大气课程设计

2023年两会的一个热点话就是大气污染问题。“十一五”经过全国的共同努力，化学需氧量和二氧化硫减排量都超额完成了任务。“十二五”国家决定继续把化学需氧量、二氧化硫排放量作为约束性指标，同时根据环境保护的需要、根据改善环境质量的需要，又把氮氧化物和氨氮列入了约束性指标。

指标的减排幅度是8%-10%。由此可见大气污染已经引起了各国的格外重视。

大气污染主要有温室效应、臭氧层破坏和酸雨。而就我国的经济和技术发展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，主要污染物是二氧化硫和烟尘。

据统计，2023年全国煤炭消耗量10.52亿吨，到2023年煤炭消耗量增至12.8亿吨，二氧化硫排放量达2232万吨。

超过欧洲和美国，居世界首位。因此，控制燃煤烟气污染是我国改善大气质量、减少酸雨和so2危害的关键问题。

此次课程设计主要采用电除尘器和湿式脱硫技术来处理高硫无烟煤，使其达到锅炉大气污染物排放标准中2类区新建排污项目的排放标准。

从气体中去除和捕集固态或液态颗粒的设备称为除尘设备，根据除尘机理，目前常用的除尘设备可分为：机械除尘器、电除尘器、袋式除尘器和湿式除尘器等。机械除尘器通常指利用质量力（重力、惯性力和离心力等）作用使颗粒物与气流分离的装置，包括重力沉降室、惯性除尘器和旋风除尘器等。

电除尘器是含尘气体在通过高压电场进行电离的过程中，使尘粒荷电，并在电场力的作用下使荷电尘粒沉积在集尘板上，使之从含尘气体中分离出来的除尘装置。袋式除尘器是使含尘气流通过过滤材料将粉尘分离捕集的装置，采用滤纸或玻璃纤维等填充层做滤料的空气过滤器，主要用于通风及空气调节方面的气体净化[1]。本次课程设计主要介绍电除尘器。

电除尘器以其除尘效率高、阻力低、烟气处理量大、耐热温度高等优点而成为粉尘捕集**和气体净化的主要设备，已广泛应用于有色金属、冶金、电力、建材、石油、化工等行业。目前，电除尘器主要采用常规直流供电，该供电方式对高温微细等高比电阻粉尘易产生反电晕现象，除尘效率低，且除尘效率随比电阻的增加而下降。

电除尘器的工作原理[2]如下：

1)电晕放电和空间电荷的形成。

在电晕极与积尘极之间施加直流高电压，使放电极发生电晕放电，，气体电离，生成大量自由电子和正离子。正离子被电晕极吸收而失去电荷。自由电子和气流中负电性气体分子俘获自由电子后形成的气体负离子，在电场力的作用下向集尘极移动便形成了空间电荷。

2)粒子荷电。

通过电厂空间的气溶胶粒子与自由电子、气体负离子碰撞附着，便实现了粒子荷电。

3)粒子沉降。

在电场力的作用下，荷电粒子被驱往集尘极，少数的尘粒相遇，使其荷正电，它们也将沉集在截面很小的电晕极上。

4) 粒子清除。

电除尘器的特点：

优点：①压力损失小，一般为200-500pa；②处理烟气量大，可达10-10m/h；③能耗大，大约0.2-0.

4kwh/1000m；④对细粉尘有很高的补集效率，可高于99%；⑤可在高温或强腐蚀性气体下操作[1]。

缺点：主要是设备庞大，耗钢多，需高压变电和整流设备，故投资高；要求制造、安装和管理的技术水平高；除尘效率受粉尘比电阻影响较大，一般对比电阻小于10-10·cm或大于10-10·cm的粉尘，若不采用一定的措施，除尘效率将受一定的影响；此外，初始浓度大于30g/m的含尘气体需设置预处理装置。

烟气脱硫方法可分为两类即抛弃法和再生法，抛弃法即在脱硫过程中将形成的固体产物废弃，这需要连续不断加入新鲜的化学吸收剂，而再生法是指反应过的吸收剂可连续的在一个封闭系统中再生，再生后的脱硫剂和补充的新鲜吸收剂再回到脱硫系统循环使用。按照脱硫剂是否以溶液状态进行脱硫可分为湿法和干法脱硫[1]。而现在使用最广泛的是湿式脱硫技术，燃用中高硫煤（含硫》2%）机组、或大容量机组(≥200m w )的电站锅炉建设烟气脱硫设施时，一般应优先采用湿式石灰石一石膏法工艺，脱硫率应保证在90 % 以上[1]。

本次课程设计就是就是高硫煤故用的是湿式石灰法。

烟气脱硫中目前使用最广泛的湿法烟气脱硫技术，主要是石灰石/石灰洗涤法，占整个湿法烟气脱硫技术的36.7%。它是采用石灰或石灰石的浆液在洗涤塔内吸收烟气中的so2并副产石膏的一种方法[3]。

湿式钙法通常有抛弃法、**法和双循环湿式钙法等，抛弃法和**法区别在脱硫产物是否再利用。其中**法的脱硫产物为二水石膏(caso·2h2o)，此法以日本应用最多。石膏的主要用途是作为建筑材料，高质量石膏作为石膏板材的原料。

我国重庆珞磺电厂引进日本三菱公司的技术就是这种方法。

湿式石灰/石灰石法脱硫最早由英国皇家化学工业公司在20世纪30年代提出，目前是应用最广泛的脱硫技术。它的脱硫过程是气液反应，其脱硫反应速率快，脱硫效率高，钙利用率高，在钙硫比等于1时，可达到90%以上的脱硫效率，适合于大型燃煤电站锅炉的烟气脱硫。

湿式石灰/石灰石反应原理为：湿式石灰法是用石灰浆液吸收烟气中的二氧化硫，首先生成亚硫酸钙生成石膏，因此就整个方法的过程来言，主要分为吸收和氧化两个步骤，整个过程发生的主要反应如下：

吸收过程：在吸收塔内主要反应如下：

由于烟气中含有氧，有如下副反应发生：

氧化过程：在氧化塔内，主要反应有：

湿式石灰/石灰石法的优点是脱硫效率高技术成熟；运行可靠性好；对煤种变化的适应性强；占地面积大，一次性建设投资相对较大；吸收剂资源丰富，**便宜；脱硫副产物便于综合利用；技术进步快等特点。

缺点：易发生设备结垢堵塞或磨损设备。投资费用高；占地面积大，耗水量相对较大，有少量污水排放。

电除尘器主要通过点晕放电和空间电荷形成、粒子荷电、粒子沉降和粒子清除四个过程，故影响除尘效率的主要因素有尘粒的特性、除尘结构和操作参数。

1、尘粒粒径颗粒粒径不同，在电场中的荷电机制不同，驱进速度显著不同。大于1um的尘粒，随着、粒径的减小，除尘效率降低。粒径0.

1~1um的尘粒，除尘效率几乎不受颗粒粒径的影响。另外尘粒比电阻也是一个影响因素，尘粒比电阻表示尘粒的导电性。定义为厚1cm，覆盖1cm2收尘面积的粉尘层电阻，尘粒比电阻越低越容易荷电，除尘效率提高。

2、除尘器结构除尘器结构影响因素有三方面，比收尘面积对除尘效率有明显影响，比收尘面积增大，颗粒**集的机会增加，除尘效率提高。收尘极与电晕极之间的距离对除尘效率也有较大影响。气体流速一定的情况下，驱进速度一定，极间距越小，颗粒到达收尘极板的时间越短，颗粒越容易**集，但间距过小一造成二次飞扬。

收尘板有效高度与高度之比直接影响振打清灰时二次扬尘的多少。与收尘板高度相比，如收尘板不够长，部分下落灰尘在到达灰斗之前可能被烟气带出除尘器，从而降低了除尘效率。

3、操作参数供电装置的容量，输出电压的高低，电压波形和稳定性以及供电分组都会影响电除尘器的除尘效率[4]。

具体的运行参数如表2-1[1]：

另外取大气压p， pa，除尘效率为98%，宽裕系数m=1.5~2.0；通道宽b=0.3m。

1) 液气比吸收液与吸收气体的体积比即液气比（vl/vg）的大小是影响so2去除的重要参数，增大vl/vg的作用是增大液气传质速率从而提高脱硫效率；

2) 吸收液ph值吸收液的ph值是烟气脱硫重点控制的化学参数之一，吸收液的ph值越高，越有利于so2的吸收，有利于提高脱硫效率。但高ph值容易造成系统结垢和堵塞，需增加冲洗的次数和能耗，因此需控制在适当水平；

3) 入口so2浓度脱硫效率与烟气入口so2浓度近似成反比，当进口so2浓度增大，脱硫效率呈直线下降；

4) 钙硫比采用不同的钙硫质量比mca/ms（0.6～1.6）来测试其对脱硫效率的影响。

结果表明：随mca/ms的增大，脱硫率增大。当mca/ms<1时，提供的吸收剂不能满足吸收烟气中so2的需要，这时脱硫率完全由吸收剂量所决定。

当mca/ms﹥1时，即加入的吸收剂过量时，脱硫率的增加速率降低，石灰利用率也下降。因此，为了提高系统的运行经济性及所需要的脱硫率，需控制mca/ms在合理范围内（一般在1.05～1.

1）；5) 空塔流速（v）空塔流速的提高造成脱硫效率的下降。因为脱硫器采用逆流操作，空塔气速的提高使得液滴的停留时间延长，但是塔内反应为快速化学反应，停留时间越长，液滴内脱硫剂的浓度越低，造成液滴内的so2质量流速的减小，从而造成单个液滴脱硫效率的下降。同时空塔流速增大，烟气在反应器中的停留时间缩短，减少了气、液间的接触时间，致使整个塔体的脱硫效率降低；

6)烟气温度（t）随着烟气温度的增加，脱硫效率逐渐降低。这是由于随着温度的增大，气体分子之间的相对运动加快，使部分吸收质分子解析速度加大，从而导致脱硫效率的降低。可见在脱硫工艺过程中，适当的降低烟气温度有助于提高脱硫效率。

1. 吸收反应时间t ，一般石灰系统的烟气脱硫时间为3～5s,取t=5s

2.钙/硫为根据经验一般：1.05～1.1，取为1.05；

3. 液气比一般为：4.7～13.6l/m3，取12 l/m3；

4. 浆液的质量浓度为10%～15%，取15%；

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