煙氣脫硫除霧冷態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)研究

王江濤 ， 曹真真 ， 李長(zhǎng)安 ， 蔣永剛

(河南心連心化肥有限公司 ， 河南 新鄉(xiāng) 453731)

煙氣脫硫除霧冷態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)研究

王江濤 ， 曹真真 ， 李長(zhǎng)安 ， 蔣永剛

(河南心連心化肥有限公司 ， 河南 新鄉(xiāng) 453731)

除霧器是濕法脫硫工藝中的分離煙氣攜帶液滴的關(guān)鍵設(shè)備，為弄清規(guī)流床除霧器的運(yùn)行機(jī)理，特設(shè)計(jì)了煙氣脫硫除霧模擬實(shí)驗(yàn)裝置。實(shí)驗(yàn)以空氣作為氣體介質(zhì)，在玻璃脫硫塔內(nèi)模擬規(guī)流床除霧器的除霧現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，影響除霧運(yùn)行效果的關(guān)鍵因素為液氣比、塔板高度、塔板縫隙率。同時(shí)通過極差分析法，得出最佳的實(shí)驗(yàn)組合。

煙氣脫硫 ； 規(guī)流床 ； 除霧器 ； 模擬 ； 塔板高度 ； 液氣比

0 前言

隨著國(guó)家對(duì)環(huán)保工作的要求日益嚴(yán)格，燃煤鍋爐的煙囪排放面臨著越來越嚴(yán)峻的局面，河南心連心化肥有限公司現(xiàn)有四套煙氣脫硫裝置，均采用濕式氨法脫硫工藝，每套脫硫裝置的處理煙氣量平均在170 000 m3/h，處理后的煙氣中SO2含量為40～60 mg/m3，煙塵含量為20～30 mg/m3，基本上滿足環(huán)保排放指標(biāo)。但是隨著嚴(yán)格的新環(huán)保法實(shí)施，現(xiàn)有裝置必須進(jìn)行改進(jìn)，方能滿足排放指標(biāo)的要求。除霧器出口的霧滴含固量會(huì)影響煙塵的排放濃度，本文通過對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，得出了最佳除霧效果的除霧器組合。

1 實(shí)驗(yàn)

本次實(shí)驗(yàn)主要是為了解決公司近兩年來的除霧器改造過程中所出現(xiàn)的問題。目前公司現(xiàn)有的除霧器種類主要有旋流板式、折流條式和規(guī)流床除霧器。規(guī)流床除霧器作為一種新型的除霧裝置，在運(yùn)動(dòng)原理上它屬于湍球塔的一種，但是由于塔板的特殊構(gòu)造，其除霧機(jī)理又不同于湍球塔。公司在引入該項(xiàng)除霧器時(shí)，一直未能摸索出合適的塔板高度、塔板開孔率、液氣比及填料球的種類等影響因素，從而得到最佳的除霧效果。通過模擬實(shí)驗(yàn)，測(cè)出實(shí)驗(yàn)脫硫塔各層塔板的空塔氣速；在多因素多水平狀態(tài)下，測(cè)試出影響脫硫除霧的關(guān)鍵點(diǎn)因素；觀察和記錄各組實(shí)驗(yàn)條件下填料球的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，以及帶液情況，得出最佳除霧裝置組合。

1.1 實(shí)驗(yàn)裝置

實(shí)驗(yàn)所需的儀器和設(shè)備(型號(hào)規(guī)格和性能參數(shù))列于表1。

表1 實(shí)驗(yàn)主要儀器及設(shè)備

1.2 實(shí)驗(yàn)流程(見圖1)

圖1 冷態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)流程簡(jiǎn)圖

氣體流程：空氣經(jīng)過高壓引風(fēng)機(jī)加壓和提速，進(jìn)入風(fēng)管，自下而上通過風(fēng)管上安裝的LZB-80F玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)，在壓差的作用下，測(cè)出系統(tǒng)風(fēng)量，從脫硫塔進(jìn)氣口進(jìn)入玻璃脫硫塔，通過氣體分布器后進(jìn)入除霧器裝置，實(shí)現(xiàn)氣液分離后，通過脫硫塔出氣口排出。

液體流程：液體存儲(chǔ)在脫硫塔下部的儲(chǔ)槽內(nèi)，在儲(chǔ)槽下部接有一管路，與漿液循環(huán)泵進(jìn)液口相連，儲(chǔ)槽上部開有補(bǔ)水孔，可以調(diào)節(jié)槽內(nèi)的液體pH值和液位的高度，儲(chǔ)槽上部另有一管路與脫硫塔相連。液體通過漿液循環(huán)泵上部出口管路，自下而上流經(jīng)LZB-50玻璃轉(zhuǎn)子液體流量計(jì)，然后通過管路與脫硫塔的進(jìn)液口相連，脫硫塔進(jìn)液口內(nèi)接有噴淋裝置，液體經(jīng)過噴淋裝置流到塔底，形成閉環(huán)回路。

1.3 正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)本著與生產(chǎn)實(shí)際盡可能多的結(jié)合，參與實(shí)驗(yàn)的風(fēng)量依據(jù)實(shí)際煙氣流量等比例縮小，煙氣流量=煙氣流速×截面積(Q=VπR2)，故當(dāng)R縮小20倍，則Q縮小400倍。

本實(shí)驗(yàn)參考其他成功的實(shí)驗(yàn)過程，最終確定使用正交實(shí)驗(yàn)，通過過分析實(shí)驗(yàn)的各種調(diào)節(jié)因素，可知該實(shí)驗(yàn)可以設(shè)計(jì)成L9(34) 4因素3水平的正交實(shí)驗(yàn)，可省時(shí)、省力、省錢，又能達(dá)到基本滿意的實(shí)驗(yàn)效果。因此，按照4因素3水平設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)表格，實(shí)驗(yàn)的各種調(diào)節(jié)因素列于表2。

表2 實(shí)驗(yàn)的各種調(diào)節(jié)因素

裝填不同規(guī)格的填料球是本實(shí)驗(yàn)一個(gè)重要因素，根據(jù)實(shí)際工況的要求，材質(zhì)選取耐高溫、耐腐蝕的聚丙烯材質(zhì)，但是不同規(guī)格的填料球用在該除霧器上的效果差別很大，實(shí)驗(yàn)中采用的三種填料球均為定制的，根據(jù)表面形態(tài)的不同來區(qū)分。其中45 mm填料球?yàn)榫郾?shí)心球；50 mm凹坑，為表面設(shè)有凹痕的聚丙烯填料球；50 mm改性球?yàn)榫郾?shí)心球，其表面進(jìn)行了親水性的改性處理。塔板高度選為實(shí)驗(yàn)因素的原因，是因?yàn)樵趯?shí)際生產(chǎn)中進(jìn)行除霧器改造時(shí)，對(duì)除霧器安裝高度的選擇不夠。液氣比是除霧過程中一個(gè)較為重要的參數(shù)，即和系統(tǒng)循環(huán)液體體積(L)和煙氣流量(m3)的比值，公司的幾套氨法脫硫裝置，根據(jù)實(shí)際情況分別采用不同的數(shù)值，實(shí)驗(yàn)過程采用的數(shù)據(jù)即來源實(shí)際生產(chǎn)。

1.4 正交實(shí)驗(yàn)過程

實(shí)驗(yàn)過程可以分為三個(gè)步驟，第一步是設(shè)備的調(diào)試和調(diào)整，調(diào)試水泵和風(fēng)機(jī)的運(yùn)行，風(fēng)量的調(diào)試按照實(shí)際生產(chǎn)風(fēng)量相應(yīng)的比例進(jìn)行縮小，調(diào)整范圍為250～650 m3/h，通過風(fēng)機(jī)出口蝶閥調(diào)節(jié)風(fēng)量。

第二步是實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集，即對(duì)每種組合下的除霧器進(jìn)行風(fēng)速和風(fēng)量的測(cè)量，因?yàn)轱L(fēng)速是本實(shí)驗(yàn)的一個(gè)重要的設(shè)計(jì)參數(shù)，同時(shí)起著實(shí)驗(yàn)結(jié)果與實(shí)際生產(chǎn)的聯(lián)系的作用，該值的準(zhǔn)確性和全面性是實(shí)驗(yàn)成果與否的重要保障，所以本次實(shí)驗(yàn)共測(cè)量了184組風(fēng)速和風(fēng)量，涵蓋了所有的實(shí)驗(yàn)配比和組合，也將實(shí)際生產(chǎn)中的各種風(fēng)量對(duì)應(yīng)下的實(shí)驗(yàn)風(fēng)速準(zhǔn)確地找了出來。

第三步根據(jù)收集的因素水平所組合的正交實(shí)驗(yàn)表，進(jìn)行不同組合的實(shí)驗(yàn)記錄，每組實(shí)驗(yàn)進(jìn)行2.0 h，觀察填料球的運(yùn)行狀態(tài)，同時(shí)記錄表面鎖液能力、塔板阻力和系統(tǒng)阻力，然后通過標(biāo)尺，測(cè)量?jī)?chǔ)存槽內(nèi)的液位差值，記錄下來作為最終的實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。

2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與討論

2.1 實(shí)驗(yàn)組合和數(shù)據(jù)

實(shí)驗(yàn)根據(jù)風(fēng)量的不同劃分為6組，本次實(shí)驗(yàn)風(fēng)量，選擇有360 m3/h，該風(fēng)量是對(duì)應(yīng)生產(chǎn)中較為常見的負(fù)荷。 風(fēng)量360 m3/h的正交實(shí)驗(yàn)組合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)列于表3。

2.2 實(shí)驗(yàn)風(fēng)速與塔板高度、縫隙率的關(guān)系

使用便攜式風(fēng)速儀，在實(shí)驗(yàn)塔內(nèi)和出氣口處分別測(cè)量各階段的風(fēng)速，通過表3我們可以看出，對(duì)于

表3 風(fēng)量360 m3/h的正交實(shí)驗(yàn)組合

相同規(guī)格的塔板，在同的塔板高度下，對(duì)應(yīng)的最大風(fēng)速和進(jìn)口阻力的關(guān)系，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)見圖2。

圖2 塔板高度與空塔氣速的關(guān)系

從圖2可以看出，隨著塔板高度的增加，氣流通過塔板的空塔氣速在增加。而決定除霧效率的關(guān)鍵因素是攜帶流速[1]。這是由于流速的增高，作用于液滴上的慣性力增大，有利于氣液的分離，但是流速增加到一定程度時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)二次攜帶現(xiàn)象，這就是臨界氣體流速，氣體流速太高會(huì)引起煙氣中液滴的二次攜帶現(xiàn)象，太低則會(huì)使氣體流動(dòng)過程中的方向改變減小，降低填料球的鎖液能力。根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)提供的計(jì)算方法確定本實(shí)驗(yàn)裝置的臨界氣體流速。

根據(jù)湍球塔工作原理[2]，計(jì)算出本實(shí)驗(yàn)用填料球的臨界流化速度，床層上填料球所受的重力、拽力、摩擦力和浮力相平衡，即流體通過床層阻力Δp等于單位床層面積上填料球所受的重力與浮力之差[3]：

Δp=Hmf(1-εmf)(ρp-ρg)g

(1)

式中：Hmf、εmf分別為臨界流化點(diǎn)時(shí)的床層高度和縫隙率，ρp、ρg分布為填料球和空氣的密度，g為重力加速度。

聯(lián)立歐根方程[4]交與(1)式，可得該實(shí)驗(yàn)塔的臨界流化速度表達(dá)式[3]：

(2)

將實(shí)驗(yàn)球參數(shù)代入公式，為什么用這種填料球，說明的密度ρp=304.5 kg/m3和床層高度H=100 mm(根據(jù)比例選定)代入式(2)計(jì)算可得，該實(shí)驗(yàn)裝置填料球的臨界流化速度為4.3 m/s，觀察在該風(fēng)速下對(duì)應(yīng)下的填料球除霧效果，發(fā)現(xiàn)在4.5～4.8 m/s時(shí)，填料球積液能力較強(qiáng)，且處于微流化狀態(tài)。

2.3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析和最佳除霧組合

分析依據(jù)：根據(jù)《概率統(tǒng)計(jì)》中關(guān)于正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的知識(shí)可得，正交實(shí)驗(yàn)表中各列的極差是不同的極差越大，則說明這個(gè)因素水平改變時(shí)，對(duì)試驗(yàn)指標(biāo)的影響越大。結(jié)合本實(shí)驗(yàn)對(duì)應(yīng)的正交表(表3)，其中表中的K1、K2、K3分別是幾個(gè)實(shí)驗(yàn)因素第一、第二、第三水平所參與的3組實(shí)驗(yàn)指標(biāo)之和，k1、k2、k3這3行的3個(gè)數(shù)，分別是K1、K2、K3行中3個(gè)數(shù)除以3所得的結(jié)果，也就是各水平所對(duì)應(yīng)的平均值。而極差則是一列中最大值與最小值之差，極差越大，則說明該因素對(duì)實(shí)驗(yàn)指標(biāo)的影響越大。從表中可知，塔板高度是影響除霧效率的關(guān)鍵因素，填料球規(guī)格次之。

最優(yōu)實(shí)驗(yàn)組合的依據(jù)也是根據(jù)極差分析得出，由于本次實(shí)驗(yàn)指標(biāo)為失水量，失水量越小，則說明除霧效果越好，選擇極差k值最小的水平，就本實(shí)驗(yàn)裝置的最優(yōu)除霧組合為：塔板安裝高度為距塔底950 mm處，縫隙率為26%，液氣比選擇1.5 L/m3，50 mm實(shí)驗(yàn)2球(50 mm聚丙烯實(shí)心球，且表面材質(zhì)經(jīng)過改性處理)除霧效果最佳，該結(jié)論已在實(shí)際生產(chǎn)裝置除霧器改造上應(yīng)用，已經(jīng)得到較好的效果。

3 結(jié)論

通過該冷態(tài)除霧模擬實(shí)驗(yàn)可知，塔板的安裝高度和規(guī)流球的種類是影響除霧效果的關(guān)鍵因素，在進(jìn)行除霧器設(shè)計(jì)工作時(shí)應(yīng)主要考慮；除霧器的安裝位置應(yīng)該在脫硫塔整體高度的3/4處，過高或過低都不利于除霧效果的實(shí)現(xiàn)；表面經(jīng)過改性處理的聚丙烯填料實(shí)心球，鎖水效果較好可以明顯減輕氣體帶液量；除霧效果較好的規(guī)流床除霧器，塔板縫隙率控制在26%左右。

[1] 楊 柳,王世和,王小明,等.濕法煙氣脫硫系統(tǒng)除霧器特性試驗(yàn)研究[J].熱能動(dòng)力工程,2005,20(2):145-147.

[2] 王文勇.流化填料凈化塔流體動(dòng)力學(xué)特性研究[J].環(huán)境污染治理技術(shù)與設(shè)備,2002,3(10):92.

[3] 趙 毅,華 偉,楊愛華,等.濕式煙氣脫硫塔中折線形擋板除霧器分離效率的數(shù)值模擬[J].中國(guó)動(dòng)力工程學(xué)報(bào),2005,25(2):293-297.

[4] 劉柏謙,曾憲芳,章 帥.二元?dú)夤塘骰到y(tǒng)臨界流化速度的研究[J].中國(guó)粉體技術(shù),2009,15(5):7-10.

寧波材料所制備出高效油水分離用纖維素海綿

近年來，超疏油—超親水材料由于其特殊的潤(rùn)濕性在油水分離方面?zhèn)涫苡H睞。由于“油”的表面張力遠(yuǎn)小于水，故超疏油—超親水表面較難制備而且超疏油表面大多超疏水，這就限制了其在油水分離方面的應(yīng)用。此外，表面活性劑穩(wěn)定的乳化油油滴粒徑小(<10 μm)、穩(wěn)定性高，需要復(fù)雜的破乳過程才能實(shí)現(xiàn)油水分離。所以，亟需一種簡(jiǎn)單、高效、環(huán)境友好的油水分離材料來實(shí)現(xiàn)含油污水的凈化處理。

寧波材料所科研人員曾志翔、王剛、賀怡等通過纖維素的溶解再生及成孔劑占位的方法制備了表面納米孔、基體大孔的纖維素海綿用來分離表面活性劑穩(wěn)定的油水乳液。這種海綿無需化學(xué)改性即具有空氣中親油親水、水下超疏油的特殊潤(rùn)濕性。在酸、堿、鹽溶液中，各種油類接觸角均大于150°且超疏油性質(zhì)穩(wěn)定。海綿表層的納米孔可有效地阻止小粒徑乳化油顆粒的透過，基體大孔結(jié)構(gòu)及其超親水性可保證水相快速通過海綿基體，實(shí)現(xiàn)油水分離。制備的纖維素海綿在油水乳液分離方面表現(xiàn)出較高的油水分離效率(>99.94%)、水通量(91 L/(m2·h)重力作用下)、抗油穿透力(可支撐22 cm氯仿液柱)等特性。此外，纖維素海綿具有自清潔能力，可有效地防止油類污染物的污損，可重復(fù)使用性高。

Experimental Study on Cold State Simulation of Flue Gas Desulfurization Demisting

WANG Jiangtao , CAO Zhenzhen , LI Changan , JIANG Yonggang

(Henan Xin Lian Xin Fertilizer Co. Ltd , Xinxiang 453731 , China)

In the process of wet foue gas desulfurization,misteliminator is the key quipment for the separation of the flue gas carring liquid drop.In order to find out the running mechanism of demister turbulent ball tower and desulfurization effect of mist,the flue gas desulfurization demisting device is designed.Air as the gas medium,in the tower of glass desulfurization simulation solid turbulent ball tower demister mist phenomenon.Experiment results is concluded that under the experimental conditions of demister best installation ratio,plate height tower plate gap.At the same time,using the orthogonal experiment analysis of the poor,analysis of the experimental results,the key factors affecting mist effect are indicated.

flue gas desulfurization ； mist eliminator ； plate height ； liquid gas ratio

2015-05-28

王江濤(1986-)，男，工程師，從事儀表自動(dòng)化管理工作，電話：15836082457。

TB383

A

1003-3467(2015)09-0028-04