半干法循環(huán)流態(tài)化脫硫除塵一體化裝置研究

董永昌 何龍偉 梁松樹

摘 要：隨著煙氣污染控制技術(shù)的不斷發(fā)展，煙氣與SO2的協(xié)同去除技術(shù)，乃至兼顧效率和經(jīng)濟(jì)性的綜合工藝，受到了研究者和用戶的廣泛關(guān)注。本文參考新型脫硫除塵一體化裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)，實(shí)驗(yàn)裝置希望能夠探討在適宜的表觀速度下使反應(yīng)器各個(gè)部位均能獲得較好的氣固混合效果，可使脫硫劑與煙氣充分接觸，從而獲得好的脫硫效果。

關(guān)鍵詞：除塵;脫硫;一體化裝置

中圖分類號(hào)：TK229 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2020）13-0065-02

1研究背景

燃煤污染物的排放對人類健康和生態(tài)環(huán)境都有著嚴(yán)重的影響。煙氣污染控制技術(shù)是解決燃煤污染的有效途徑。隨著煙氣污染控制技術(shù)的不斷發(fā)展，煙氣與SO2的協(xié)同去除技術(shù)，乃至兼顧效率和經(jīng)濟(jì)性的綜合工藝，受到了研究者和用戶的廣泛關(guān)注。在傳統(tǒng)半干法煙氣脫硫裝置的基礎(chǔ)上開發(fā)的一體化脫硫除塵裝置具有強(qiáng)大的技術(shù)優(yōu)勢。

脫硫除塵一體化中試實(shí)驗(yàn)裝置是以流態(tài)化技術(shù)，氣固非均一系混合技術(shù)為理論基礎(chǔ)，參考新型脫硫除塵一體化裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)的，實(shí)驗(yàn)裝置希望能夠探討在適宜的表觀速度下使反應(yīng)器各個(gè)部位均能獲得較好的氣固混合效果，可使脫硫劑與煙氣充分接觸，從而獲得好的脫硫效果。

2試驗(yàn)系統(tǒng)介紹

模擬脫硫裝置實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主要由除塵引風(fēng)系統(tǒng)、物料回送系統(tǒng)、反應(yīng)器三個(gè)子系統(tǒng)組成。流化風(fēng)從塔底部進(jìn)入，經(jīng)文丘里段加速，攜帶從喂料口送進(jìn)的物料向上運(yùn)動(dòng)至反應(yīng)器頂部，部分物料被槽型分離器分離下來回落到塔內(nèi)參與內(nèi)循環(huán)，其余被氣流從反應(yīng)器出口攜帶出去，首先進(jìn)入百葉窗進(jìn)行預(yù)分離，一部分顆粒通過慣性分離回送至料倉，剩余的顆粒被布袋除塵器分離下來落入到下面的料倉內(nèi)，由星型卸料閥回送到料倉內(nèi)，料倉中的物料以某一給定的給料量送入塔內(nèi)進(jìn)行循環(huán)。

2.1 反應(yīng)器

反應(yīng)器主要由入口段、文丘里段、反應(yīng)器主體、出口結(jié)構(gòu)四部分構(gòu)成。為了保證入口段流速測量的準(zhǔn)確性，入口段長1500mm;文丘里段形成高速噴動(dòng)，喉口段邊長114mm，擴(kuò)口段邊長228mm，錐形角45°;反應(yīng)器主體高為6500mm，塔主體橫截面228mm×228mm，設(shè)計(jì)塔內(nèi)流速8m/s，反應(yīng)器主體對面為鋼化玻璃以便于觀察塔內(nèi)流動(dòng)情況;出口采取強(qiáng)約束的平直結(jié)構(gòu)以增強(qiáng)顆粒返混。

2.2 物料回送系統(tǒng)

回料系統(tǒng)用于將百葉窗分離器和袋式除塵器分離的物料返回塔內(nèi)，形成穩(wěn)定的外部循環(huán)，它由布袋除塵器下星型卸料閥、料倉、螺旋輸送機(jī)等部分組成。星型卸料閥用于把布袋除塵器料倉里面的物料回送到料倉里面;料倉尺寸是550mm×550mm×450mm，它的前后兩面貼的是玻璃，便于觀察兩分離器分離的料量及物料在料倉內(nèi)的堆積流動(dòng)情況。運(yùn)行時(shí)候料倉內(nèi)的物料足夠多，可防止自給粉現(xiàn)象。螺旋輸送機(jī)是由鎮(zhèn)江金燦機(jī)械有限公司生產(chǎn)，進(jìn)出口徑120mm，設(shè)計(jì)給料量1500kg/h，使用時(shí)，需要重新標(biāo)定。給料機(jī)由變頻器控制，變頻調(diào)節(jié)范圍10 Hz～50Hz。

2.3 除塵引風(fēng)系統(tǒng)

（1）百葉窗慣性分離器：百葉窗分離器和布袋除塵器分離下的物料送回塔內(nèi)，形成穩(wěn)定的外循環(huán)，它由布袋除塵器下星型卸料閥、料倉、螺旋輸送機(jī)等部分組成。

（2）布袋除塵器：試驗(yàn)臺(tái)使用的布袋除塵器是由山東威海正大環(huán)保有限公司生產(chǎn)，除塵效率99.9%，過濾面積26m2。袋式過濾機(jī)采用人造纖維、棉和毛氈等加工的濾料進(jìn)行過濾。表面蓬松的濾料約為5μm～10μm，濾料本身網(wǎng)孔較大，一般為20μm～50μm，所以新型濾料的除塵效率不高。濾料使用一段時(shí)間后，由于擴(kuò)散、篩分、靜電、碰撞、滯留等原理，在濾袋的表面積上聚集了一層灰塵（這層灰塵稱為初級(jí)灰塵）。

（3）引風(fēng)機(jī)：本文采用九州普惠公司生產(chǎn)的離心式引風(fēng)機(jī)。風(fēng)機(jī)額定流量3500m3/h～5200 m3/h，總壓7000Pa～9000Pa，電機(jī)功率18.5kW，電機(jī)轉(zhuǎn)速2900r/min。引風(fēng)機(jī)風(fēng)量在69M/s～9M/s范圍內(nèi)滿足塔內(nèi)表觀風(fēng)速的調(diào)節(jié)，系統(tǒng)反應(yīng)器和管道均為負(fù)壓。

3試驗(yàn)物料

參考前人對脫硫塔內(nèi)流動(dòng)特性研究時(shí)顆粒粒徑的種類及粒徑的選擇范圍，本文采用70～140目的石英砂，石英砂粒徑分布如表1所示。

4測量方法

4.1 風(fēng)量測量方法

動(dòng)壓法是最古老、應(yīng)用最廣泛的流量或速度測量方法之一。根據(jù)伯努利定律，通過測量流體流動(dòng)過程中產(chǎn)生的總壓與靜壓之差來測量流量或流量。

靠背管測量的速度是測量段所在點(diǎn)的速度，而不是平均速度。所以，在測量管道內(nèi)流體流量時(shí)，必須根據(jù)具體情況確定測量點(diǎn)的位置。理論和實(shí)踐都證明，距管中心0.707R（R為管半徑）處的速度等于截面上的平均速度。在圓管內(nèi)紊流情況下，如果達(dá)到充分發(fā)展的紊流，即直管段大于管直徑的50倍，則距管中心0.762R處的流速近似等于試驗(yàn)中的平均流速，通過實(shí)驗(yàn)總結(jié)了湍流速度分布的指數(shù)規(guī)律。

通過實(shí)驗(yàn)可以得到：隨著Re數(shù)增加，n在1/6～1/10之間變化，表2展示了Re、n和V/Vmax之間的關(guān)系。

4.2 壓力測量方法

實(shí)驗(yàn)中，采用背管測量含塵氣固兩相流的壓力，并用數(shù)字微壓計(jì)讀取壓力值?？勘彻茉谑褂们靶枰M(jìn)行校準(zhǔn)，以確定其動(dòng)態(tài)壓力校正系數(shù)。

由于脈動(dòng)壓力變化很快，必須使用靈敏度高、慣性小的傳感器進(jìn)行測量。壓力傳感器將瞬態(tài)動(dòng)態(tài)壓力轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，通過電信號(hào)的放大和轉(zhuǎn)換，對輸入計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析處理后輸出。

4.3 顆粒濃度測量技術(shù)

（1）快速取樣法。將采樣器插入流化床中，突然關(guān)閉一定空間獲得固體顆粒，然后將采樣器從流化床中取出，打開封閉空間，對采集到的顆粒質(zhì)量進(jìn)行稱重。根據(jù)封閉空間的體積，可以得到顆粒濃度。

（2）壓差法。通過壓差傳感器，在循環(huán)流化床中測量兩個(gè)相鄰點(diǎn)之間的壓差。當(dāng)氣體完全懸浮時(shí)，忽略了固體的加速度和壁面的摩擦損失，因此某一段床層的壓力梯度近似等于固體重量與其單位面積浮力之差。該方法簡單有效，設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，安裝操作方便，不干擾流場，它廣泛應(yīng)用于循環(huán)流態(tài)化的研究。

（3）光纖探頭測量技術(shù)。光纖探頭的工作原理是將光投射到粒子群上。粒子濃度可以通過檢測從粒子簇（反射探針）反射的光的強(qiáng)度或通過粒子簇（傳輸探針）的光的強(qiáng)度來測量。轉(zhuǎn)移式探頭只能測量小于0.25的顆粒濃度，反射式探頭應(yīng)用范圍更廣，在固定床上也適用。

4.4 壓力測量方法

實(shí)驗(yàn)過程中，百葉窗的卸料口不再和料倉連接，而是用一個(gè)密封的管子套在上面，每次加入15kg物料以一定參數(shù)運(yùn)行，百葉窗分離的物料落到密封的管子里面，未被除下的顆粒被攜帶到布袋除塵器，它下面的星型卸料閥處于關(guān)閉狀態(tài)，物料落到布袋自身的料倉內(nèi)，試驗(yàn)結(jié)束后百葉窗卸料口收集的物料量是m，然后便可計(jì)算分離效率。

4.5 粒徑分布測量方法

每次試驗(yàn)完成后從百葉窗分離的物料中取樣0.5kg，篩分粒徑的篩子分別是97μm、120μm、150μm、180μm、250μm，對于同一個(gè)樣每篩1min～2min后放到電子秤上稱重，每相鄰兩次的重量的相對誤差小于3%時(shí)停止篩分。

根據(jù)不同工況下的樣品在不同的粒徑范圍內(nèi)的質(zhì)份額量繪制出顆粒粒徑分布圖。

5結(jié)論

本文參考新型脫硫除塵一體化裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)的，實(shí)驗(yàn)裝置希望能夠探討在適宜的表觀速度下使反應(yīng)器各個(gè)部位均能獲得較好的氣固混合效果，可使脫硫劑與煙氣充分接觸，從而獲得好的脫硫效果。

Abstract：With the continuous development of flue gas pollution control technology， the collaborative removal technology of flue gas and SO2， and even the comprehensive process that takes into account efficiency and economy， has received extensive attention from researchers and users.This article is designed with reference to a new integrated desulfurization and dust removal device. The experimental device hopes to explore that all parts of the reactor can achieve better gas-solid mixing effects at a suitable superficial velocity， so that the desulfurizer can fully contact the flue gas.So as to obtain a good desulfurization effect.

Key words：dust removal;desulfurization;integrated device

收稿日期：2020-05-06

作者簡介：董永昌（1984—），男，河南開封人，碩士研究生，工程師，研究方向：電站鍋爐定期檢驗(yàn)、監(jiān)督檢驗(yàn)。