气动搅拌喷射鼓泡脱硫除尘吸收塔_吴婷
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气动搅拌喷射鼓泡脱硫除尘吸收塔
3
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4m 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
3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 20520701)。
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
[122]。
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
[324]。
日本
千代田公司开发的CT 2121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
[526]。
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
[4,729]。
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111 实验装置的设计
塔主体材料是厚度为5mm 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800mm ,筒底固定于塔基上。
内筒直径600mm ,顶部与塔壁相连,顶端封死,底部开有栅孔。
距轴心120mm 处均布有8根直径为80mm
的布气
1—1#进气口;2—环形气体通道;3—栅孔;4—2#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20mm 。
112 脱硫剂和烟气的配制
实验用的脱硫剂为CaC O 3溶液(CaC O 3固体细度≤300目),用6kg 过300目(01050mm )筛的CaC O 3固体颗粒混合水作吸收剂,水位在距塔底700~800mm
1环 境 工 程
2008年4月第26卷第2期
处。
模拟烟气是S O 2和空气以一定比例混合而成,气体流量控制在2400m 3
Πh ,S O 2浓度为3432mg Πm 3。
113 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8~20m Πs ,气流的雷诺数远大于4000,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211 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2400m 3
Πh 时,布气系统压降为110Pa ,折
叠板除雾器压降为120Pa ,系统总压降约为200Pa ,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。
212 脱硫效率
实验用的脱硫剂为CaC O 3溶液(CaC O 3固体细度≤300目),模拟烟气由S O 2和空气以一定比例混合而成。
当进气压强在312kPa ,总进气量为2400m 3
Πh
1
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时,CaC O 3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CaC O 3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419时,装置的脱硫效率也开始降低,当溶液pH 值下降至317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S O 2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CaC O 3溶液的pH 值在415~7时,该装置可以达到很理想的脱硫效果。
213 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 2121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4m 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 2121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。
214 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
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2
1环 境 工 程
2008年4月第26卷第2期
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作者通信处 杨春平 410082 湖南大学环境科学与工程学院
电话 (0731)8823987
E2m ail chunpingyang@
2007-10-30收稿
框架通风除尘设备降尘方法的探讨
柴玉生 张 琪 赵家阁
(中国药品生物制品检定所,北京100050)
摘要 煤矿开采、水泥生产、面粉加工、制药等行业长期受到粉尘污染的困扰。
为了改变粉尘的治理现状,缓解粉尘对人体的伤害,采用框架通风除尘专利设备除尘,通过测定室内环境中可吸入颗粒物浓度,计算出不同尘源产生粉尘的沉降率。
关键词 粉尘污染行业 框架通风除尘设备 可吸入颗粒物浓度 沉降率
0 引言
众所周知,煤矿开采、水泥生产、面粉加工等行业,是粉尘污染严重的行业。
大量文献报道了有关粉尘的危害性[1],煤矿开采、水泥生产作业,到处弥漫着大量煤尘、岩尘,导致操作工人慢性上呼吸道炎、矽肺病频生,且此类疾病呈“三高”趋势[2]。
到2005年全国患矽肺病的人数高达25万人,较西方发达国家高出5个百分点[3]。
面粉加工过程中,产生的粉尘,在静电的作用下可引起严重的爆炸事故。
这些不同类型的工作环境中的粉尘,其特点是不定向悬浮飞扬,持久污染环境,不易“降落”。
即使“降落”的粉尘,也
,造成“二次”污染。
因此,我们利用创新的除尘方法,设计出框架通风除尘设备,解决不同工作环境中的粉尘污染问题。
实验通过测定密闭空间内可吸入颗粒物浓度[4],考察使用框架通风除尘设备前后的室内空气质量状况。
以人工方式将煤粉、面粉、淀粉等弥散至密闭空间,模拟不同的工作环境,对使用矿架通风除尘设备前后的效果进行比较和研究。
1 实验部分
111 材料
煤粉:煤块研磨,过120目筛得细粉,待用;
面粉:超市购买,过120目筛,待用;
淀粉:超市购买,过120目筛,待用。
112 设备
微电脑激光粉尘仪:LD23C型;
数字大气压力表:BY22003P型;
框架通风除尘设备
:见图1。
1—送风管道;2—回风管道;3—送风风机;4—回风风机;
5—管道密封处;6—功能管道。
图1 框架通风除尘设备示意
113 方法
在对不同污染程度的粉尘环境进行调查的基础上,我们模拟了煤矿巷道、面粉生产等粉尘污染环境,利用框架通风除尘设备进行降尘、除尘实验。
从粉尘浓度(即室内可吸入颗粒物浓度)、粉尘沉降速率等方面,比较使用除尘设备前后的室内空气质量状况。
煤尘浓度的测定:称取约250g煤粉,以一定的风源将其吹起,使室内充满煤粉。
立即启动粉尘仪,测定空气中可吸入颗粒物的浓度,作为初始浓度。
随后每间隔3min测定一次,记录数据,计算自然沉降率。
另称取约250g煤粉,同前操作,测定室内空气中可吸入颗粒物的初始浓度。
测定完毕,立即启动除
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NEW TECHNIQUE OF DESULPHURATION OF SI NTERI N G F LUE G AS BASED ON SEMI 2DRY PROCESS Li Qiyong (7)
…………………………………………………………………………………………………………Abstract The am ount of S O 2from sintering process is over 60%of iron and steel production.The traditional control methods are not suitable for the new situation of desulphuration and reduction of pollution.A new technique of desulphuration of flue gas ,where double 2flue and twin suction fan are used ,is developed by Fujian Sanming S teel G roup ,based on CF B 2FG D semi 2dry process ,which provides a new exam ple for s olving the difficult problem of sintering desulfuration in iron and steel industry.
K eyw ords sinter ,desulfuration by semi 2dry process and reduction of pollution
J ET BUBBLI N G TOWER WITH PNEUMATIC AGIT ATION FOR DESULFURIZ ATION AND DUST REMOVA L Wu Ting Yang Chunping Gan Haiming et al (10)
……………………………………………………………Abstract A jet bubbling tower was im proved with pneumatic agitation for desulfurization and dust rem oval on the basis of the patented device of pierced cylindrical gas distribution systems.There were tw o gas distribution systems in the desulphurization tower ,which av oid the disadvantage of uneven distribution of gas streams in the center of a tower with a large diameter of about 4meters.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 abs orption tower distributed gas streams far m ore even and that the gas ,liquid and s olid phases in the tower were agitated and contacted m ore intensively.The efficiency of dust rem oval achieved 95%.The desulfurization efficiency was stably higher than 97%when the pH of the abs orption s olution for desulfurization slurry was larger than 5.
K eyw ords abs orption tower ,flue gas desulfurization ,gas distribution system ,ring bar and pneumatic agitation device
DISCUSSION ON DUST REMOVA L METHOD BY FRAME VENTI LATION AND DEDUSTI N G EQUIPMENT Chai Yusheng Zhang Qi Zhao Jiage (13)
…………………………………………………………………Abstract There is often dust pollution in environments of coal mining ,cement production ,flour processing and pharmaceutical factory etc.In order to im prove 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 rem oval.
K eyw ords dust pollution ,frame ventilation &dedusting equipment ,concentration of inhalable particulates and deposition rate
SY NTHESIS OF AN AMI DOCY ANO GEN COTTON FI BER FOR FG D
Feng Jian Zhu Xiao f an Hou Xiandeng et al (16)…………………………………………………………………………………………………………………Abstract A synthetic method of cotton fibers containing amine functional group was studied.And various effects on the preparation process such as reagent concentration ,reaction time and tem perature were investigated.The ethylenediamine as an better amine reagent was chosen.And the ads orption of S O 2by several amine 2functional cotton fibers was als o studied ,showing the ethylenediamine 2functional cotton fiber had the best ads orption per formance with the maximum saturated capacity of S O 2am ounting up to 4129mg Πg dry fiber with the average N 2content of 0143%.
K eyw ords cotton fiber ,amine reagent ,ethylenediamine ,ads orption and S O 2
PURIFICATION OF WASTER G AS CONT AI NI N G TOLUENE WITH WASTE EN GI NE OI L ABSORBENT Chen Dingsheng Cen Chaoping Fang Ping et al (20)
……………………………………………………Abstract The purification of organic waste gas containing toluene with waste engine oil abs orbent has been carried out in structured packing columns.The effects of height of structured packing ,inlet concentration ,the gas flow velocity ,and ratio of v olume of liquid to gas on abs orption efficiency were systematically investigated ,and the optional operation condition was established.The test results show that under the optimal condition ,the rem oval rate of toluene in the exhaust gas can be up to 95%~98%.
K eyw ords waste engine oil ,abs orption ,toluene and waste gas
DESIG N OF DEASHI N G AIR SOURCE AND RESEARCH ON DI APHRAG M VA LVE OF BAGHOUSE FI LTER Qu Xiaoyan Shen Henggen (23)
……………………………………………………………………Abstract Cleaning air s ource 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 v olume of header tank and the installation of fittings of air s ource from the design ,com pares the per formance of diaphragm valves ,introduces the means and gists of how to select diaphragm valve from the actual use.
K eyw ords baghouse filter ,diaphragm valve and deashing
ANA LYSIS OF THE AFFECTI N G FACTORS OF WASTE G AS DISCHAR GE FROM A LON G TUNNE L SHAFT Zhang Rongpeng Zhang Xu Wang Jun et al (26)
…………………………………………………Abstract I t is calculated the waste gas discharge from a long tunnel shaft with the M obile m odel and G auss m odel theory ,the primary diffusion concentration on the plane near the floor is g ot.A dilute 2air factor is defined to evaluate the environmental effect ,and then the notabilities of four main affecting factors are analyzed with the orthog onal test and notability analysis method ,showing that a great em phasis should be laid on the control of the waste gas s ource to abate the environmental effect by the tunnel shaft.
K eyw ords tunnel shaft ,waste gas discharge ,M obile m odel ,G auss m odel ,orthog onal test method and notability analysis
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E NVIRONME NT A L E NGINEERING
V ol 126,N o 12,Apr.,2008。