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污泥处理废气清洗设备及其性能影响因素研究 * 朱桂华马凯唐啸高明泉 中南大学 机电工程学院， 长沙 410083 摘要 基于在污泥处理中产生的一定量的废气， 提出了一种多级水幕式污泥处理废气清洗设备， 分析了其工作过程。 并以之为研究对象， 通过实验得出清洗装置的处理风量， 水幕的厚度、 层数与废气处理效率的关系。并测量了不同水 幕厚度与处理风量下废气清洗装置的整机压力损失。实验结果表明 水幕厚度一定的情况下除废气效率随着处理风 量的增加而增加， 在水幕厚度一定时随着水幕层数的增加除废气效率也会增加， 但并不是水幕的层数和厚度越大除废 气的效率就越大。要获得最佳的除废气性能， 必须使清洗装置的处理风量与水幕的层数、 厚度合理的匹配。当处理风 量为 0. 45 m3/s 时， 水幕层数为 3 时， 水幕厚度为 2 mm 时， 设备的除废气效果达到最佳， 可达到 87. 32。 关键词 污泥处理废气清洗设备; 除废气效率; 水幕层数; 水幕厚度; 处理风量 DOI 10. 13205/j． hjgc． 201405013 STUDY ON SLUDGE WASTE GAS CLEANING DEVICE AND AFFECTING FACTOＲS ON ITS PEＲFOＲMANCE Zhu GuihuaMa KaiTang XiaoGao Mingquan School of Mechanical and Electrical Engineering，Central South University，Changsha 410083，China AbstractBased on the fact that exhaust gas generated in sludge treatment， a sludge waste gas cleaning device of multi- stage water curtain was developed，and its working procedure was analyzed． Taking sludge waste gas cleaning device as the object，the relationship between deducing efficiency of exhaust air and air processing volume， thickness and layer number of water curtain by the experiments． The pressure loss of the sludge waste gas cleaning device under different air processing volume and different thickness of water curtain was determined． The results showed that the deducing efficiency of waste gas increased with the increasing air of processing volume， and the deducing efficiency of waste gas increased with the increasing of layers of water curtain at a certain thickness of water curtain． To get the best removing perance，it was necessary to ensure a reasonable matching of the air processing volume and thickness and layers of water curtain; when the air processing volume was 0.45 m3/s， the layers number was three， the thickness was 2 mm， the overall removing perance of waste gas cleaning device could reach 87.32． Keywordssludge waste gas cleaning device;deducing efficiency of exhaust air;layer of water curtain;thickness of water curtain;processing air volume * 湖南省科技计划重点项目 2014SK2020 。 收稿日期 2013 －08 －22 0引言 在污水处理厂中会产生大量的污泥， 一般城市污 水处理厂集泥池中污泥含水率一般在 98 左右， 常 规处理法将集泥池中污泥通过机械法脱水， 能将该污 泥脱水到含水率 80左右。当前全国有数千家城市 污水处理厂， 年产生含水 80污泥约4 000 万 t， 这些 高含水率污泥对环境造成严重的二次污染。国家环 保政策要求， 该污泥必须经过深度脱水， 含水率降低 到 50以下， 并经无害化、 稳定化处理才能出厂。近 年来， 国内出现了一些污泥深度脱水技术， 可以将污 泥含水率降低到 50 以下， 但是在污泥处理的过程 中， 会产生一定的废气， 废气的主要成分是氨气、 二氧 化硫等气体。这些恶臭的废气对人体呼吸、 消化、 心 血管、 内分泌及神经系统都会造成不同程度的毒害， 排放后也会污染环境［1 ］。 国外对水幕抑制和阻隔气体扩散的机理做了初 步的研究。Hansen［2 ］、 Morse［3 ］、 Spyros［4 ］等通过对水 幕阻隔 LNG 扩散的数据模拟及实验研究得出， 水幕 35 大 气 污 染 防 治 Air Pollution Control 主要是通过机械稀释、 空气卷吸来降低气云浓度。 Dan drieux- Bony 等 ［5 ］研究了水幕后方氯气浓度的变 化， 得出气云浓度的减少主要是通过机械稀释。我国 在水幕清洗和防护方面的研究起步较晚。张红雪 ［6 ］ 等仅证明了水幕抑制重气扩散的有效性。污泥处理 中产生的氨气和二氧化硫能溶于水， 利用水幕稀释可 以降低废气中氨气与二氧化硫的浓度。 在此基础上提出了一种多级水幕式污泥处理废 气清洗设备。并以该污泥处理废气清洗设备为研究 对象， 通过实验得出除废气效率与废气清洗装置的处 理风量及水幕层数、 厚度的关系。实验研究表明该污 泥处理废气清洗设备具有较高的除废气效率， 并对污 泥废气清洗设备的最佳工况参数的选取及推广有重 要的意义 ［3 ］。 1废气清洗设备及其工作原理 该废气清洗主要由风机、 水泵与电机、 水幕板、 集 气罩、 废气清洗腔、 喷头等组成， 其结构如图 1 所示。 图 1废气清洗装置的结构示意 Fig． 1Structural sketch of exhaust gas cleaning device 工作原理如图 1 所示 该系统工作时， 排水阀门 12 与进水阀门 13 处于关闭状态。风机 7 与一废气 集气罩连接， 将废气导入密闭性良好的箱体 2 中。废 气在经过清洗液所形成的水幕时， 与清洗液发生反 应， 废气经过与清洗液发生 3 次充分地反应后从风机 1 排出清洁的空气。 清洗液储存在储存箱体 10 中， 经过水泵 9 将液 体输送到箱体 2 顶端， 再通过多个喷头 4 将清洗液喷 出， 流向具有一定倾斜角度的水幕板 3， 液体顺着水 幕板流向箱体底部。由于水幕板倾斜具有一定的角 度 α， 清洗液离开水幕板后， 能形成一道连续的水幕。 清洗液在处理一部分气体后暂时储存在箱体 2 底部， 随时间的推移， 液体液面会达到一定高度， 当液面高 度高于某值时，多余的清洗液通过管道 8 排放到清 洗液储存箱体 10 中。由于箱体 2 中的清洗液并没有 完全与废气反应， 大部分保留了清洗液的成分， 箱体 2 中的清洗液流回储存箱 10 中继续使用， 形成一个 循环系统， 使清洗液能循环使用， 节约成本。 该清洗系统的清洗液是循环利用的， 所以应当定 期地更换。由于清洗液是水， 而废气的主要成分是酸 气， 所以每隔一段时间对清洗液储存箱体 10 中的液 体进行 pH 值测定， 当箱体中液体的 pH 值达到某值 时， 就要对箱体中的清洗液进行更换， 此时的清洗液 储存箱体内的液体为酸性， 可将其回收利用， 用于污 泥处理。当清洗液需要更换时， 所有设备停止工作， 打开排水阀门 12， 将旧清洗液排放到污水池中， 可用 于污泥处理。在清洗液储存箱体 10 中的液体排放完 毕后， 关闭阀门排水 12， 将新的清洗液通过进水阀门 13 注入到箱体内， 然后关闭进水阀门 13。设备在更 换清洗液后可继续使用， 从而保证废气处理之后能得 到符合排放要求的清洁气体。 2试验系统及方案 试验平台采用的是自行设计的废气清洗箱体尺 寸为 600 mm 800 mm 1 500 mm， 进风口和排风口 的直径为200 mm， 风机的选用流量为 650 ～1 260 m3/ h， 全压为652 ～1 220 Pa， 功率为 1. 5 kW 的离心风机; 通过变频调节风机运行频率的方式调节废气清洗设备 的处理风量; 用 YJB- 1500 补偿式微压计测量废气清洗 设备的进、 排气口的平均静压力; 用 KB- 501SG 型有毒 气体探测器测量废气清洗装置的进气口和排气口处的 氨气和二氧化硫的含量， 测量范围为0 ～1 mg/m3。 试验时调节液压泵的流量从而可以改变水幕的 厚度。分别设定水幕的厚度为 1， 2， 3 mm， 水幕的层 数为 1、 2、 3， 在每个水幕厚度的情况下调节风机的运 行频率， 得到不同的处理风量。试验中记录微压计的 值， 试验后分别测量设备进气口和排气口气体中氨气 与二氧化硫气体的浓度， 对不同参数条件下废气清洗 装置的除废气效率和能耗进行计算［7- 11 ］。 计算除废气效率时， 假设气体都是干燥的， 除废 气效率为 η 1 － C2 C 1 100 1 45 环境工程 Environmental Engineering 式中 η 为除臭气的效率; C1为进风口处氨气和二氧 化硫气体的浓度， mg/m3; C2为排风口处氨气和二氧 化硫气体的浓度， mg/m3。 废气清洗装置入口的空气流量为 Q2 18. 866αεd2 273. 15Δp t1 p 槡 α 2 式中 α 为流量系数， ε 为膨胀系数， 当采用 90弧进 口喷嘴测量流量时， αε 0. 99， 采用锥形进口集流器 测量时， αε 0. 96; d 为流量测量截面管道内径， m; Δp 为风管进口 0. 75 d 处的相对静压， Pa; pα为试验 地点的大气压力， Pa; t1为进气口空气的温度， ℃。 废气清洗设备的整机压力损失 Δp p1－ p2 3 式中 p1为废气清洗装置进风口处的平均静压; p 2为 排气口处的平均静压。 3试验结果与分析 在一定的水幕层数不同的水幕厚度下废气清洗 装置的处理风量与除废气效率的关系如图 2图 4 所示。 图 2水幕层数为 1 时废气清洗装置的处理风量与除废气率的关系 Fig． 2Ｒelationship between processing air volume and deducing efficiency of exhaust air at one layer water curtain 从图 2、 图 3 可以看出 在水幕厚度一定的情况 下除废气效率随着处理风量的增加而增加， 这是因为 处理风量越大， 冲击能量就越大， 水幕在废气清洗装 置中的弥散就越充分。废气和水雾接触的概率就越 大， 除废气效率也就越高。冲击水面的能量取决于气 流的初始惯量， 气流的初始惯量由废气的处理风量决 定， 处理风量越大， 气流的初始惯量就越大。但并非 废气的处理风量越大除废气的效率就越高， 处理风量 过大， 会造成气流冲击水面激起的水滴量大但弥散度 不够， 直接影响除废气效果。图 2图 4 的后半段的 曲线走势足以表明。 图 3水幕板数为 2 时废气清洗装置的处理风量与除废气率的关系 Fig．3Ｒelationship between air processing volume and deducing efficiency of exhaust air at two layers water curtain 图 4水幕板数为 3 时废气清洗装置的处理风量与除废气率的关系 Fig．4Ｒelationship between air processing volume and deducing efficiency of exhaust air at three layer water curtain 由图 2图 4 可知 水幕的厚度和层数对除废气 的效率也有影响。随着水幕层数的增加除废气效率 也会增加， 这是因为水幕的层数越多， 废气和水幕接 触的概率也就越大。但并不是水幕的厚度越大除废 气的效率就越大， 因为水幕的厚度越大， 在受到废气 冲击时的弥散度越低， 从而影响除废气的效率。从图 4 可以看出 在水幕厚度为 2 mm， 比水幕厚度为3 mm 时的除废气效率大。 在实际应用中， 废气清洗设备的处理风量还要考 虑实际废气的流量及废气清洗设备的能耗。过大的 水幕厚度和过大的处理风量会增加废气清洗设备的 能耗。试验测得在 3 层水幕层数不同水幕厚度下处 理风量和压力损失值如表 1 所示 ［12 ］。 由表 1 可知 在一定的水幕层数和厚度的情况 下， 废气的处理风量越大， 整机的压力损失也越大。 水幕的厚度越大， 整机的压力损失也越大。 55 大 气 污 染 防 治 Air Pollution Control 表 1水幕层数为 3 时， 在不同的处理风量下的 压力损失测量值 Table 1Pressure loss at different air processing volume and water curtain thickness at three layers water curtain h/ mm Q/ m3 s －1 △p/ Pa h/ mm Q/ m3 s －1 △p/ Pa h/ mm Q/ m3 s －1 △p/ Pa 1 0. 1012 0. 1615 0. 2819 0. 3523 0. 4028 0. 4636 0. 5245 2 0. 1018 0. 1626 0. 2632 0. 3441 0. 4250 0. 4862 0. 5476 3 0. 1035 0. 1443 0. 1952 0. 2662 0. 3381 0. 4797 0. 51116 4结论 1 通过对自行设计的一种多级水幕式污泥处理 废气清洗设备的除废气效率进行测试， 其除废气的效 率可达 87. 32。 2 要获得最佳的除废气性能， 必须使清洗装置 的处理风量与水幕的层数、 厚度合理的匹配。试验表 明， 废气清洗设备的处理风量为 0. 45 m3/s， 水幕层数 为 3， 水幕厚度为 2 mm 时， 废气清洗设备内水幕弥散 充分， 除废气效率最高。 3 在一定的水幕层数和水幕厚度的情况下， 处 理风量越大， 设备的压力损失也越大。在一定的水幕 层数的处理风量情况下， 水幕的厚度越大， 设备的压 力损失也越大。 4 当废气清洗设备整体工作性能达到最佳时。 设备的压力损失较小， 其工作能耗低。 参考文献 ［1］赵毅， 李守信． 有害气体控制工程［M］． 北京 化学工业出版社， 2001. ［2］Hansen O Ｒ，Gavellif． Validation of FLACS against experimental data sets from the model uation database for LNG vapor dispersion ［J］ ．JournalofLossPreventionintheProcess Industries， 2010， 23 6 57- 67. ［3］Morse T L，Kytomaa H K． The effect of turbulence on the rate of evaporation of LNG on water［J］ ． Journal of Loss Prevention in the Process Industries， 2011， 19 3 1- 7. ［4］Spyros S，Fotis Ｒ． Validation of turbulence model in heavy gas dispersion over obstacles［J］．Journal of Hazardous Material， 2004， 108 1/2 9- 20. ［5］Dabdrueux- Bony A，Dimbour J P． A simple model for calculating chlorine concentration behind a water spray in case of small releases ［J］． Journal of Loss Prevention in the Process Industries，2005， 12 3 245- 253. ［6］Zhang Hongxue，Pan Xuhai．Ｒesearch progress of water spray curtain mitigating heavy gas dispersion［J］． Industrial Safety and Environmental Protection， 2009， 35 9 32- 34. ［7］Wang Haigang，Li Bin，Liu Shi，et al． The Effect of Water Spray upon Incineration Flue Gas clean- up［J］ ．Journal of Thermal Science， 2000 2 182- 186. ［8］王新， 金先龙， 杨培中， 等． 盾构机水幕阻烟效果的数值模拟 ［J］． 上海交通大学学报， 2012 1 126- 129. ［9］田立江， 王丽萍， 王丽丽， 等． 基于双循环多级水幕塔的无机盐 强化烟气脱硫研究［ J］． 中南大学学报． 自然科学版， 2011 2 555- 560. ［ 10］Wu Changga，Soon Khang，Tim C Keener，et al． A model for dry sodium bicarbonate duct injection flue gas desulfurization［J］． Advances in Environmental Ｒesearch， 2004 8 655- 666. ［ 11］Li Zhongkui，Wang Kezhong，Wang Anmin，et al． Experimental study ofwatercurtainperanceforgasstorageinan undergroundcavern ［J］ ．JournalofＲockMechanicsand Geotechnical Engineering， 2009 1 89- 96. ［ 12］熊建军， 骆振福． 两相对流自激式水幕除尘器内压力分布研究 ［J］． 中国矿业大学学报， 2010 6 902- 906． 第一作者 朱桂华 1962 － ， 博士， 副教授， 主要从事机电一体化、 新型 材料和环保设备研究。 櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅 857546474 qq． com 书讯 张殿印、 王海涛主编的 袋式除尘器管理指南安装、 运行与维护 ， 由机械工业出版社于 2013 年 11 月出 版， 全国新华书店和机械工业出版社官网发行。该书是专门介绍袋式除尘器安装、 运行与维护的管理技术书。 全书约 75 万字， 共分为 8 章， 分别介绍袋式除尘器的分类、 性能、 选择， 袋式除尘器安装准备、 安装流程， 安装方 法与验收， 袋式除尘器调整试验、 运行操作、 维护保养、 故障排除和袋式除尘系统运行管理。本书内容全面， 资 料翔实， 联系实际， 注重应用， 具有较强的技术指导性和可操作性。 本书可供设计科研、 工程建设单位和生产企业的环保工程师、 生产操作人员与管理工作者阅读， 特别适合 建设和生产企业的环保人员使用。 机械工业出版社读者联系电话 010 88379203， 88379764。 65 环境工程 Environmental Engineering