）与SO2进口浓度关系图脱硫率（η ）90.0% 85.0% 80.0% 75.0% 70.0% 1044 2140 3110SO2进口浓度(ppm)图 6： 脱硫率 η 与 SO2 进口浓度关系图 3.同样当风量不同时脱硫率也都有各自的最高值。 由表 5 可作出脱硫率 η 与风量关系图，如图 7 所示：脱硫率（η ）与风量关系图100.0% 80.0% 60.0% 40.0% 20.0% 0.0%脱硫率（η ）6008001000风量（m3/h）图 7： 脱硫率 η 与风量关系图 所有进一步试验的数据都列入表 5 中，总体上风量大时脱硫率 η 都较 高，风量小时脱硫率 η 都较低。其它因素对脱硫率 η 的影响也都在以上部 分分析过。其中，A1：反应前 PH 值；A2：反应后 PH 值；C：填料球高度 (cm)；D1：SO2 预定浓度(ppm)；D2：SO2 进口浓度(ppm)；D3：SO2 出口浓度(ppm)；E：喷淋量大小(L/h)。 表 4： L18 36 试验数据及数据分析表列号A(PH) 1B(m3/h) 2 1(1000) 2(800) 3(600) 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 219.2% 190.8% 73.7% 54.8% 38.2%C(h) 3 1(50) 2(30) 3(10) 1 2 3 2 3 1 3 1 2 2 3 1 3 1 2 137.3% 185.9% 160.5% 57.8% 46.5%D(ppm) 4 1(2000) 2(1000) 3(3000) 2 3 1 1 2 3 3 1 2 3 1 2 2 3 1 211.5% 178.2% 94.0% 42.3% 59.4%E(L/h) 5 1(3000) 2(2500) 3(1000) 2 3 1 3 1 2 2 3 1 1 2 3 3 1 2 224.4% 149.2% 110.1% 56.1% 49.7%F 6 1 2 3 3 1 2 2 3 1 2 3 1 3 1 2 1 2 3脱硫率 η (%) 57.9% 62.9% 20.0% 57.4% 19.1% 53.7% 49.0% 57.9% 22.0% 54.9% 28.9% -试验号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18T j1 T j2 T j3 TTj11(12) 1 1 2(10) 2 2 3(8) 3 3 1 1 1 2 2 2 3 3 3 162.8% 214.0% 106.9% 40.7% 42.8%j2T53.5%j336.9% 145.5%40.1% 48.6%31.3% 117.5%27.5% 114.3%Rj107.1%表 5： 总试验数据表A1 600 m3/h 800 m3/h 12.38 12.14 12.19 11.97 10.86 8.31 11.85 10.24 12.03 10.20 11.04 10.18 11.91 11.90 11.98 11.97 11.97 11.96 11.99 12.93 12.82 12.90 10.03 11.91 12.96 12.80 12.79 10.03 11.05 8.09A2 -10.43 -11.57 --11.80 9.7 11.43 9.61 -8.85 11.28 11.27 11.31 11.70 11.06 10.95 11.16 12.74 12.51 12.78 9.23 11.26 12.59 12.34 12.49 8.89 9.23 7.63C 12 12 12 30 30 12 51 12 51 51 30 30 51 51 51 51 51 51 51 51 51 51 51 70 70 70 70 30 30 30D1 3000 3000 2000 1000 3000 1000 2000 2000 2000 1000 2000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 2000 2000 3000 1000 1000 1000 2000 3000 2000 1000 1000 1000E 1000 3000 3000 2500 1000 3000 1000 2500 3000 2500 3000 3000 2500 4000 4000 2500 5000 3000 4000 4000 4000 4000 4000 4000 4000 4000 5000 4000 4000 4000D2 3340 3307 2135 1035 3010 1165 2254 2050 2114 980 1936 982 1064 1045 1048 1017 1063 990 1995 2050 3205 1044 1050 1086 2140 3110 2132 1014 1065 1004D3 2672 1932 988 384 2436 490 1757 1457 890 417 987 443 317 160 174 337 154 260 680 340 850 106 274 162 253 721 227 306 317 344F 20.0% 41.6% 53.7% 62.9% 19.1% 57.9% 22.0% 28.9% 57.9% 57.4% 49.0% 54.9% 70.0% 84.7% 83.4% 66.9% 85.5% 73.7% 65.9% 83.4% 73.5% 89.9% 73.9% 85.0% 88.2% 76.8% 89.4% 69.8% 70.2% 65.7%1000 m3/h800 m3/h 1000 m3/h第五章实验结论在本次试验研究中，以湍流塔为脱硫设备进行了模拟烟气脱硫试验。 由于客观条件限制，我们只进行了冷态脱硫试验，其中主要对实际设备运 行中较重要的几个参数，如 SO2 进口浓度、风量、填料球高度、PH 值、喷 淋量等对脱硫效果的影响进行了测试研究，而对如：烟气温度、喷淋液温 度、湍球塔高度、填料球大小等因素对脱硫的影响还有待进一步加以研究。 5.1 试验数据所得结论 试验研究了主要参数对脱硫率的影响，结果表明： 1. 进气 SO2 浓度的三组试验分别有不同的脱硫率最高值。其中 SO2 浓 度为 1000ppm 时， 脱硫率最高值为 89.9%， 且排出的烟气中含硫量也最低， 当 SO2 浓度为 3000ppm 时，脱硫率最高值是 76.8%，排出的烟气中含硫量 最高。SO2 浓度为 2000ppm 时，这一组工况的脱硫率都较高，理想的工况 点也选在这一组。 2. 当风量小时，脱硫率很低，不利于试验的研究。这次试验中的风量 达到 1000m3/h 时，最有利于试验研究，当 SO2 进口浓度不同时，三组脱硫 率最高值都出现在这一组。所以最佳工况点的风量为 1000m3/h。 3. 填料球高度为 50cm 时脱硫率比较高，一般在 70%～85%，继续再 提升球的高度，脱硫率也有所增加但幅度不大。 4. 碱液 PH 值大时，脱硫率很高，按其影响大小明显分成两段：PH 值 增加到 12 左右时，脱硫率增加幅度较大；而再提高 PH 值后脱硫率增加幅 度较小。 5. 喷淋量对脱硫率的影响也是分段的， 当喷淋量从 1000ppm 不断增至 4000ppm 时，脱硫率有较明显的提高；当喷淋量再增加时，脱硫率变化不 大。5.2 试验设备改进提议 1.现在的送风管道直径是：100mm，如果换一根直径为：200mm 的送 风管道，风量就会有所增加，脱硫率也就会有所提高。 2.塔身开口处上的盖安装较复杂，每次装球时都需要费很常的时间。 而且，小球的高度测量也不方便，要是能换一种较为方便的盖就能省去一 些麻烦的操作。 3.试验水池与水泵接口处偏上，当试验需要较高浓度碱液时水就需要 放少，此时，水面低于水泵管道接口处时，通过水泵抽出的水的流量很不 稳定，所以必须把接口往下移。另外，排水管较细，排水时间过长，最好 换一根粗管。结 束 语通过这次试验，锻炼了我的动手分析问题、解决问题的能力。在试验 过程中，我发现实际的试验研究与理论的学习有很多不同之处。在毕设过 程中我增强了环抱意识，也掌握了烟气脱硫的基本知识。 毕业设计已快要结束，在这期间导师魏砾宏和师兄楚华对本文工作 给予了悉心的指导。在试验方案设计部分，吴小明老师提出了不少参考意 见。李爱民老师也给予了不少关心和帮助。在此对他们表示感谢！参考文献：1.雷仲存主编 《工业脱硫技术》化学工业出版社 2001.5 2.肖文得、吴志泉 《二氧化硫脱除与回收》化学工业出版社 2001.5 3.郝吉明、王书肖、陆永琪 《燃煤二氧化硫污染控制技术手册》化学工业 出版社 2001.4 4.马连元 《双碱法脱硫技术研究》中国环境科学出版社 1985.5 5.王淑勤、胡满银《湍球塔石灰湿式烟气脱硫的试验研究》浙江大学出版 社 1990.5 6.贺英群《焦炉煤气脱硫工艺的研究》中国石化出版社 1993.8 7.黄学敏《烟气脱硫技术的开发动向》 8.于正然、刘光铨 《烟尘烟气测试使用技术》化学工业出版社 1992.59.孙沛石、刘璃璃 《电厂飞灰湿式烟气脱硫试验研究》化学工业出版社 1998.8 10.腾素珍 《数理统计》大连理工大学出版社 2000.8 11.《城市大气污染总量控制方法手册》中国环境科学出版社 1995.8 12.张宝旭《环境与健康》
摘要：在我国一次能源构成中，煤占据了绝对的主导地位。目前煤的主要利 用方式还是燃烧，由于含硫量较高，煤在燃烧过程中会释放出大量的二氧 化硫（SO2） 。近二十年来，随着国民经济的迅速发展，我国的 SO2 排放量 连年增长，1995 年达到 2369.53 万吨，首次超过美国而成为世界 SO2 排放 第一大国。大量的 SO2 排放导致酸雨污染迅速发展，对工农业生产和人民 生活造成极大危害。 目前对 SO2 进行治理的主要方式是锅炉尾部烟气脱硫， 但由于国外成熟技术投资和运行费用都很高，难以为国内用户（特别是中 小用户）所接受，因此本文的一个主要目标就是在已设计的一种旨在投资 和运行费用都比较低、脱硫效率中等、适合国内市场需要的简易烟气脱硫 装置的基础上设计试验方案、完成试验操作、分析试验数据，为实际生产 中用废碱液进行烟气脱硫的应用作基础性研究。 试验研究分析了用烧碱脱硫的方法，为下一步双碱法脱硫工艺的试验 研究做了第一步的基础准备；试验过程中考察了不同风量、SO2 进口浓度、 填料球高度、喷淋量、PH 值等主要参数发生变化时对脱硫率影响的关系， 并对试验结果进行了分析讨论，本试验研究为工艺装置的设计、操作和运 行提供了所必需的基础数据；试验证明烟气脱硫的效率在较好工况条件下 可达 65.7%～89.9%是一种简易的烟气脱硫方法。关键词：湿法、烟气脱硫、二氧化硫、试验研究、双碱法Abstract：In the composition of primary energy, coal occupy the leading station in our country absolutely and most coal is burned. Because of higher sulfur content, a large amount of SO2 is released during combustion. In last twenty years, the emission of SO2 increased year by year and reached to 23.6953 million tons in 1995 ,the total amount of SO2 emission in our country had exceeded America for the first time and become the maximal contributor of SO2。 Large amounts of SO2 emission lead to acid rain developing rapidly, and endanger the production of industry and agriculture directly. Now FGD (flue gas desulfurization) is the main manner to decrease SO2 emission, but capital cost and operational cost of foreign mature technology are too expensive to accept by our consumer. So one main object of this paper is developing a kind of simple desulfurization technology, which capital cost and operational cost is lower and efficiency of desulfurization is middle. The NaOH-alkali FGD method was studied experimentally. having done the first step basic preparation for the following dual-alkali FGD process, the relation between the main affecting parameters(quantity of wind、inlet SO2 concentration、height of the ball、quantity of liquid、PH value of the absorbent solution. etc. ) and SO2 removal efficiency were studied. thisresearch provide the necessary basic data for the design、operation and performing of process device, the paper analyse and discuss the result of the experiment the test indicates that desulfurization efficiency in good conditions can achieve 65.7%～89.9%, it is a simple method of flue gas desulfurization.Keyword：wet、flue gas desulfurization、sulfur dioxide、 Experimental research、 dual-alkali目录 摘要： .............................................................................................................................. 1 目录 .................................................................................................................................... 3 第一章 SO2 的危害及其来源 ....................................................................... 51.1 环境与健康 .......................................................................................................... 5 1.2 大气的主要污染 ............................................................................................... 5 1.3 SO2 和酸雨的主要危害 .................................................................................... 6 1.4 SO2 的主要来源 ................................................................................................ 6第二章 国内外治理燃煤污染的措施 .................................................... 82.1 燃烧前脱硫（煤脱硫） .................................................................................. 8 2.2 燃烧中脱硫（炉内脱硫） ............................................................................. 9 2.3 燃烧后脱硫（FGD） .................................................................................... 10 2.3.1 干法脱硫和半干法脱硫 .................................................................... 10 2.3.2 湿法脱硫 ................................................................................................ 11第三章 冷态模拟试验装置 ......................................................................... 133.1 试验所用仪器 .................................................................................................. 13 3.2 湍球塔试验装置 ............................................................................................. 13第四章 烟气脱硫基础试验研究.............................................................. 154.1 脱硫原理 ........................................................................................................... 15 4.2 试验设计 ........................................................................................................... 16 4.2.1 正交表的选用....................................................................................... 16 4.2.2 用正交表安排试验.............................................................................. 17 4.3 试验数据处理 .................................................................................................. 19 4.3.1 正交试验数据处理 ............................................................................... 19 4.3.2 进一步试验及数据分析 .................................................................... 21第五章 实验结论 ................................................................................................ 285.1 试验数据所得结论 ......................................................................................... 28 5.2 试验设备改进提议 ......................................................................................... 29结束语 ............................................................................................................................ 30 参考文献： ................................................................................................................. 30第一章1.1 环境与健康SO2 的危害及其来源近年来我们国家出现了一个非常好的现象，那就是人们对环境问题有 了新的认识，对环境的重视程度在不断的提高。人类和环境的话题，是人 类永远的话题。 世界卫生组织在 1997 年 6 月 23 日提出的报告中曾经提出， 在每年世界发生的 13 亿 8000 万病人当中有近 1/4 的人是受到恶劣环境的 影响的；特别是包括我们国家在内的发展中国家，其环境污染日趋严重。 环境问题已经不再是一个局部地区的问题，而是整个地球范围内的问题； 环境问题不仅仅是个人健康的问题，也是关系到中华民族生死存亡和子孙 后代繁荣的大问题。防止环境污染和治理污染的环境已经是一个刻不容缓 的问题。 1.2 大气的主要污染 目前，我国城市空气污染中存在着多种污染物。这些污染物大致可以 归纳为三类：无机气体、有机化合物和颗粒物。其中无机气体主要包括： 硫氧化物、氮氧化物、一氧化碳、二氧化碳、氨、氯化物、氟化物、臭氧 等；有机化合物中主要包括：碳氢化合物、醇类、醛类、酯类、酮类等； 颗粒物中主要包括固态颗粒物即：烟尘、粉尘和扬尘等；液态颗粒物即： 酸雨、酸雾等；生物颗粒物即微生物、植物种子与花粉等。可以说当前和 以后的一个相当长的时期内，我国城市空气污染物中，最普遍和最重要的 就是二氧化硫（SO2）和尘。1.3 SO2 和酸雨的主要危害 首先，SO2 主要形成酸雨，正常情况下，在空气中约含有 350× -6 二 10 氧化碳（即 350ppm 的 CO2） ，如呈饱和状态溶解时，雨水的酸碱度（PH） 值为 5.6。所以，一般酸雨是指 PH 值小于 5.6 的降水。酸雨的成因主要是 含有由大气污染物生成的硫酸和硝酸。硫酸和硝酸的前身是二氧化硫的氮 氧化物。另外，SO2 被雨滴卷入氧化成硫酸的过程也是很重要的。 一般认为，酸雨对健康的影响有直接和间接两个方面。如果人直接接 触了酸雨酸雾，会产生眼睛和呼吸道的刺激症状，对抵抗力弱的儿童和老 年人的危害更大。在酸雨对健康的间接影响上主要体现在对生态环境的破 坏作用，使人类可用资源减少，生存环境恶化。由于植物不像人对酸雨能 够采取主动躲避的防护方式，所以直接和长期受到酸雨的腐蚀，生长就会 受到影响，农作物产量会下降。轻者可见植物叶子出现黄斑点等损害，重 者植物树木枯死。因此出现了森林大面积被害的现象。酸雨引起湖泊水变 酸性后，严重时鱼等水生生物将无法生存而成为死湖。酸雨也会改变土壤 的环境而间接地妨碍植物的生长。酸雨对建筑物的酸蚀作用是破坏人类文 化遗产的原因之一。 许多优美的古建筑就是在酸雨的腐蚀下变得斑痕累累。 1.4 SO2 的主要来源 1.SO2 的主要来源 一般说在地球大气中大约 95%以上的 SO2 是由人类生活和生产过程中 燃料燃烧产生的。其主要来源是金属冶炼工业（包括铁及有色金属铜、锌 和铅等）和能源工业（包括煤、石油和天然气） ，尤其是燃煤火力发电厂和 工业锅炉。 在我国， 燃煤二氧化硫排放量占总二氧化硫排放量的 85%以上。 我国是世界上惟一以煤为主要能源的国家。煤在一次能源中占 75%， 约相当于年耗煤 1Gt，其中 84%以上是通过燃烧方法利用的。煤燃烧产生 的 SO2 的废气，成为大气污染最主要的根源。因此，我国城市的污染主要 为煤烟型污染。据有关部门统计，1995 年全国煤炭消耗量 1.28Gt，二氧化硫排放量达 23.7Mt， 超过美国目前的 21Mt， 成为世界 SO2 排放的第一大国。 1998 年，由于电力行业增长减缓，国家环境监测总站公布的 SO2 排放量降 为 20.91Mt，酸雨造成的各项污染损失超过 1100 亿元，相当于 1t SO2 的污 染损失超过 5000 元。 2.我国行业性 SO2 排放标准 标准规定：1992 年 8 月 1 日起立项新安装或更换的锅炉，当燃煤含硫 量≤2%时，其最高允许 SO2 排放浓度为：1200mg/m3；当燃煤含流量＞2% 时，其最高允许 SO2 排放浓度为：1800mg/m3。1999 年颁发的国家环境保 护标准“锅炉大气污染物排放标准”规定 SO2 最高允许排放浓度见表 1： 表 1：SO2 最高允许排放浓度 SO2 排放浓度/（mg/m3）锅炉类型燃煤锅炉 燃油锅炉 轻柴油、煤油 其它燃料油 燃气锅炉Ⅰ时段Ⅱ时段1200 700 1200 100900 500 900 100第二章 国内外治理燃煤污染的措施是大自然赋予人类的宝贵资源。在很长一段时间里，它一直扮演着为 人类社会提供主要一次能源和化工原料的重要角色。但是，煤炭的开发利 用又往往带来了许多负面影响。现在社会存在的所谓环境灾难，就其根源 许多都与煤炭有关。 1.燃煤烟气产生的大气环境污染主要表现为：① 温室效应，污染物质 主要是 CO2；② 酸雨，污染物质主要是 SO2，NOx 也有部分作用；③ 大 气臭氧层破坏，污染物质主要是 NOx；④ 颗粒悬浮物气溶胶，污染物质 主要是燃煤产生的灰尘，通常小于 5μm。 2.燃烧脱硫可分为： ① 燃烧前脱硫；② 燃烧过程中脱硫，即炉内脱 硫；③ 燃烧后脱硫，即烟气脱硫（FGD） 。 2.1 燃烧前脱硫（煤脱硫） 1.高梯度强磁分离煤脱硫技术 高梯度强磁分离煤脱硫技术，国外在 20 世纪 70 年代就已开始研究， 并取得了可喜的成果。煤中含硫物质有机物为逆磁性，而大部分无机矿物 质为顺磁性。煤中的硫可分为有机硫和无机硫，有机硫即与有机物以化学 键结合的硫，为逆磁性；无机硫包括黄铁矿(FeS2)或白铁矿硫酸盐等，它们 都有较强的磁性，为顺磁性物质。 高梯度强磁分离煤脱硫可分为干法和湿法两种形式。干法脱硫就是以 空气为载流体，使煤粉均匀分散于空气中，然后使其通过高梯度强磁分离 区。在那里，顺磁性黄铁矿等矿物质被聚磁基质捕获，其它有机物通过分 离区后成为精煤产品。湿法脱硫是以水（油、甲醇）等作为载流体，基本 方法与干法相同。 2.微波辐射法脱硫 微波能照射煤时，煤中黄铁矿中的硫最容易吸收微波，有机硫次之， 煤基质基本上不吸收微波。其总的结果是使分子具有较大的化学活性，有利于化学反应的进行。 煤微波脱硫的原理是煤和浸提剂组成的实样在微波电磁场作用下，产 生极化效应，从而削弱煤中硫原子和其它原子之间的化学亲和力促进煤中 硫与浸提剂发生化学反应生成可溶性硫化物，通过洗涤从煤中除去。此法 可以脱去煤中无机硫、有机硫。 3.微生物降解法脱硫 煤炭微生物脱硫是在细菌浸出金属的基础上应用于煤炭工业的一项生 物工程新技术。煤炭中无机硫大多以黄铁矿（FeS2）的形态存在，在微生 物的作用下，无机硫被氧化，溶解而脱除，微生物的重要作用在于使 Fe2+ 变成 Fe3+的铁氧化作用以及使单体硫变成硫酸的硫氧化作用；有机硫在煤 中是以与碳原子键合存在，比无机硫难脱除，而且脱硫机理亦比较复杂。 2.2 燃烧中脱硫（炉内脱硫） 燃烧过程中的脱硫技术，就是在流化床燃烧时加入天然石灰石或其它 种类的脱硫剂，使炉内产生的 SO2 气体与固硫剂反应，形成相对稳定的固 态物质随炉渣排出。 此外，炉内脱硫还有很多其它方法如石灰/石灰石直接喷射法，炉内注 入石灰并活化氧化钙法、型煤固硫法，炉内喷钙和氧化钙活化法等。 1.石灰石注入炉内分段燃烧法 燃煤锅炉 SO2 和 NOx 同时脱除的气体二次燃烧---吸收剂喷射[GR-SI] 技术是为现有燃煤锅炉进行技术改造控制 SO2、NOx 排放而开发的一项新 技术。 试验表明， 没有 SO2、 NOx 污染控制设施的现有燃煤锅炉采用[GR-SI] 系统实施 SO2、NOx 同时控制的投资费用较低，且现有的燃煤锅炉易于技 术改造，而且会有很好的成本效益。 2.循环流化床燃烧法 循环床锅炉燃烧效率高，燃料适应性强，低污染排放。其各项技术指 标如下：1、锅炉效率：一类烟煤>85%；一类无烟煤>80%；2、脱硫效 率：>80%；3、钙利用率：>40%2.3 燃烧后脱硫（FGD） 2.3.1 干法脱硫和半干法脱硫 1.干法脱硫中又分很多种，典型的如氧化铜法，其脱硫原理是流化床 CuO 烟气脱硫以 CuO 为吸收剂。为提高吸收剂的比表面积，CuO 浸渍于 多孔的三氧化二铝颗粒中，制成以三氧化二铝为载体的吸收剂颗粒。其脱 硫反应在流化床反应器内进行，烟气通过流化床反应器时使吸收剂颗粒呈 流化状态，同时，烟气中的硫氧化物与吸收剂颗粒中的 CuO 发生反应：CuO SO2 1 O2 CuSO4 2CuO SO3 CuSO4上式反应使烟气中的硫氧化物被吸收剂吸收，烟气得到了净化。而吸 收剂颗粒的 CuO 变成了 CuSO4，降低了吸收剂对硫氧化物的吸收能力，所 以反应器需要不断补充新鲜的吸收剂。 CuO 工艺的特点如下： （1）能同时去除烟气中 90%以上的硫氧化物和氮氧化物； （2）可用氢气、甲烷、一氧化碳等气体使失效的吸收剂再生，并循 环使用； （3）不产生干的或湿的废渣，没有二次污染； （4）投资较小、运行费用低； 2.半干法脱硫技术的方法也有多种，在这里仅简单讨论一例，即喷雾 干燥法烟气脱硫工艺。喷雾干燥是一种传统的干燥工艺方法。它是将需要 干燥的介质溶液通过喷头高速旋转产生的强大动能在高温气体中雾化，利 用高温气体的热量将雾滴水分蒸发形成干燥的粉状固体产品收集下来。 烟气脱硫的干燥工艺是在干燥发生的同时亦发生化学吸收反应，达到 脱硫的目的。其主要反应有： 石灰熟化： CaO固 H 2 O CaOH 2 固 Ca 2 2OH SO2 物理吸收： SO2 气 SO2 液 SO2 液 OH H S O 3亚硫酸盐的部分氧化： SO3 2 1 O2 液 SO4 2 2 反应产物析出： SO3 2 Ca 2 CaSO3 固 总反应式：H 2O SO2 气 CaOH 2 固 CaSO3 固 H 2 O 2 SO2 气 CaOH 2 固 1 O2 CaSO4 固 H 2 O 2固 SO4 2 Ca 2 C a S 4O H O2.3.2 湿法脱硫 湿式洗涤系统优点是：设备小，操作较容易，且脱硫效率高，比较安 全，成本相对较低。能够除去烟气中的可溶成分，气体污染物可与尘粒同 时被吸收，并中和气体内的腐蚀成分；但脱硫后烟气温度降低，不利于烟 气扩散。 主要缺点：洗涤液吸收了气体中的腐蚀成分，导致设备和构件的严蚀， 洗涤废液难于处理等。 湿式烟气脱硫技术在工艺、设备、防腐与选材及废物处理等方面，都 在不断革新、改造和发展。至今，湿式烟气脱硫系统在空气污染控制技术 中仍属于主导地位，国内应用煤粉炉装置已占有相当的比例，并且在设备 结构、选材等方面具有独特的优点，但在工艺改革、废物处理方面的发展 较慢。 目前，世界上烟气脱硫的方法以达 100 多种，工业上应用的方法也约 有 20 种。 其中湿法脱硫技术应用约占整个工业化脱硫装置的 85%左右， 而 湿式石灰石/石灰法又占湿法的约 80%，在当今技术中占主导地位，但脱硫 塔容易结垢甚至堵塞。 与石灰石/石灰法相比， 钠钙双碱法可具有以下优势： 1.基脱硫渣在反应池中而非塔内生成，大大减少结垢机会；2.基清液吸收 SO2 速率快， 故可用较小的液气比达到较高的脱硫效率；3.对脱硫除尘一体 化技术而言，可避免未反应完的石灰颗粒混在沉灰池的灰渣中，而提高石 灰利用率。国内对双碱法烟气脱硫的研究报告较少。而本课题的试验内容就是对 钠钙双碱法脱硫工艺的钠基清液吸收 SO2 部分进行试验研究；但对其脱硫 剂再生过程没有做更多的试验研究，试验的主要设备是湍球塔。 湍球塔是近年发展起来的高效传质、传热和除尘设备，全称为 Turbulent Contact Absorber 简称 TCA ，国内称三相流化床。TCA 设有两 层格栅，在格栅中放入塑料空心球，碱性吸收液从上喷下、含尘烟气由下 引入，在气液两种流体作用下，球体无规则的高速湍动，形成三相流化床， 使气液两相充分接触，气体经塔顶旋流板除去其所带水分后排出湍球塔。 湍球塔在一定流体速度范围内，床层压降变化不大，因此具有处理气量大、 耗能低、装置结构简单、价廉、操作方便等优点。由于球体的湍动，塔体 具有自净作用，不易被固体和粘性物料堵塞，特别适用于处理含有固体微 粒、传质单元数不多的不可逆化学吸收过程，用 NaOH 作吸收剂吸收烟气 中 SO2 的工艺过程正属此类过程。第三章3.1 试验所用仪器冷态模拟试验装置本次试验所用试验仪器有： （1）烟道气分析仪 （2）比托管 （3）ph 计 （4）气/液体流量计 （5）湍球塔 （6）风机 （7）水泵 （8）电子天平 3.2 湍球塔试验装置 本次试验所用湍球塔脱硫装置示意图如图 1：排 气 口 旋 流 板 喷 头 阻 挡 栅 板 支 撑 栅 板 进 气 口 测 速 孔 泄 水 管 水 泵 水 箱 为 测 压 口 观 察 孔流 量 计附图 1：湍球塔脱硫装置示意图流 程 图 图 冷 态 试 验 系 统1.模拟试验流程是：通过流量计配入一定量的 SO2 气体，和空气混合 后由进气口进入湍球塔下段，烧碱溶入水后配成一定 PH 值的吸收液经过 水泵、流量计后从湍球塔的上端喷头处往下喷出，气体和液体在湍球塔中 逆向流动，由于球体的湍动，加剧了 SO2 与 NaOH 溶液的反应。脱硫后的 气体经过塔顶部旋流板除沫后排入大气。试验中，要考虑所有可以控制的、 对脱硫率影响较大的参数（因素） 。通过多次试验改变这些参数值，分析参 数值变化时对脱硫率 η 定性的影响关系。 2.模拟烟气说明：试验前先用皮管把 SO2 钢瓶接到气体流量计上，然 后再用一根皮管把流量计接在进气口管道上的小孔处，当试验开始时，用 风机向塔内吹入一定量的空气，再通过读流量计上的读数来控制钢瓶上的 气阀，使得流入塔内的 SO2 浓度接近预定值。整个气体由空气和二氧化硫 组成，与实际烟气成分有很多不同点。首先实际烟气的温度很高，而模拟 烟气在常温下进入塔内；其次实际烟气的成分很复杂，含有大量的烟尘颗 粒，而模拟烟气不含有固体颗粒。所以本次试验只能是简单的冷态模拟试 验，其试验研究可为进一步废碱液脱硫的试验研究做准备。第四章4.1 脱硫原理烟气脱硫基础试验研究烧碱法烟气脱硫是利用 NaOH 与 SO2 作用生成 Na2SO3 或 NaHSO3 其主 要化学反应如下： 1.湍球塔内钠基清液吸收 SO2 的反应：2 NaOH SO2 Na 2 SO3 H 2 O Na 2 SO3 SO2 H 2 O 2NaHSO 3上式两反应是本次试验的主要反应，反应发生在湍球塔内，这样既吸 收了 SO2 又不会在塔内形成脱硫渣沉淀堵塞塔体，这就为双碱法塔外反应 的研究做好了第一步准备。 2.反应池中脱硫剂再生过程的反应：2NaHSO CaOH 2 Na2 SO3 CaSO4 1 H 2 O 3 H 2 O 3 2 2Na2 SO3 CaOH 2 1 H 2 O 2NaOH CaSO3 1 H 2 O 2 2上式两反应为双碱法的脱硫剂再生反应，实现了脱硫剂的循环利用。 但这一步在本试验中并没有做进一步试验研究。所以本次试验的主要内容 是试验、分析、研究塔内的各种工况点的脱硫效率。 从反应机理来看，反应的控制过程及 SO2 的吸收过程是在塔内进行的 它和气、液、固的三相湍动程度有关。所以，在设计湍球塔的结构和运行 工况时，要充分考察化学反应的需要。即在允许的压降范围内，尽可能提 高床层的湍动程度，有利于 SO2 的吸收，这样才能提高烟气的脱硫效率。4.2 试验设计 试验设计分两大部分： 1.正交试验设计；2.以正交试验结果为基础进一步试验设计，这一 步在正交试验结果分析后再进行。 4.2.1 正交表的选用 试验设计是数理统计学科的一个分支，它主要是研究如何收集数据以 供统计推断之用。在科学研究、科学试验中，为了研制新产品，改革工艺 条件，试验新方法，从而达到提高产品产量和物理性能，降低成本的目的， 经常要设计多因素的试验。合理的安排试验，能减少试验次数，缩短时间， 获得有效结果。试验安排得不好，就可能增加试验次数，造成各方面浪费， 结果还未必满意。因此，用科学的方法安排试验，不仅减少试验次数，还 能通过试验设计直接选优，减少随机误差对数据分析的影响，保证结果的 精度和可靠性。 试验设计的方法很多，用得较多的是正交试验设计。它在可控因素的 试验中，能适应多种数据结构的情形。说明：本次正交试验设计中，所有 的因素都取了三个水平，因为这次试验是湍球塔建成后的第一次试验，对 塔的结构是否设计的合理还不清楚，对如何合理地取主要影响因素的水平 数还不确定。另外，每个因素都取三个水平也使数据结构简单化。 本次试验中 5 个因素各取 3 个水平，可产生 35=243 个试验条件，用正 交表选出的试验条件只是 243 个试验条件中的一部分。然而由于正交表的 正交性，这些选出的条件均衡地分散在这 243 个条件中，它们的代表性是 很强的。所以，本次试验研究用正交表设计试验方案，会收到很好的效果。 通过分析可以找到影响脱硫率的主要因素及它的好水平。 用正交表安排试验既减少试验次数又有很好的代表性。即选取少数的 试验条件均衡地分散在全部试验条件中，这是一切正交表具有的特点。4.2.2 用正交表安排试验 用正交表安排试验的主要步骤如下： 1.明确试验目的，确定试验指标。 目的：研究分析主要参数（因素）对脱硫率的影响； 指标：脱硫率 η； 2.挑因素 在湿式双碱法脱硫试验中，影响其脱硫效率的因素是较多的，主要有 风量，SO2 进口浓度、填料球高度、喷淋量、PH 值、烟气温度、喷淋液温 度等。在这些因素中，烟气温度和喷淋液温度都由于客观条件限制不能调 节，所以在试验中不考虑这两个因素。所选因素：PH 值、风量、填料球高 度、SO2 浓度、喷淋量。 3.挑选水平 各个因素所选水平见表 2： 表 2：因素水平表 PH 值 风量(m3/h) 12 10 8 1000 800 600球高（cm） SO2 进口浓度 (ppm) 50 2000 30 1000 10 3000喷 淋 量 （L/h） 3000 2500 10004.在正交表上安排试验方案 （1） 选择适当的正交表 Ln t k 如表 3 所示：表 3： L18 36 为选择的正交表 列号 １ 试验号 １ ２ ３ ４ ５ ６ ７ ８ ９ １０ １１ １２ １３ １４ １５ １６ １７ １８ １ １ １ ２ ２ ２ ３ ３ ３ １ １ １ ２ ２ ２ ３ ３ ３ ２ １ ２ ３ １ ２ ３ １ ２ ３ １ ２ ３ １ ２ ３ １ ２ ３ ３ １ ２ ３ １ ２ ３ ２ ３ １ ３ １ ２ ２ ３ １ ３ １ ２ ４ １ ２ ３ ２ ３ １ １ ２ ３ ３ １ ２ ３ １ ２ ２ ３ １ ５ １ ２ ３ ２ ３ １ ３ １ ２ ２ ３ １ １ ２ ３ ３ １ ２ ６ １ ２ ３ ３ １ ２ ２ ３ １ ２ ３ １ ３ １ ２ １ ２ ３（2）表头设计和水平对号入座 5 个因素 A;B;C;D;E 可以放在表头前 5 列上， 多余一列在安排试验条件 并不起作用，可以去掉；或不去掉，以后作为方差分析用。各个因素在正 交表的表头上安排好以后，再把相应的因素的水平对号入座，见表 4。 （3）确定试验方案 表 3 中的每一个横行代表一个试验条件，共有 18 个试验条件。 第 1 号试验条件： 值为 12； PH 风量为 1000m3/h； 填料球高 50cm； SO2 进口浓度 2000ppm；喷淋量为 3000L/h； 第 2 号试验条件：PH 值为 12；风量为 800m3/h；填料球高 30cm；SO2 进口浓度 1000ppm；喷淋量为 2500L/h；┇ ┇ ┇ ┅┅┅第 18 号试验条件：PH 值为 8；风量为 600m3/h；填料球高 30cm；SO2 进口浓度 2000ppm；喷淋量为 2500L/h；4.3 试验数据处理 4.3.1 正交试验数据处理 用正交表完成了试验方案的制定工作以后就要按照方案中的试验条件 严格操作，至于试验的顺序，可以按试验号的大小排列，也可以随机性地 排定，或者以操作的方便决定。把每次试验结果及处理完的数据列入表 4： 表 4 中，T jk 表示第 j 列因素水平 k（k=1；2；3）的所有试验指标之和。Tjk＝ T jk 3 表示第 j 列因素水平 k 的所有试验指标的平均数。T11 脱硫率 ＝57.9%+62.9%+20.0%+0+22.0%+0=162.8%按照习惯，脱硫率考察平均数，例如，对因素 B,有T 23 脱硫率 ＝(20.0%+53.7%+0+0+0+0)/6=36.9%对各因素，3 个水平脱硫率之和为：S j 脱硫率 ＝Tk 1 33jk＝483.7%对各个因素，3 个水平平均脱硫率为：S j 脱硫率 ＝ 1 3Tk 1jk＝137.0%表 4 中 R j 表示极差，定义为：R j 脱硫率 max T jk min T jk1 k 3 1 k 3 …………(5--1)直接由表 4 可见：脱硫率 η 最高的试验条件是 A1B2C2D2E2，即 PH 值 等于 12、风量为 800m3/h、填料球高度为 30cm、SO2 浓度为 1000ppm、喷 淋量大小为 2500L/h 的第２号试验，其脱硫率为 62.9%. 另外，第 1 号试验 为 A1B1C1D1E1，第 8 号试验为 A3B2C3D2E1，第４号试验为 A2B1C1D2E2， 第 13 号试验为 A2B1C2D3E1,这些试验结果也较高。 比较表 4 中所有的试验结果， 可见影响脱硫率 η 高低的最大因素是 SO2 浓度，风量、PH 值、填料球高度、喷淋量次之。因此，在试验研究中，应 当先把最大影响因素 SO2 浓度确定，而实际烟气排放时 SO2 浓度基本也是 一定的。所以，在进一步试验时，把 SO2 浓度分成几组来研究是跟实际情 况一致的，这样再比较其它因素对脱硫率的影响就能更合理、更方便。T 首先考察 PH。 11 , T 12 , T 13 分别表示 PH 值为 12,10,8 时的平均脱硫率 η，由表 4 可见： T 13 =53.5%为最高。其次，考察风量： T 21 =54.8% 为最高； 填料球高度： T 31 =57.8% 为最高；SO2 进口浓度： T 42 =59.4% 为最高；喷 淋量： T 51 =56.1%为最高。则得出，A3B1C1D2E1 为最好的试验条件。这是 表 4 中没有的试验条件，由此可见，即使最优试验条件没有具体做试验， 也能寻找出来，这正是正交试验的优点所在。 为什么 T j1 , T j 2 , T j 3 能反映每个因素的各个水平对试验脱硫率的影响 呢？这是由于正交表具有的正交性，使每个因素的每个水平与其它因素的 各个水平都搭配到。例如，PH 值的 1 水平与风量、填料球高、SO2 进口浓 度、喷淋量的 1，2，3 水平都搭配到，同样 PH 值的 2，3 水平分别与风量、 填料球高、SO2 进口浓度，喷淋量的 3 个水平都搭配到。并且搭配次数相 同，都是一次。这样，在风量、填料球高、SO2 进口浓度、喷淋量的同等 变化条件下，来比较 PH 值的各个水平的效应。计算 T 11 , T 12 , T 13 时，各个水 平的效应大小相互抵消，即 T 11 , T 12 , T 13 与风量、填料球高、SO2 进口浓度、 喷淋量的效应无关，剩下的是 PH 值的各个水平的效应与试验误差。 计算分析获得的理想试验条件要超过直接比较获得的理想试验条件， 但是，仍然是一种可能好的配合，还需要进一步分析和修正。因为各个因素不一定都要取平均脱硫率最优的水平。根据每个因素对脱硫率的影响不 同，区分出主次。通常用式（5--1）定义的极差来区分因素的主次。某因 素极差越大，说明这个因素对试验指标的影响越大，它就是主要因素。反 之，则是次要因素。由表 4 比较可得到各因素影响脱硫率的主次关系。 由表 4 可以作出影响因素主次关系图，如图 2 所示：影响因素主次关系图150.0%极差100.0% 50.0% 0.0% A B C 影响因素 D E图 2：影响因素主次关系 4.3.2 进一步试验及数据分析 1.在正交试验所得数据基础上进一步试验，由于风量小的时候，脱硫 率 η 较低，所以在进一步试验中，要把重点放在风量较大的工况点上分析。 （1）风量：800m3/h 时，相关数据见表 5。此时正交试验中脱硫率最 好的是第二号试验条件 A1B2C2D2E2，其脱硫率为 62.9%，以此工况点为基 础再改变其它因素，来分析脱硫率的变化： ① 先改变填料球高度，改变后的高度为 51cm；此时脱硫率也提高了； 说明适当提高小球高度有利于更有效的脱硫。由表 5 可以作出脱硫率与填 料球高度关系图，如图 3 所示：脱硫率（η ）与填料球高度关系图70.0% 65.0% 60.0% 55.0%脱硫率 （η ）3051填料球高度(cm)图 3：脱硫率与填料球高度关系图 ② 再提高喷淋量到 4000L/h，脱硫率又提高了 14 个百分点。说明喷 淋量的增大有利于烟气脱硫。 （2）风量：1000m3/h 时，相关数据见表 5。 ① 继续改变喷淋量，分别是：4000L/h、2500L/h、5000L/h、3000L/h。 此时有喷淋量较大的工况，脱硫率也提高到 80%以上，尤其是从 2500L/h 提高到 3000L/h 再提高到 4000L/h，其脱硫率的提高特别明显，但再提高喷 淋量到 5000L/h 时，脱硫率就不再有较大的提高。由表 5 可作出图 4：脱硫率（η ）与喷淋量关系图 100.0% 80.0% 60.0% 40.0% 20.0% 0.0%脱硫率 （η ）2500 3000 4000 5000 喷淋量(L/h)图 4：脱硫率与喷淋量关系图② 碱液浓度对脱硫率的影响关系：当 PH 值达到 13 左右时，脱硫率有 较高的值，一般能达到 80%左右，若再改变其它影响因素，脱硫率还可以 提高很多，但是要注意到这只能作为试验研究，在工业应用中是不合理的， 即受到废碱液有限可利用性的限制且碱浓度高了，耗资也很多。 当 SO2 进口浓度为 2000ppm 时，试验后排放烟气中的 SO2 含量比 1000ppm 时要大。此时改变碱液浓度，由表 5 可作出脱硫率（η）与 PH 值 关系图，如图 5 所示：脱硫率（η ）与PH值关系图100.0%脱硫率 （η ）50.0% 0.0% 11.99 PH值 12.93图 5： 脱硫率与 PH 值关系图 2.从表 5 中可以看到当 SO2 进口浓度（ppm）不一样时，脱硫效率大不 一样，当 SO2 进口浓度为 1000ppm 时，一般脱硫率 η 都比较高，且排出气 体中所含 SO2 浓度也是较低的。随着 SO2 进口浓度的增加其脱硫效率出现 下降趋势，这时要提高脱硫率 η，只有再调节其它影响因素。在 SO2 进口 浓度不同的三组试验中脱硫率 η 都有一个最高值，此时它们的风量都是 1000m3/h，这与用极差判断的结果是一致的，即影响因素中风量是最重要。 比较各组中脱硫率 η 最高的工况，作出脱硫率 η 与 SO2 进口浓度关系图， 如图 6：脱硫率（η ）与SO2进口浓度关系图脱硫率（η ）90.0% 85.0% 80.0% 75.0% 70.0% 1044 2140 3110SO2进口浓度(ppm)图 6： 脱硫率 η 与 SO2 进口浓度关系图 3.同样当风量不同时脱硫率也都有各自的最高值。 由表 5 可作出脱硫率 η 与风量关系图，如图 7 所示：脱硫率（η ）与风量关系图100.0% 80.0% 60.0% 40.0% 20.0% 0.0%脱硫率（η ）6008001000风量（m3/h）图 7： 脱硫率 η 与风量关系图 所有进一步试验的数据都列入表 5 中，总体上风量大时脱硫率 η 都较 高，风量小时脱硫率 η 都较低。其它因素对脱硫率 η 的影响也都在以上部 分分析过。其中，A1：反应前 PH 值；A2：反应后 PH 值；C：填料球高度 (cm)；D1：SO2 预定浓度(ppm)；D2：SO2 进口浓度(ppm)；D3：SO2 出口浓度(ppm)；E：喷淋量大小(L/h)。 表 4： L18 36 试验数据及数据分析表列号A(PH) 1B(m3/h) 2 1(1000) 2(800) 3(600) 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 219.2% 190.8% 73.7% 54.8% 38.2%C(h) 3 1(50) 2(30) 3(10) 1 2 3 2 3 1 3 1 2 2 3 1 3 1 2 137.3% 185.9% 160.5% 57.8% 46.5%D(ppm) 4 1(2000) 2(1000) 3(3000) 2 3 1 1 2 3 3 1 2 3 1 2 2 3 1 211.5% 178.2% 94.0% 42.3% 59.4%E(L/h) 5 1(3000) 2(2500) 3(1000) 2 3 1 3 1 2 2 3 1 1 2 3 3 1 2 224.4% 149.2% 110.1% 56.1% 49.7%F 6 1 2 3 3 1 2 2 3 1 2 3 1 3 1 2 1 2 3脱硫率 η (%) 57.9% 62.9% 20.0% 57.4% 19.1% 53.7% 49.0% 57.9% 22.0% 54.9% 28.9% -试验号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18T j1 T j2 T j3 TTj11(12) 1 1 2(10) 2 2 3(8) 3 3 1 1 1 2 2 2 3 3 3 162.8% 214.0% 106.9% 40.7% 42.8%j2T53.5%j336.9% 145.5%40.1% 48.6%31.3% 117.5%27.5% 114.3%Rj107.1%表 5： 总试验数据表A1 600 m3/h 800 m3/h 12.38 12.14 12.19 11.97 10.86 8.31 11.85 10.24 12.03 10.20 11.04 10.18 11.91 11.90 11.98 11.97 11.97 11.96 11.99 12.93 12.82 12.90 10.03 11.91 12.96 12.80 12.79 10.03 11.05 8.09A2 -10.43 -11.57 --11.80 9.7 11.43 9.61 -8.85 11.28 11.27 11.31 11.70 11.06 10.95 11.16 12.74 12.51 12.78 9.23 11.26 12.59 12.34 12.49 8.89 9.23 7.63C 12 12 12 30 30 12 51 12 51 51 30 30 51 51 51 51 51 51 51 51 51 51 51 70 70 70 70 30 30 30D1 3000 3000 2000 1000 3000 1000 2000 2000 2000 1000 2000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 2000 2000 3000 1000 1000 1000 2000 3000 2000 1000 1000 1000E 1000 3000 3000 2500 1000 3000 1000 2500 3000 2500 3000 3000 2500 4000 4000 2500 5000 3000 4000 4000 4000 4000 4000 4000 4000 4000 5000 4000 4000 4000D2 3340 3307 2135 1035 3010 1165 2254 2050 2114 980 1936 982 1064 1045 1048 1017 1063 990 1995 2050 3205 1044 1050 1086 2140 3110 2132 1014 1065 1004D3 2672 1932 988 384 2436 490 1757 1457 890 417 987 443 317 160 174 337 154 260 680 340 850 106 274 162 253 721 227 306 317 344F 20.0% 41.6% 53.7% 62.9% 19.1% 57.9% 22.0% 28.9% 57.9% 57.4% 49.0% 54.9% 70.0% 84.7% 83.4% 66.9% 85.5% 73.7% 65.9% 83.4% 73.5% 89.9% 73.9% 85.0% 88.2% 76.8% 89.4% 69.8% 70.2% 65.7%1000 m3/h800 m3/h 1000 m3/h第五章实验结论在本次试验研究中，以湍流塔为脱硫设备进行了模拟烟气脱硫试验。 由于客观条件限制，我们只进行了冷态脱硫试验，其中主要对实际设备运 行中较重要的几个参数，如 SO2 进口浓度、风量、填料球高度、PH 值、喷 淋量等对脱硫效果的影响进行了测试研究，而对如：烟气温度、喷淋液温 度、湍球塔高度、填料球大小等因素对脱硫的影响还有待进一步加以研究。 5.1 试验数据所得结论 试验研究了主要参数对脱硫率的影响，结果表明： 1. 进气 SO2 浓度的三组试验分别有不同的脱硫率最高值。其中 SO2 浓 度为 1000ppm 时， 脱硫率最高值为 89.9%， 且排出的烟气中含硫量也最低， 当 SO2 浓度为 3000ppm 时，脱硫率最高值是 76.8%，排出的烟气中含硫量 最高。SO2 浓度为 2000ppm 时，这一组工况的脱硫率都较高，理想的工况 点也选在这一组。 2. 当风量小时，脱硫率很低，不利于试验的研究。这次试验中的风量 达到 1000m3/h 时，最有利于试验研究，当 SO2 进口浓度不同时，三组脱硫 率最高值都出现在这一组。所以最佳工况点的风量为 1000m3/h。 3. 填料球高度为 50cm 时脱硫率比较高，一般在 70%～85%，继续再 提升球的高度，脱硫率也有所增加但幅度不大。 4. 碱液 PH 值大时，脱硫率很高，按其影响大小明显分成两段：PH 值 增加到 12 左右时，脱硫率增加幅度较大；而再提高 PH 值后脱硫率增加幅 度较小。 5. 喷淋量对脱硫率的影响也是分段的， 当喷淋量从 1000ppm 不断增至 4000ppm 时，脱硫率有较明显的提高；当喷淋量再增加时，脱硫率变化不 大。5.2 试验设备改进提议 1.现在的送风管道直径是：100mm，如果换一根直径为：200mm 的送 风管道，风量就会有所增加，脱硫率也就会有所提高。 2.塔身开口处上的盖安装较复杂，每次装球时都需要费很常的时间。 而且，小球的高度测量也不方便，要是能换一种较为方便的盖就能省去一 些麻烦的操作。 3.试验水池与水泵接口处偏上，当试验需要较高浓度碱液时水就需要 放少，此时，水面低于水泵管道接口处时，通过水泵抽出的水的流量很不 稳定，所以必须把接口往下移。另外，排水管较细，排水时间过长，最好 换一根粗管。结 束 语通过这次试验，锻炼了我的动手分析问题、解决问题的能力。在试验 过程中，我发现实际的试验研究与理论的学习有很多不同之处。在毕设过 程中我增强了环抱意识，也掌握了烟气脱硫的基本知识。 毕业设计已快要结束，在这期间导师魏砾宏和师兄楚华对本文工作 给予了悉心的指导。在试验方案设计部分，吴小明老师提出了不少参考意 见。李爱民老师也给予了不少关心和帮助。在此对他们表示感谢！参考文献：1.雷仲存主编 《工业脱硫技术》化学工业出版社 2001.5 2.肖文得、吴志泉 《二氧化硫脱除与回收》化学工业出版社 2001.5 3.郝吉明、王书肖、陆永琪 《燃煤二氧化硫污染控制技术手册》化学工业 出版社 2001.4 4.马连元 《双碱法脱硫技术研究》中国环境科学出版社 1985.5 5.王淑勤、胡满银《湍球塔石灰湿式烟气脱硫的试验研究》浙江大学出版 社 1990.5 6.贺英群《焦炉煤气脱硫工艺的研究》中国石化出版社 1993.8 7.黄学敏《烟气脱硫技术的开发动向》 8.于正然、刘光铨 《烟尘烟气测试使用技术》化学工业出版社 1992.59.孙沛石、刘璃璃 《电厂飞灰湿式烟气脱硫试验研究》化学工业出版社 1998.8 10.腾素珍 《数理统计》大连理工大学出版社 2000.8 11.《城市大气污染总量控制方法手册》中国环境科学出版社 1995.8 12.张宝旭《环境与健康》