1-旋流板塔脱硫除尘系统结构性能的中试研究

旋流板塔脱硫除尘系统结构性能的中试研究Experimental research on swirl board scrubber of an integrated system of desulfurization and precipitation饶应福,陈云,白冰(中国矿业大学环境与测绘学院,江苏徐州　221008)摘要:利用实验室建立的旋流板塔脱硫除尘中试系统开展了各种结构参数对系统阻力损失的影响研究,为系统的放大设计提供了实验依据。

关键词:脱硫除尘;旋流板塔;阻力损失Abstract :The influence of various construction parameters on system re sistance is studied in a model swirl board scrub 2ber.I t can be served a s a fundation for a prototype scale de sign.K ey words :de sulfurization and precipitation integration ;swirl board scrubber ;re sistance lo ss中图分类号:X 701.3 文献标识码:B 文章编号:1009-4032(2003)03-0024-03 浙江大学发明的旋流板塔除尘脱硫系统具有负荷高、压降低、不易堵、弹性宽等优点,综合性能优于国内外普遍使用的湿法脱硫除尘器。

为此,我们建立了旋流板塔除尘脱硫工艺模型,并进行了研究。

1　实验装置脱硫除尘实验装置见图1。

1-集气罩;2-粉尘添加机构;3-S O 2供气系统;4-进风管;5-脱硫塔体;6-塔体支撑结构;7-引风管;8-引风机;9-烟囱;10-氧化池;11-调节池;12-加药箱;13-污泥泵;14-供水流量计;15-调节阀;16-塔板测试孔;17-旋流板;18-除雾板;19-进风管测试孔;20-引风管测试孔图1　脱硫除尘实验装置工艺流程实验工艺系统主要由以下几部分组成:(1)S O 2配制系统。

包括S O 2钢瓶、不锈钢减压阀、空气流量计、气体连通管;(2)气路系统。

包括气体进风管、脱硫塔体(旋流板塔体和湍球塔体)、气体引风管、风机、烟囱;(3)水系统。

由调节池、氧化池、污泥泵、塔体供水管、控制阀门、加药箱组成。

(4)其他附属结构。

包括电路系统、支撑结构和测试系统。

该工艺主体设备是直径300mm 的旋流板吸收塔,内装3块旋流塔板和1块除雾板。

烟气从集气罩通过进风管进入塔体,在塔内旋转上升,并与自上而下的浆液逆流接触,脱硫后的气体由引风机从引风管抽出,并沿烟囱排出;调节池中的脱硫剂液体被泵送入塔内,与烟气逆流接触后从塔底排入氧化池,再循环利用。

在旋流板塔内,气体通过塔板螺旋上升,液体沿盲板流动到叶片上形成液层,之后被气体旋转喷洒成液滴,摔到塔壁形成沿壁旋转的液环,从降流装置流到下块板。

高速旋转的液滴与气流接触充分,传质效率高,从而达到提高除尘效率的目的。

2　实验结果与讨论2.1　干态、湿态实验条件下系统阻力损失分析用微压计和皮托管压力计分别测量了实验系统干、湿态运行时各测点动压和静压,结果见表1。

表1数据表明:脱硫除尘系统的阻力损失主要分布在3个部分:进口烟道、塔体和出口烟道。

进、出口烟道的阻力损失是烟道内壁产生的摩擦阻力损失和渐扩、渐缩、变道等产生的阻力损失之和。

这些阻力损失基本上不会随操作条件的改变有大的变化。

干态比湿态时的阻力损失高,主要是因为在湿态操作条件下,烟气的含湿量大,对管壁具有润湿作422003年9月 电　力　环　境　保　护 第19卷　第3期用,使管壁的阻力损失系数减小,导致进、出口烟道的摩擦阻力减小;实际值比理论值大,这是由于施工过程中,烟道没有按设计要求选材而产生的,但是不会对系统的运行产生影响。

系统的主要阻力损失在塔体部分;3块捕集板上的阻力损失比设计值小,而除雾板上的阻力损失出现突变现象。

系统设计过程中,为了研究除雾板的除雾效果和阻力损失,设计了不同的除雾板,当捕集板采用外向型塔板而除雾板采用内向型塔板时,烟气的流态在除雾板上发生突变,造成塔板阻力损失骤然增大。

因此,在设计过程中,除了要考虑除雾板的除雾效果外,还要考虑捕集板上的烟气流态与除雾板之间的匹配。

否则易出现风机抽力不足的问题。

表1　干、湿态运行状况下各结构的阻力损失Pa项 目进口总阻力损失第1块塔板阻力损失第2块塔板阻力损失第3块塔板阻力损失除雾板阻力损失出口总阻力损失实际值(干态)1404575100250285理论值(干态)106.5728012774237.9实际值(湿态)11592172185250232理论值(湿态)106.516817922574237.92.2　塔板叶片倾斜角对塔板阻力损失的影响从上面的分析可知:系统的主要阻力损失在塔板上,而且可以通过设计和操作进行控制。

因此,制作了4种倾斜角(15°、20°、25°、30°)的塔板,塔板叶片数为12。

将4种塔板分别安装在系统上,测试塔板上的阻力损失,计算塔板的理论阻力损失。

干板阻力系数和湿板阻力系数分别取ζ干=1.0、ζ湿=1.5。

测试结果如图2所示。

图2　倾斜角对塔板阻力损失影响叶片倾斜角主要影响到塔板的穿孔面积,倾斜角增大,穿孔面积相应增大,而动能因子和穿孔气速相应减小。

在系统烟气量和塔板结构尺寸一定的情况下,塔板的空隙率决定了塔板的穿孔气速,塔板上的阻力损失主要是烟气通过塔板时机械运动所造成的压力损失,因此,阻力损失由塔板穿孔气速决定。

我们利用动能穿孔因子来表示穿孔气速,采用半经验公式计算塔板阻力损失。

ΔP 干=ζ干F 0212g(1)ΔP 湿=ζ湿F 0212g+3.6F 0V +4(2)F 0=v 0γ(3)v =2.78L A y(4)式中F 0为动能穿孔因子,v 0为塔板穿孔气速,v 为溢流孔的溢流速度,L 为水系统供液量,A y 为溢流孔面积,γ为烟气重度,ζ干为干板时塔板阻力系数,ζ干=0.8～1.2,ζ湿为湿板时塔板阻力系数,ζ湿=1.4～1.7。

图2体现了干板和湿板条件下,塔板阻力损失的实测值和理论值之间的关系。

从图中我们可以发现:实测值与理论值符合较好,理论值比实测值稍大,误差在10%之内,说明理论计算的半经验公式能比较好地反映塔板阻力损失。

从塔板结构来分析:影响干板阻力的因素主要是塔板的穿孔面积,我们探讨的主要目标是如何控制塔板穿孔面积,在满足脱硫除尘的同时,尽可能减少阻力损失。

测试结果为:叶片倾斜角为15°时,干板阻力损失为225Pa ,522003年 饶应福等:旋流板塔脱硫除尘系统结构性能的中试研究 第3期湿板为333Pa ,这说明塔板倾斜角小,塔板的穿孔面积也小,塔板的穿孔气速迅速增大,塔板的穿孔动能因子达19。

塔板的阻力损失主要为干板阻力损失,设计时应优化塔板倾斜角以控制塔板上的干板阻力损失(塔板结构阻力损失)。

脱硫除尘过程要求塔板上必须保持一定的液体负荷,气体通过液层形成气泡和液体雾滴,有利于气液交换和粉尘的捕集。

因此,塔板上必须保证一定的穿孔气速,穿孔气速太小,液体受重力作用容易从塔板叶片间漏出,不能形成液层,对脱硫除尘极为不利。

我们在试验中发现,当塔板倾斜角大于30°时,塔板的穿孔动能因子小于9,塔板出现漏液现象,塔板上的湿板阻力损失几乎与干板阻力损失相等。

此现象说明塔板基本上没有液体负荷,塔板对气液交换没有起到什么作用,这是在设计中应该避免的。

从试验情况来看,塔板设计的叶片倾斜角应控制在20°～25°较合适,确定值可以根据系统风压进行调节。

2.3　叶片数对塔板阻力损失的影响分析本研究设计制作了3种叶片数塔板,叶片数分别为8、12、16,叶片的倾斜角为25°,测试这3种塔板的干板、湿板阻力损失,结果见图3。

图3　叶片数与阻力损失的关系 从图3可以看出:叶片数的增加对塔板的穿孔面积、穿孔动能因子和穿孔气速影响不大,干板的阻力损失实测值都小于理论值,其中叶片数为8时,塔板的干板阻力损失仅为45Pa ,说明当叶片数偏少时,对塔板中气体的运动状态有较大影响,原因在于塔板间叶片太少时,气体不能完全旋转起来,部分气流不受塔板结构的作用,阻力系数比旋转气流阻力系数小,因此塔板上的阻力损失比理论计算值小。

同时,湿板的阻力损失仅为理论值的1/2,表明由于叶片数少,叶片之间的间距太大,在叶片间出现漏液现象,造成塔板上的液体负荷减小,从而出现塔板上的阻力损失锐减的现象。

叶片数为16时,湿板的阻力损失高达315Pa ,几乎是理论值的2倍。

这是由于湿板阻力损失主要是液体负荷造成的,叶片数增加对穿孔气速影响不大,使得液体容易在叶片表面大量积存,造成穿孔面积减小,增大塔板的阻力损失。

叶片数多,塔板上的液体负荷大,但是大量的液体在塔板表面积存,并不能起到气液交换和对固体颗粒的捕集作用,对塔设备的脱硫除尘效率影响不大。

所以,旋流板叶片数并不是越多越好。

尽管对塔板的穿孔面积影响不大,理论计算的塔板阻力损失看似合理,其实,运行的实际阻力损失要远大于设计值,因此,在设计时,要慎重选取叶片数。

2.4　液体负荷对阻力损失的影响在试验过程中,我们通过调节水系统的供水量来控制液气比,并观察塔板上液气比对塔板阻力损失的影响。

图4反映了叶片数为12,倾斜角为25°的塔板阻力损失。

图4　液气比对塔板阻力损失的影响塔板上的液体负荷主要是通过塔板溢流口来控制。

从式(2)可知:湿板阻力损失是由干板阻力损失和液体负荷造成的阻力损失两部分组成,其中液体负荷部分的阻力损失与溢流口液速成正比。

从图4可以看到:塔板阻力损失的理论值基本上是一条直线,但实际值与它并不完全符合,在液气比较小时,两者基本一致,但当液气比增大到1.5以上时,塔板上的阻力损失实际上没有什么增加。

这是因为液气比增大,塔板上的液体负荷也相应增大,溢流口降液可以减少液体负荷,但当塔板上的液体负荷增加到一定量后,液体不仅从溢流口漏出,同时由于重力作用,部分液体从塔板的叶片间降落,而出现液气比增大,而塔板阻力损失并没有相应增大的(下转第30页)为1.5%时,假设其他运行工况保持不变,煤燃烧后烟道中S O 3体积分数为26.3×10-6,分别对应于H 2O -H 2S O 4两相状态图(如图2所示)中S O 3冷凝露点线的A 、B 两点,其差值为17.5×10-6,与H 2S O 4溶液沸腾曲线分别交于C 、D 两点,即为冷凝后硫酸溶液的浓度。

从图2可以看出,煤的硫分越高,烟气中S O 3浓度越高,则酸露点温度越高,越容易造成腐蚀。