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气动搅拌喷射鼓泡脱硫除尘吸收塔 ＊ 吴 婷 杨春平 甘海明 孟 蕾 余关龙 陈 宏 湖南大学环境科学与工程学院, 湖南 长沙 410082 摘要 气动搅拌喷射鼓泡脱硫除尘吸收塔在发明专利单切向环栅式喷射鼓泡进气脱硫装置的基础上, 对塔做了进一 步改进和创新。 塔内设有两套布气装置, 避免了大塔径 直径在 4 m 左右 下塔中心气体分布不均匀的缺陷。 此外, 在 环形气体通道内增设了一套气动搅拌装置, 该搅拌装置的动力由环形通道内的气流提供。 运行结果表明, 新的布气系 统使塔内气体分布均匀, 塔内的气、固、液可以充分混合, 除尘效率可以达到 95以上, 当脱硫剂 pH 值在 5以上时, 脱 硫效率稳定在 97以上。 关键词 吸收塔 烟气脱硫 布气系统 环栅 气动搅拌器 ＊国家自然科学基金资助项目 项目批准号 50778066 ; 国家教育 部新世纪优秀人才支持计划资助项目 项目批准号 NCET -05 -0701 。 0 引言 目前, 喷射鼓泡塔是烟气脱硫除尘装置中研究、 应用、发展比较快, 技术相对较成熟的脱硫除尘装 置 [ 1- 2] 。它改变了传统烟气脱硫装置中气液接触模 式,以吸收液为连续相,烟气气流为分散相,从而使气 液两相充分接触 ,也相应地延长了气体在吸收液中的 反应停留时间 , 大大提高了脱硫除尘效率 [ 3 -4] 。日本 千代田公司开发的 CT-121工艺中典型的喷射鼓泡塔 已经广泛应用于生产实践, 并且脱硫效率能达到 95以上 [ 5-6] 。单切向环栅喷射鼓泡进气脱硫装置在 实验中也获得了很高的脱硫效率。但是后者存在当 塔径较大时,塔中心气流分布不均的缺陷 [ 4,7-9] 。 针对上述问题, 我们对塔做了进一步改进和创 新,研究出一种新型的气动搅拌喷射鼓泡脱硫除尘吸 收塔 。新塔能达到很高的固、液混合以及气、固、 液传 质效率,并且在实验过程中的脱硫效率非常稳定。 1 材料与方法 1. 1 实验装置的设计 塔主体材料是厚度为 5 mm 的透明有机玻璃。 塔内设有两套布气系统, 烟气分别从两个进气口以单 切向进气方式进入到装置内。塔结构如图 1所示。 装置主要由塔下部的内筒 、环形气体通道、气动 搅拌器 ,中部的环形布气室 、 布气管以及塔上部的除 雾器组成 。 塔直径 800 mm, 筒底固定于塔基上。内筒直径 600 mm ,顶部与塔壁相连, 顶端封死 , 底部开有栅孔。 距轴心 120 mm 处均布有 8 根直径为 80 mm 的布气 11进气口; 2环形气体通道; 3栅孔; 42进气口; 5环形布气室; 6布气管; 7内筒; 8塔壁; 9烟气出口; 10吸收液入口; 11环形吸收液通道; 12螺旋喷头组; 13塔底吸收液排出口; 14气动搅拌器; 15除雾器; 16横梁; 17筋板。 图 1 脱硫装置结构 管。布气管底部均匀分布的相同尺寸的栅孔与内筒 下部的开孔处于同一水平位置 如图中位置 3 所示 。 内筒和布气管悬空, 底端均未封死。环形气体通道和 环形布气室顶端均设置有螺旋喷头组。1 和 2进气 口平行,分别切向连接在内筒壁和环形布气室壁上。 气动搅拌器的材质为不锈钢, 由帆、浮筒和浆叶组成, 置于环形气体通道内, 经浮力计算, 所设计的搅拌器 浮筒能始终浮于液面上 。除雾器的材质为塑料折叠 板,折叠板呈垂直布置,板间间距为 20 mm 。 1. 2 脱硫剂和烟气的配制 实验用的脱硫剂为 CaCO3溶液 CaCO3固体细 度≤ 300目 ,用 6 kg 过 300 目 0. 050 mm 筛的 CaCO3 固体颗粒混合水作吸收剂 ,水位在距塔底 700～ 800 mm 10 环 境 工 程 2008年 4 月第26 卷第2 期 处。模拟烟气是 SO2和空气以一定比例混合而成,气 体流量控制在2 400m 3 h,SO 2浓度为3 432 mg m 3 。 1. 3 过程原理 模拟烟气经输送管道后分为两部分进入塔内 ,一 部分从 1 进气口单切向进入内筒与塔壁形成的环形 气体通道内 如图 1中位置 2 所示 ,气流在通道内旋 转过程中减速、稳流并与螺旋喷头组喷出的吸收液接 触,完成第一次脱硫化学反应 。烟气被降温 ,同时烟 气中的尘粒被洗掉 。气流在旋转下降的过程中受环 形气体通道中的吸收液的阻滞作用使气 、 液两相均呈 现脉动状态 ,吸收液被下压至栅孔处, 烟气从栅孔进 入内筒。气流被栅孔切割 ,成气泡状曲折上升 。根据 实验数据可计算出烟气气流进入环栅时速度为 8 ～ 20 m s,气流的雷诺数远大于4 000, 气流在塔内吸收 液中呈剧烈的湍流运动, 带动吸收液形成鼓泡层。 气、 液两相的脉动增加了扰动 ,加剧了湍流,延长了浆 体液滴悬浮于吸收区的时间 , 减小了液滴的气膜厚 度,使烟气与吸收液的接触更加完全,反应更加充分。 环形通道内的旋转气流吹在气动搅拌器 如图 2 中 a 所示 的帆上 ,再由帆带动浮筒,浮筒带动浆叶, 使搅拌器在塔内旋转起来 , 由图 2 中 b 可以看到搅 拌器对沉于塔底的固体颗粒的搅拌作用 。 图 2 气动搅拌器 搅拌器的旋转有两大作用 a 使吸收液中固 、 液 混合更加均匀、充分 , 搅拌器性能测试的实验过程中 可以观察到搅拌器可以搅动沉于塔底 ,直径在 300 目 以上的固体颗粒 。 b 烟气经过环栅时被切割成细小 的气泡,气泡在运动的过程中又被旋转的搅拌器剪切 成更细微的部分 ,从而增加了气、液传质面积 [ 10] 。气 动搅拌器无轴, 在环形气体通道内沿筒壁作径向运 动,因此不存在轴的安装 、 维护等问题, 而且整个搅拌 装置完全置于气体通道中 ,适用于密封性要求高的容 器。搅拌器运动的动力完全由气流提供 ,节省了装置 的投资、 运行和维护费用 。 另一部分烟气从 2 进气口单切向进入环形布气 室 如图 1中位置 5 所示 ,与环形布气室顶端的螺旋 喷头组喷出的吸收液完成第一次脱硫化学反应,气流 在下降过程中被稳流降压 ,将布气管中的吸收液下压 至栅孔时, 气流从栅孔进入内筒。从而加剧了吸收液 的鼓动状态 ,使气、 液接触更加充分 ,同时与吸收液完 成第二次脱硫化学反应。两部分烟气完成稳流减压、 冷却除尘、气液搅拌等过程后经除雾板排出塔外。 当塔径增大时 , 通过增加装置中布气管的数目 按正三角形布置 来维持塔内的布气均匀性。这就 解决了单切向环栅式喷射鼓泡进气脱硫装置在塔径 增大时塔中心产生的布气不均的缺陷 [ 4,9] 。此外, 总 进气量相同的情况下, 栅孔数目的增多 , 把气流切割 成更细小的部分 ,从而增加了气体的比表面积, 促进 了气体与吸收液的传质作用, 让吸收反应更加完全。 而且栅孔数目的增多, 增加了装置的进气量 ,减小了 阻力 ,有利于减小装置压降。 2 实验结果与讨论 2. 1 空塔压降 在装置中不装任何液体时 空塔运行 ,总进气量 对塔的部分系统压降影响如图 3 所示 。 图 3 气量-压降的关系 由图3 可知, 在塔空负荷运行情况下, 模拟实验 总进气量在2 400 m 3 h时, 布气系统压降为 110 Pa ,折 叠板除雾器压降为 120 Pa, 系统总压降约为 200 Pa, 因此实验过程中进气量对塔内系统压降影响不明显。 这种情况下由塔系统结构造成的压力损失对实验影 响不大。 2. 2 脱硫效率 实验用的脱硫剂为 CaCO3溶液 CaCO3固体细 度≤ 300目 , 模拟烟气由 SO2和空气以一定比例混合 而成。当进气压强在 3. 2 kPa ,总进气量为2 400 m 3 h 11 环 境 工 程 2008年 4 月第26 卷第2 期 时,CaCO3溶液 pH 值与脱硫效率关系见图4。 图 4 脱硫效率与 pH 值关系 由图 4 可知, 在该实验条件下, 当 CaCO3溶液 pH 值在 5～ 7 时,装置的脱硫效率可以达到 97以上 ,并 且相当稳定 。溶液 pH 值降到 4. 9 时, 装置的脱硫效 率也开始降低, 当溶液 pH 值下降至 3. 7 时 ,脱硫效率 急剧降低 ,此时装置内吸收液溶液吸收量趋于饱和, 对SO2气体的吸收效果很不理想 。因此, 在进气量和 进气压强保持不变的情况下 , 维持 CaCO3溶液的 pH 值在 4. 5～ 7 时,该装置可以达到很理想的脱硫效果 。 2. 3 不同进气状态对装置运行状态的影响 该脱硫塔的进气系统包含 2 套并行的进气系统, 即环栅式进气系统和布气管式 与 CT-121 工艺的进 气方式类似 进气系统。因此, 该脱硫塔可以组合成 3 种不同的进气方式。该装置在不同进气情况下的 运行状态如图 5 所示 。 图 5 三种进气情况的脱硫装置运行图 1 图 5中 a 为单切向环栅式喷射鼓泡进气脱 硫装置的进气方式时的运行状态, 烟气经管道后由环 形气体通道进入塔内 ,旋转气流作用于通道内吸收液 的液面上 ,使气 、 液两相产生剧烈扰动和湍动 ,提高了 鼓泡层高度 ,延长了烟气停留时间, 是第三代吸收塔 的研究发展方向之一 [ 11] , 此种布气方式的反应状态 明显优于上一种 。但是该布气结构在大塔径 直径在 4 m左右 情况下 ,存在塔中心布气不均的问题 。 2 图 5中 b 是模拟日本 CT-121 工艺的进气方 式时的运行状态 ,烟气经装置内的环形布气室 、 布气 管后与吸收液接触, 这种进气方式的塔中心气体分布 很均匀,但由于鼓泡状态很平稳,气 、 液两相间的脉动 和扰动不明显。 3 图 5中 c 为两种进气方式结合时的运行状 态,两个进气口同时进气时 ,既可以在鼓泡反应过程 中两相达到很好气 、 液的扰动和湍动状态 ,又可以避 免塔径增大时塔中心布气不均匀的缺陷 。 2. 4 脱硫装置除尘效率 烟气进入塔后, 所含烟尘分以下几步被去除 1 因为高速进入塔内的气流具有一定的惯性这一特点, 塔内设置的螺旋喷头组 起喷淋作用 喷出的吸收液 将惯性较大的部分烟尘拦截, 从而使烟尘脱离气流, 进入液相; 2 烟气单切向进入塔内后沿筒壁呈旋风 运动, 使烟尘具有了离心力 ,烟尘颗粒产生离心运动 被甩向筒壁后被脱硫剂冲下沉入塔底; 3 脱硫剂在 与烟气发生喷射鼓泡的过程, 对尘粒有洗脱作用。该 装置的除尘效率可以达到 95以上 。 3 结论 1 本装置中气、液的剧烈脉动能增加溶液的扰 动,加剧湍流。 2 新的布气系统 , 避免了单切向环栅式喷射鼓 泡进气脱硫装置大塔径下布气不均匀的缺陷 。 3 进气栅孔开孔率的增加 ,增大气流比表面积, 促进气、 液传质 ,提高了装置的脱硫效率 。 4 气动搅拌器使装置中气、固 、液混合更加均 匀、 充分。 5 装置的脱硫效率高 ,当脱硫剂 pH 值在 5 以上 时,脱硫效率稳定在 97 以上。 6 装置的除尘效率可达到 95 以上。 参考文献 [ 1] 钟秦, 黄俊, 王婷茹, 等. 喷射鼓泡烟气脱硫 Ⅰ 化学吸收 工艺的研究. 南京理工大学学报, 1997, 21 5 419 -422 [ 2] 钟秦, 王婷茹, 刘永奎, 等. 喷射鼓泡烟气脱硫 Ⅱ 在工 业锅炉上的应用. 南京理工大学学报, 1997, 21 5 423 -427 [ 3] 郝吉明, 王书肖, 陆永琪. 燃煤二氧化硫污染控制技术手册. 北京 化学工业出版社, 2001 295 -297 [ 4] 孟蕾, 姚欣建, 甘海明, 等. 单切向环栅式喷射鼓泡进气脱硫 装置的研究. 化学工程, 2007, 35 3 6 -9 [ 5] 单选户, 薛宝华. CT-121 鼓泡式吸收塔烟气脱硫工艺技术介绍. 工程建设与设计, 2004, 8 9-12 [ 6] Zheng Y J, Kiil S, Johnsson J E. Experimental investigation of a pilot- scale jet bubbling reactor for wet flue gas desulphurisation. 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The traditional control s are not suitable for the new situation of desulphuration and reduction of pollution. A new technique of desulphuration of flue gas, where double -flue and twin suction fan are used, is developed by Fujian Sanming Steel Group, based on CFB-FGD semi-dry process, which provides a new example for solving the difficult problem of sintering desulfuration in iron and steel industry. Keywords sinter, desulfuration by semi -dry process and reduction of pollution JET BUBBLING TOWER WITH PNEUMATIC AGITATION FOR DESULFURIZATION AND DUST REMOVALWu Ting Yang Chunping Gan Haiming et al 10 Abstract A jet bubbling tower was improved with pneumatic agitation for desulfurization and dust removal on the basis of the patented device of pierced cylindrical gas distribution systems.There were two gas distribution systems in the desulphurization tower, which avoid the disadvantage of uneven distribution of gas streams in the center of a tower with a large diameter of about 4 meters.The upper portion of a pneumatic agitating device was installed in the circular channel of the tower and was driven by the air stream passing through the channel.The running results showed that the absorption tower distributed gas streams far more even and that the gas, liquid and solid phases in the tower were agitated and contacted more intensively. The efficiency of dust removal achieved 95. The desulfurization efficiency was stably higher than 97 when the pH of the absorption solution for desulfurization slurry was larger than 5. Keywords absorption tower, flue gas desulfurization, gas distribution system, ring bar and pneumatic agitation device DISCUSSION ON DUST REMOVAL BY FRAME VENTILATION AND DEDUSTING EQUIPMENTChai Yusheng Zhang Qi Zhao Jiage 13 Abstract There isoften dust pollutionin environmentsof coal mining , cement production, flour processing and pharmaceuticalfactory etc. In order to improve dust control, a patented frame ventilation and dedusting equipment is used. Through determining the concentration of indoor inhalable particulates, it is shown that the equipment is effective in dust removal. Keywords dust pollution, frame ventilation dedusting equipment, concentration of inhalable particulates and deposition rate SYNTHESIS OF AN AMIDOCYANOGEN COTTON FIBER FOR FGD Feng Jian Zhu Xiaofan Hou Xiandeng et al 16 Abstract A synthetic of cottonfibers containing amine functionalgroupwas studied. And various effects on the preparation process such as reagent concentration, reaction time and temperature were investigated. The ethylenediamine as an better amine reagent was chosen. And the adsorption of SO2by several amine -functional cotton fibers was also studied, showing the ethylenediamine -functional cotton fiber had the best adsorption perance with the maximum saturated capacity of SO2amounting up to 4. 29 mg g dry fiber with the average N -content of 0. 43. Keywords cotton fiber, amine reagent, ethylenediamine, adsorption and SO2 PURIFICATION OF WASTER GAS CONTAINING TOLUENE WITH WASTE ENGINE OIL ABSORBENTChen Dingsheng Cen Chaoping Fang Ping et al 20 Abstract The purification of organic waste gas containing toluene withwaste engine oil absorbent hasbeen carried out in structured packing columns. The effects of height of structured packing, inlet concentration, the gas flow velocity, and ratio of volume of liquid to gas on absorption efficiency were systematically investigated, and the optional operation condition was established.The test results show that under the optimal condition, the removal rate of toluene in the exhaust gas can be up to 95～ 98. Keywords waste engine oil, absorption, toluene and waste gas DESIGN OF DEASHING AIR SOURCE AND RESEARCH ON DIAPHRAGM VALVE OF BAGHOUSE FILTERQu Xiaoyan Shen Henggen 23 Abstract Cleaning air source is the key link of pulse deashing system of baghouse filter, the capability of diaphragm valve effects the result of pulse deashing directly . This article researches the volume of header tank and the installation of fittings of air source from the design, compares the perance of diaphragm valves, introduces the means and gists of how to select diaphragm valve from the actual use. Keywords baghouse filter, diaphragm valve and deashing ANALYSIS OF THE AFFECTING FACTORS OF WASTE GAS DISCHARGE FROM A LONG TUNNEL SHAFTZhang Rongpeng Zhang Xu Wang Jun et al 26 Abstract It is calculated the waste gas discharge from a long tunnel shaft with the Mobile model and Gauss model theory, the primary diffusion concentration on the plane near the floor is got.A dilute -air factor is defined to uate the environmental effect, and then the notabilities of four main affecting factors are analyzedwith the orthogonal test and notability analysis, showing that a great emphasis should be laid on the control of the waste gas source to abate the environmental effect by the tunnel shaft. Keywords tunnel shaft, waste gas discharge, Mobile model, Gauss model, orthogonal test and notability analysis 2 ENVIRONMENTAL ENGINEERING Vol. 26, No. 2,Apr. ,2008