一種模擬工業煙氣幹法脫硫的實驗裝置的製作方法

2023-04-26 17:00:16

本發明屬於煙氣脫硫技術領域，涉及到一種模擬工業煙氣幹法脫硫的實驗裝置。

技術背景

隨著世界經濟的快速發展，工業化、城市化腳步加快，工業煙氣汙染現已成為21世紀最嚴重的環境問題，其特點是汙染範圍廣、汙染物產生量大、造成環境酸化嚴重。so2是工業煙氣中主要的酸性氣體之一，煙氣脫硫技術近年來備受關注。溼法脫硫技術已經取得了成熟的發展，但是該方法存在設備腐蝕嚴重、維護費用高及易造成二次汙染等不足，因此幹法脫硫技術稱為現階段煙氣脫硫技術的研究熱點。目前，實驗室煙氣幹法脫硫實驗裝置僅僅對煙氣成分進行模擬，而沒有考慮排放煙氣的溫度因素，缺少工業煙氣溫度對脫硫效率的影響分析，從無法為煙氣餘熱回收利用提供參考；此外，現有的幹法脫硫實驗裝置無法保證煙氣與脫硫劑的充分接觸，而且煙氣流量的變化會對脫硫的穩定性有很大影響，普遍存在脫硫時間長，脫硫劑利用不充分等不足。因此，十分有必要提供一種能夠考慮煙氣溫度的、提高脫硫穩定性和脫硫速率的幹法煙氣脫硫實驗裝置。

本發明就是為了克服現有實驗裝置的不足，提供了一種具有多孔進氣裝置的模擬工業煙氣幹法脫硫實驗裝置。模擬煙氣經加熱爐加熱成為高溫煙氣，由多孔進氣裝置進入反應塔，煙氣通過多孔進氣裝置的主進氣管與進氣支管上的氣孔與脫硫劑充分接觸，進行so2的脫除。本發明操作簡便，安全可靠，脫硫速率快，能夠實現單一變量控制，適用於實驗室研究煙氣脫硫工藝條件，進而為實際工業煙氣脫硫技術提供參考。

技術實現要素：

本發明的目的在於提供一種操作簡便、穩定性好、煙氣分布均勻、脫硫速率快且能夠模擬高溫工業煙氣的幹法脫硫實驗裝置及方法。

為了達到上述目的，本發明通過下列途徑實現：

一種模擬工業煙氣幹法脫硫的實驗裝置，包括模擬工業煙氣生成裝置、多孔進氣裝置、反應塔、煙氣分析儀、數據採集裝置和尾氣處理部分。

模擬工業煙氣生成裝置包括高壓儲氣瓶、減壓閥、針型閥、氣體質量流量計、單向閥、安全閥、氣體緩衝罐、蒸汽發生器和加熱爐a；每種氣體的高壓儲氣瓶都連接一個減壓閥，減壓閥之後依次連接針型閥、氣體質量流量計、單向閥；不同氣體經單向閥流入氣體緩衝罐充分混合，氣體緩衝罐前端連接壓力傳感器和安全閥，實時監測系統壓力，進行安全防護；氣體緩衝罐出口一端與煙氣分析儀相連，另一端與蒸汽發生器相連；蒸汽發生器與加熱爐a入口相連，加熱爐a出口經溼式流量計與多孔進氣裝置相連。

多孔進氣裝置由反應塔底部接入，使煙氣進入反應塔反應；反應塔塔體為豎直放置圓柱形結構，反應塔頂部設有進料口與煙氣出口，底部連接多孔進氣裝置，煙氣出口連接冷卻除水裝置；反應塔外部包裹豎直放置的加熱爐b，用於維持反應溫度恆定，加熱爐b底部通過支架固定在地面；反應塔底部接有溫度傳感器。

煙氣分析儀分別與氣體緩衝罐出口及冷卻除水裝置連接，用於在線分析脫硫前後模擬工業煙氣成分。

數據採集裝置包括工控機和數據採集模塊，數據採集模塊與裝置中的氣體質量流量計、溫度傳感器和壓力傳感器連接，能夠對實驗過程參數實時採集。

尾氣處理部分進行尾氣的淨化，用氫氧化鈉進行二氧化硫的吸收，並加入苯酚作為指示劑，可根據模擬工業煙氣流量大小選擇不同容積的洗氣瓶。

所述氣體緩衝罐為圓柱形結構，內有中空中心柱，中心柱出口與混合室底部距離為2cm；氣體緩衝罐前端連接安全閥，增強安全防護。

所述加熱爐a對進入反應塔的煙氣進行高溫加熱，可以模擬高溫工業煙氣，與工業實際情況更接近，能夠實現煙氣溫度對脫硫效果的影響測試；所述加熱爐a管內放置石英砂，用於增加氣流擾動，穩定氣體流速，使煙氣充分加熱。

裝置中含水蒸氣的氣體管路外均包裹保溫棉，保證水蒸氣順利進入反應塔中參反應。

反應塔底部與頂部均採用可拆卸耐高溫密封蓋密封，頂部密封蓋可作進料口用於向反應塔中添加脫硫劑，所述頂部密封蓋上設置有煙氣出口。

所述多孔進氣裝置與反應塔底部密封蓋連為一體，所述底部密封蓋與反應塔底部連接處有密封膠圈墊封。

所述多孔進氣裝置由主進氣管和進氣支管組成，進氣支管分布在主進氣管四周，主進氣管與進氣支管上均有均勻分布的氣孔，增加煙氣在脫硫劑中的流動通道，使氣體與脫硫劑充分接觸，能有效縮短脫硫時間，提高脫硫劑利用率。

本發明提供的一種模擬工業煙氣幹法脫硫的實驗裝置及方法，模擬煙氣組成及含量可根據需要調節，能夠對不同行業的工業排放煙氣進行脫硫實驗；多孔進氣裝置保證了煙氣與脫硫劑均勻充分接觸，提高脫硫速率與脫硫劑的利用率；實現單一變量控制，分別可以分析煙氣溫度、水蒸氣含量、煙氣流量、反應床層溫度等因素對脫硫效果的影響；反應塔中可以放置不同種類的脫硫劑及不同改性方法處理的脫硫劑，能夠測試脫硫劑種類及不同改性方法的脫硫效果。

附圖說明

圖1為一種模擬工業煙氣幹法脫硫的實驗裝置結構示意圖。

圖2為本發明的反應塔及多孔進氣裝置結構示意圖。

圖3為傳統脫硫實驗裝置的反應塔及進氣系統結構示意圖。

圖中：1為高壓儲氣瓶；2減壓閥；3針型閥；4氣體質量流量計；5單向閥；6壓力傳感器；7安全閥；8氣體緩衝罐；9針型閥；10煙氣分析儀；11針型閥；12蒸汽發生器；13針型閥；14質量流量計；15氣體管路保溫棉；16加熱爐a；17針型閥；18溼式流量計；19多孔進氣裝置；20反應塔；21加熱爐b；22溫度傳感器；23煙氣出口；24冷卻除水裝置；25尾氣吸收裝置；26數據採集裝置；191反應塔底部密封蓋；192主進氣管道；193進氣支管；194氣孔；201反應塔頂部密封蓋；202脫硫劑負載金屬網。

具體實施方式

下面將結合附圖對本發明做進一步詳細、完整的說明。

圖1所示為本發明實驗裝置結構圖，下面按照圖中所示加以說明。

脫硫實驗的具體操作方法為：so2、n2、o2經過高壓儲氣瓶1流出，減壓閥2調節流出壓力，經針型閥3調節氣體流量、質量流量計4測量氣體流量，然後經單向閥5進入氣體緩衝罐8充分混合；打開針型閥9，煙氣進入煙氣分析儀10進行模擬煙氣成分分析；煙氣分析完成後關閉針型閥9，打開針型閥11和13，煙氣與蒸汽發生器產生的水蒸氣混合，進入加熱爐a16加熱，形成高溫模擬工業煙氣，凡有水蒸氣流過的氣體管路外均包裹保溫棉，防止水蒸氣液化；含水蒸氣的模擬煙氣經溼式流量計18測量煙氣流量，由多孔進氣裝置19進入反應塔20；煙氣通過多孔進氣裝置的主進氣管192與進氣支管193上的氣孔194與反應塔20中的脫硫劑充分接觸，進行so2的脫除；脫硫之後的煙氣由反應塔頂部的煙氣出口23流出，經過冷卻除水裝置24冷卻除水後進入煙氣分析儀10進行成分分析；由煙氣分析儀流出的尾氣進入尾氣處理裝置25，so2與naoh溶液反應被吸收，剩餘氣體排放至大氣中，對環境無汙染。

吸附完成後，脫硫劑的更換方法為：斷開煙氣出口23與多孔進氣裝置19處的快速接頭，將整個反應塔20連同多孔進氣裝置19由加熱爐b21下部取出；打開反應塔頂部的密封蓋201，將吸附飽和的脫硫劑由反應塔頂部倒出；將多孔進氣裝置19放入反應塔20，由反應塔上部向反應塔中加入新鮮脫硫劑，將反應塔頂部密封蓋201放置在反應塔頂部，並連接好多孔進氣裝置19與煙氣出口23處的快速接頭，即可進行下一次的實驗脫硫實驗測試。

該實驗裝置能夠模擬不同行業的排放煙氣，可通過改變高壓儲氣瓶1的種類，調節儲氣瓶前的針型閥3改變模擬煙氣中各組分的濃度。

該煙氣幹法脫硫實驗裝置操作簡單，可實現單一變量控制。

加熱爐a16的加熱範圍為80-200℃，與實際工業過程煙氣排放溫度接近，通過調節加熱爐a16的工作溫度，能夠分析煙氣排放溫度對脫硫效率的影響，進而為工業鍋爐尾氣的餘熱回收利用提供參考；通過針型閥13來調節模擬煙氣中水蒸氣的含量，分析煙氣中水蒸氣含量對脫硫效果的影響；調節針型閥17能夠控制進入反應塔的煙氣流量，進而分析煙氣流量對脫硫效率的影響；改變加熱爐b21的工作溫度，可以分析床層溫度對脫硫效率的影響；

圖2所示為本發明的多孔進氣裝置19與反應塔20的結構示意圖。多孔進氣裝置由反應塔底部密封蓋191的中心穿過，二者連為一體。該多孔進氣裝置由反應塔底部伸入脫硫劑床層，主要包括反應塔底部密封蓋191，主進氣管192，進氣支管193，進氣支管分布在主進氣管四周；主進氣管與進支管上均勻分布氣孔194，氣孔的直徑與數量可根據煙氣流量進行適當調整。

圖3所示為傳統脫硫實驗裝置的進氣管路與反應塔結構示意圖。在反應塔中部偏下的位置放置有脫硫劑負載鐵絲網202，用於負載脫硫劑，煙氣由反應塔底部進入至下而上進入脫硫劑床層，與脫硫劑發生反應。

在模擬煙氣組成為：o2體積分數5％，so2入口濃度2000ppm，水蒸氣體積分數10％，n2作為平衡氣，煙氣溫度為120℃，煙氣流量0.4l/min，反應床層溫度80℃，活性炭12g的條件下，分別採用圖2與圖3所示的進氣裝置進行脫硫實驗。採用圖2所示的多孔進氣裝置的脫硫吸附平衡時間為150min，脫硫劑的硫容量為98mg/g；採用圖3所示的進氣裝置，脫硫的吸附平衡時間為175min，脫硫劑的硫容量為62mg/g。結果表明，本發明提供的多孔進氣裝置能提高脫硫速率，增大脫硫劑的利用率。