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湿法喷雾脱硫塔内雾化器的应用 陈明功 安徽理工大学化学工程系, 淮南 232001 付永强 袁细宁 杭州三和环保技术工程有限公司, 浙江 310013 摘要 雾化器是湿法喷雾脱硫的关键部件, 本文结合具体工程实例, 论述了脱硫塔内雾化器的平面布置和塔内空间立 面的设计, 以及常见的一些问题。 为保证稳定的脱硫效率 , 必须正确设计雾化器组合件, 合理选择雾化器的型号和材 料, 以及正确的安装和维修方法。 关键词 雾化器 锅炉烟道气 湿法脱硫 0 前言 湿法脱硫是在脱硫塔内喷淋碱性液体 或浆液 除去烟道气中二氧化硫, 是目前常用的脱硫方法。 雾化器是湿法喷淋脱硫过程中的核心部件,其合 理的设计布置和操作不仅能够使吸收液有效雾化 ,极 大提高气液两相的接触面积, 同时也能够充分利用塔 体空间 ,减少系统堵塞和带水现象, 延长雾化器使用 寿命 。本文结合工程具体实例 ,论述有关雾化器的一 些工程应用研究 。 在135MW 机组的脱硫设计过程中, 要求机组脱 硫效率为 95, 采用空塔喷淋石灰浆液脱硫 , 主要成 分为 Ca OH2。石灰浆液从储槽用泵输送到脱硫液 罐,分析化验其有效成分含量, 以确保脱硫液有效成 分的浓度。本工程吸收塔包括吸收塔内喷淋层、喷 嘴、 除雾器、烟气入口和烟气出口的位置, 优化 pH 值、 液气比 、 烟气流速等性能参数。 1 湿法喷雾脱硫 1. 1 湿法喷雾脱硫工艺 该脱硫工艺为烟气经风机增压送入脱硫系统, FGD 装置配备合适的挡板 ,确保烟气脱硫系统的旁路 操作 ,提高系统稳定性。脱硫悬浊液通过喷嘴形成细 小液滴在吸收塔中分布, 提高有效接触界面。烟气经 增压风机和换热后 ,从吸收塔下部洗涤区进入 ,在塔 内逆向上升与喷淋下降的石灰液滴反应 ; 脱硫后的烟 气从塔顶部排出 。为达到较好的除雾效果,吸收塔内 安装两级除雾器 ,脱除烟气夹带的液滴 ; 为了减少吸 收塔阻力, 采用空吸收塔喷淋, 脱硫液由循环泵送至 喷嘴。喷嘴采用针对液-固混合悬浊液的高效雾化 器 [ 1,2] ,耐磨损,不易堵塞,能有效雾化悬浊液, 产生细 小液滴。 本项目吸收塔为圆柱形, 碳钢材质 ,内衬玻璃鳞 片。吸收塔配置 3 台循环泵, 每台泵对应 1 层喷淋 层,保证每个喷嘴压力基本相同 , 泵的扬程分别为 15. 5、 17. 5、 19. 5 m 。 1. 2 湿法脱硫雾化器 雾化器是把液体分散成液滴的有效设备 ,根据喷 雾状态分为空心锥形喷雾和实心锥形喷雾 。空心锥 形喷雾为圆形液滴环 ,被雾化液体通过进液口与旋流 腔 或通过一个紧靠喷嘴上游 的内部开槽叶片形成。 实心锥形喷雾覆盖区域为一完全充满液滴的圆形 ,通 常利用内部叶片使液体在离开喷嘴口之前能够形成 湍流 。 雾化效果的决定因素不仅与雾化器结构有关 ,还 与液体的性质和操作参数有关。液体的性质主要包 括液体的密度 、 粘度 、 温度 、 表面张力等。在喷雾中, 液体密度主要影响喷雾喷嘴的流量 。液体粘度是影 响喷雾形成的主要因素, 它在较小程度上也影响流 量。高粘度液体与水相比需要较高的下限压力才能 形成一种喷雾形状并产生狭窄的喷雾角度 。温度的 改变影响粘度、表面张力和密度,从而影响喷雾性能。 表面张力主要影响最小工作压力、 喷流角度和液滴大 小,表面张力的影响在低压工作状态下比较明显; 较 高的表面张力减小喷流角度, 对空心锥形喷雾喷嘴影 响尤甚。 影响雾化器的主要操作参数有液体流量 、 喷雾冲 击力 。喷嘴流量因喷雾压力而异,它随喷雾压力的增 大而增大。喷雾冲击力是喷雾对目标表面的冲击 ,取 决于喷雾形状分布和喷雾角度。对于特定喷雾形状 分布, 喷雾冲击力随着喷雾角度的增大而减小; 对于 不同类型的喷雾形状分布, 给定相同的喷雾角度时, 40 环 境 工 程 2006年 8 月第24 卷第4 期 空心锥形喷雾冲击力大于实心锥形喷雾 。在给定的 喷雾条件下 ,所有喷雾液滴并非一样大小 ,通常采用 体积中位数直径或体积-表面积直径描述喷雾液滴。 喷雾液滴直径是评价脱硫雾化器效果的主要指标 。 1. 3 湿法脱硫雾化器的布置 1. 3. 1 雾化器的平面布置 喷雾理论覆盖范围是由喷雾夹角和喷雾截面距 喷嘴距离决定, 该数值是假设喷雾角在整个喷雾距离 中保持不变的条件下计算得出 。在实际喷雾中,有效 喷雾角度因喷雾距离而异; 当液体比水粘时 ,形成的 喷雾角度相对较小 ,其角度取决于粘度 、喷嘴流量和 喷射压力。根据一般设计经验 , 在湿法喷雾脱硫塔 内,每个喷嘴喷雾覆盖区域应相互重叠 1 3 ～ 1 4, 能 够获得一个喷雾均匀分布的效果。 在雾化器塔盘的平面布置中, 靠近塔壁的喷嘴轴 线向内倾斜一定角度, 减少脱硫液喷淋在壁面上, 提 高液滴的有效利用率 。喷嘴采用碳化硅或钛材料制 成,喷淋管道为 FRP ,具有良好的耐腐 、 耐磨性能。在 吸收塔进口处设置一套短管喷淋系统, 包括喷淋泵、 喷 嘴和管道系统。系统设置 2台喷淋泵,1开 1备 。 喷淋组件及喷嘴的平面布置保证液雾均匀覆盖 吸收塔的横截面 。每一喷雾层由带连接支管的母管、 溶液分 布管道和喷嘴组成。 喷淋区域平面布置 如图 1所示。 图 1 雾化器平面布置示意图 1. 3. 2 喷雾脱硫塔的立面布置 湿法喷雾脱硫塔内一般布置 3 层组合雾化器塔 盘,2 开1 备 。塔盘层之间的距离根据雾滴的有效喷 射轨迹及滞留时间确定, 液滴在此处与烟气接触 ,SO2 通过液滴表面被吸收 。在空间布置中还必须使烟道 气进口有一定向下倾斜坡度, 从而保证烟气的停留时 间和分布均匀。 在喷雾脱硫塔内 ,除雾器用于分离烟气携带的液 滴,该系统组成为 二级除雾器 、配备冲洗水系统、喷 淋系统 包括管道、 阀门和喷嘴等 。二级除雾器系统 为1 台在下部的第一级粗除雾器和 1 台在上部的第 二级细除雾器。 第一级粗除雾器叶片间隙稍大 ,分离上升烟气所 携带的较大液滴。上方的第二级细除雾器叶片距离 小,分离上升烟气中的微小液滴和除雾器冲洗水滴。 烟气流经除雾器时, 由于惯性作用, 液滴被挡板截留。 被滞留的液滴由于含固体颗粒 ,因此挡板存在结垢的 可能性,为保证烟气通过除雾器时的压降不超过设定 值,应定期进行在线清洗 。为此,设置定期清洁设备, 包括喷嘴系统。 一级除雾器的上下两面和二级除雾器的下面布 置有冲洗喷嘴, 正常运行时在下层除雾器的底面和顶 面,上层除雾器的底面自动按程序轮流清洗各区域。 除雾器冲洗可根据烟气负荷、除雾器两端的压差自动 调节冲洗的频率 。喷雾脱硫塔设置 2 台除雾器冲洗 水泵 , 1 台运行, 1 台备用 , 流量为30 m 3 h , 扬程为 30 m 。除雾器冲洗水泵的选用主要考虑除雾器冲洗 所需的最大用水量。 2 湿法脱硫塔中雾化器的常见问题 2. 1 喷嘴选择不恰当 喷嘴流量选择不恰当 若喷嘴流量选择过小, 则 不能提供足够的脱硫液; 若喷嘴流量选择过大, 由于 循环泵总流量一定, 将会影响喷嘴的雾化效果 。 喷嘴材质选择不当可能产生如下一些问题。磨 损 喷嘴喷口和内流通道表面的物质逐渐脱落, 进而 影响流量、压力和喷雾形状。腐蚀 由于喷雾液或环 境的化学作用引起腐蚀 , 破坏喷嘴材料。温度损害 由高温引起的对非耐高温喷嘴材料产生的老化影响。 2. 2 平面布置不合理 喷嘴布置数量问题 喷嘴布置数量过少, 将不能 保证整个塔截面获得均匀的液滴 ; 若布置数量过多, 不仅增大安装和维修工作量, 而且过度密集的液滴可 能产生二次聚合 ,达不到优化运行的目的 。 管道粗细问题 由于每一喷雾层是由很多喷嘴组 合而成,特别是大直径脱硫塔 ,喷嘴数量更多 ,为保证 众多喷嘴获得均匀匹配的流量 ,必须合理设计连接各 喷嘴的管道直径 。 2. 3 高度间隔布置不合理 每层喷嘴组合件以及除雾器之间必须保持适当 的间距,若间距过大 ,将增加脱硫塔高度 ,增大设备投 下转第 44 页 41 环 境 工 程 2006年 8 月第24 卷第4 期 表 1 给定效率时, 压降最小的喉管长度与直径的组合 效率喉管长度 m喉管直径 m 0. 800. 33130. 0549 0. 810. 33840. 0543 0. 820. 34950. 0537 0. 830. 31520. 0527 0. 840. 33330. 0522 0. 850. 35760. 0512 0. 860. 34140. 0507 0. 870. 37680. 0503 0. 880. 37370. 0494 0. 890. 37980. 0486 0. 900. 39900. 0478 0. 910. 43130. 0470 0. 920. 43540. 0460 0. 930. 46260. 0450 0. 940. 47680. 0437 0. 950. 48990. 0423 0. 960. 52530. 0408 0. 970. 54240. 0388 0. 980. 59490. 0364 0. 990. 69600. 0326 5 结论 1 压降随喉管长度和气速的增加而逐渐增大 。 2 效率随喉管长度的增加而逐渐增大 ,但在喉 管长度达到一定值时 ,这一趋势有所减缓。 3 在一定喉管速度下 ,效率与压降比随着喉管 长度的增加是先增大后减小, 总有一个最大值 ; 在一 定喉管长度下 , 效率 压降的值也是随着气速的增大 而先增大后减小 。 4 结合效率 、 压降比和等效线, 在等效线上找到 了取得效率与压降比最大的点 ,即为给定效率时取得 压降最小相应的喉管长度与直径的最佳组合 。 参考文献 [ 1] Noel de Nevers. 大气污染控制工程. 北京 清华大学出版社, 2004. 4 31. [2] R. W. K. Allen. Designing for pressure drop in Venturi scrubber the importance of dry pressure drop. The Chemical Engineering Journal, 1999, 61 203-211. [ 3] Calvert S. Air Pollution. New York Academic Press, 1977. [4] Yung S. C, Calvert S, Barbariika H. F. Venturi Scrubber Perance Model. EPA Rep,1977, 600 2 -77 -172B. J. [ 5] 段振亚. 文丘里洗涤器压力损失计算模型. 天津大学学报, 2004, 37 10 863 -867. [ 6] 柴诚敬, 张国亮. 化工流体流动与传热. 北京 化学工业出版社, 2000 102. [ 7] Hollands K . G. T , Coel K. C. A general for predicting pressure loss in venturi scrubbers. Ind Chem Eng, 1975, 14 1 16 -21. [ 8] C. C. Lee 美 . 环境工程计算手册. 北京 中国石化出版社, 2003 1254. [ 9] William Licht . Air Pollution Control Engineering Basic Calculations for Particle Collection. New York Marcel Dekker, Inc ,1980. 作者通讯处 李玉平 100081 北京理工大学化工与环境学院 电话 010 68941565 E -mail tianehutianebit. edu. cn 2005- 10-27 收稿 上接第 41页 资; 若间距太小 ,将影响液体的雾化和除雾效果。 2. 4 喷嘴堵塞 阻塞 污垢和其它杂质阻塞了喷嘴口内部, 进而 限制流量和干扰喷雾形状 。粘接 喷嘴口边缘内侧或 外侧材料上 ,由于液体蒸发引起的喷溅 、雾气或化学 堆积作用凝结一层干燥的凝固层, 阻碍喷嘴口或内流 通道 。 2. 5 安装 、 维修问题 错误安装 安装时偏离轴心, 过度上紧或改变安 装位置 ,均能导致液体渗漏 ,对喷嘴雾化性能产生不 良影响。在维修和清洗中 ,由于应用不正确的工具对 喷嘴造成一些非预期的损害。 3 结论 雾化器是湿法喷雾脱硫的关键部件 ,每层喷嘴组 合件的合理平面布置和塔内空间立面的设计是保证 脱硫塔稳定运行的基本前提; 同时还必须合理选择雾 化器的型号和材质 ,以及正确的安装和维修 ,延长其 使用寿命。 参考文献 [ 1] 陈明功, 陆守香, 刘暄亚等. 液 -固混合悬浊液压力雾化的研究 Ⅱ 试验与结果. 化工学报,2003, 54 11 1535 -1538. [ 2] 陈明功. 实用新型, 喷雾雾化器 ZL95210493 . 8 作者通讯处 陈明功 232001 安徽省淮南市学院路 安徽理工大 学化学工程系 电话 0554 6668485 E -mail mgchenaust . edu. cn 2005- 09-05 收稿 44 环 境 工 程 2006年 8 月第24 卷第4 期 APPLICATION OF ATOMIZER IN DESULFURIZATION TOWER BY WET SPRAYING Chen Minggong Fu Yongqiang Yuan Xining 40 Abstract Atomizer is the key part of desulfurization by wet spraying. The plane layout of atomizer and the designof space in desulfurization tower are demonstrated, and some familiar problems are discussed by combining practical engineering instance. In order to assure stable efficiency of desulfurization, the combined parts of atomizer should be designed rightly and the model andmaterial of atomizer should be selected reasonably, while the erection and maint enance ways should be correct. Keywords atomizer, flue gas from boiler andwet desulfurization THE OPTIMIZATIONOF THE THROAT OF VENTURI SCRUBBER ZhangYanfang Li Yuping 42 Abstract The relationship between pressure drop and the length of throat is gained with the ula from the literature. At the same time, the variation of the efficiency and the ratio of efficiency to pressure drop with the length of the throat and gas velocity are calculated with the William Licht ula. From these results, for a given efficiency, an optimal combination of the length and diameter of throat isgained, under which the pressure drop is the lowest one. The results are meaningfulfor optimizing the design of the throat construction and reducing operating cost of a venturi scrubber. Keywords venturi scrubber, pressure drop, throat and efficiency PRELIMINARY STUDY ON PROCESSING OIL-BASED CALCIUM CARBONATE MUD OBCCM INTO RUBBER FILLERSKuang Shaoping Nie Yongfeng 45 Abstract Based on the theories of macromolecule and rubber engineering , the feasibility that the mud can be processed into rubber fillers is demonstrated. As an example in Zhongyuan Oil Field, SINOPEC, the OBCCM was carefully ground into the powder less than 320 mesh. By the rubber processing and the subsequent product tests, it is suggested that there shouldbe no relations between the quality of the rubber products and the salty contents of the powdery mud, and the heterogeneous ingredients of the powder do not also influence the quality of rubber products seriously. As compared with the rubber fillers of the common and nanometer calcium carbonates, the filling effects of the powder can not be distinguished from processing features and mechanical characters. Moreover, the dispersing trend of the powder in rubber ingerdients, the crosslinking properties of rubber molecules, the anti -abrasion and the rebound are slightly superior to the countparts of the common and nanometer calcium carbonate fillers. Keywords oil-based mud, calcium carbonate, rubber filler and resources utilization THE COURSE AND PRACTICE OF TREATING DREDGING POLLUTED SEDIMENTS BY LANDFILL IN NETHERLANDSLi Tao Zhang Zhihong Tang Baorong 48 Abstract The lakes and rives in Netherlandswere badly polluted due to high industrialization, developed navigation and special geographical conditions. In order to treat thoroughly these polluted watersheds, itis imperative to drege the sediments containing many pollutants. It is introduced first the policies and laws of treating the dredging polluted sediments in Netherlands, research on disposal technology of sediments by landfill, and the guiding principles of building closed landfill sites. Finally a history case by such landfill technology is also given. Keywords environmental dredging, polluted sediment and closed landfill site PILOT -SCALE PRODUCTION AND INDUSTRIALIZATION OF THE NO-FIRED BRICKS FROM RED MUD IN ALUMINIUM INDUSTRYYang Jiakuan Hou Jian Qi Bo et al 52 Abstract A first pilot line for no -firedbrick, made from redmud, fly ash, and small particlesfrom crashedCaCO3ores, has been developed. The red mud brickswere produced by two curing processes. The redmud bricks curing at ambient conditions, reach the standard of grade 15 high quality products JC T 422-1991 1996 ; and the redmud bricks curing at high pressure water vapor curing process, reach the standard of MU15 high quality products GB11945-1999 . According to the cost-benefit analysis, the cost of the brick can be controlled under 0. 11 block, in the curing process at ambient conditions; and the cost of the brick can be controlled under 0. 14 block, in the high pressure water vapor curing process. The results show that the no -fired bricks from red mud have good economic benefits. Keywords redmud, non-fired bricks and new building materials QUICK DETERMINATION OF ANIONIC SURFACTANT IN SURFACE WATER Feng Jinmei Zhang Hairong 56 Abstract It was explored the feasibility of using malachite green reagent to determine anionic surfactant in surface water, through the contrast experiments. Experiment s result indicated that the accuracy and precision of this were suitable for present inspection criterion. As compared withthe methylene blue spectrophotometry, this had the advantages of easy operation, non-extraction and less analysis time. It was suitable for the monitoring of surface water. Keywords anionic surfactant, malachite green reagent and initial exploration 4 ENVIRONMENTAL ENGINEERING Vol. 24,No. 4, Aug . , 2006