烟气脱硫除雾冷态模拟实验研究

王江涛 ， 曹真真 ， 李长安 ， 蒋永刚

(河南心连心化肥有限公司 ， 河南 新乡 453731)

烟气脱硫除雾冷态模拟实验研究

王江涛 ， 曹真真 ， 李长安 ， 蒋永刚

(河南心连心化肥有限公司 ， 河南 新乡 453731)

除雾器是湿法脱硫工艺中的分离烟气携带液滴的关键设备，为弄清规流床除雾器的运行机理，特设计了烟气脱硫除雾模拟实验装置。实验以空气作为气体介质，在玻璃脱硫塔内模拟规流床除雾器的除雾现象。实验结果表明，影响除雾运行效果的关键因素为液气比、塔板高度、塔板缝隙率。同时通过极差分析法，得出最佳的实验组合。

烟气脱硫 ； 规流床 ； 除雾器 ； 模拟 ； 塔板高度 ； 液气比

0 前言

随着国家对环保工作的要求日益严格，燃煤锅炉的烟囱排放面临着越来越严峻的局面，河南心连心化肥有限公司现有四套烟气脱硫装置，均采用湿式氨法脱硫工艺，每套脱硫装置的处理烟气量平均在170 000 m3/h，处理后的烟气中SO2含量为40～60 mg/m3，烟尘含量为20～30 mg/m3，基本上满足环保排放指标。但是随着严格的新环保法实施，现有装置必须进行改进，方能满足排放指标的要求。除雾器出口的雾滴含固量会影响烟尘的排放浓度，本文通过对实验数据的分析，得出了最佳除雾效果的除雾器组合。

1 实验

本次实验主要是为了解决公司近两年来的除雾器改造过程中所出现的问题。目前公司现有的除雾器种类主要有旋流板式、折流条式和规流床除雾器。规流床除雾器作为一种新型的除雾装置，在运动原理上它属于湍球塔的一种，但是由于塔板的特殊构造，其除雾机理又不同于湍球塔。公司在引入该项除雾器时，一直未能摸索出合适的塔板高度、塔板开孔率、液气比及填料球的种类等影响因素，从而得到最佳的除雾效果。通过模拟实验，测出实验脱硫塔各层塔板的空塔气速；在多因素多水平状态下，测试出影响脱硫除雾的关键点因素；观察和记录各组实验条件下填料球的运动状态，以及带液情况，得出最佳除雾装置组合。

1.1 实验装置

实验所需的仪器和设备(型号规格和性能参数)列于表1。

表1 实验主要仪器及设备

1.2 实验流程(见图1)

图1 冷态模拟实验流程简图

气体流程：空气经过高压引风机加压和提速，进入风管，自下而上通过风管上安装的LZB-80F玻璃转子流量计，在压差的作用下，测出系统风量，从脱硫塔进气口进入玻璃脱硫塔，通过气体分布器后进入除雾器装置，实现气液分离后，通过脱硫塔出气口排出。

液体流程：液体存储在脱硫塔下部的储槽内，在储槽下部接有一管路，与浆液循环泵进液口相连，储槽上部开有补水孔，可以调节槽内的液体pH值和液位的高度，储槽上部另有一管路与脱硫塔相连。液体通过浆液循环泵上部出口管路，自下而上流经LZB-50玻璃转子液体流量计，然后通过管路与脱硫塔的进液口相连，脱硫塔进液口内接有喷淋装置，液体经过喷淋装置流到塔底，形成闭环回路。

1.3 正交实验设计

实验本着与生产实际尽可能多的结合，参与实验的风量依据实际烟气流量等比例缩小，烟气流量=烟气流速×截面积(Q=VπR2)，故当R缩小20倍，则Q缩小400倍。

本实验参考其他成功的实验过程，最终确定使用正交实验，通过过分析实验的各种调节因素，可知该实验可以设计成L9(34) 4因素3水平的正交实验，可省时、省力、省钱，又能达到基本满意的实验效果。因此，按照4因素3水平设计了实验表格，实验的各种调节因素列于表2。

表2 实验的各种调节因素

装填不同规格的填料球是本实验一个重要因素，根据实际工况的要求，材质选取耐高温、耐腐蚀的聚丙烯材质，但是不同规格的填料球用在该除雾器上的效果差别很大，实验中采用的三种填料球均为定制的，根据表面形态的不同来区分。其中45 mm填料球为聚丙烯实心球；50 mm凹坑，为表面设有凹痕的聚丙烯填料球；50 mm改性球为聚丙烯实心球，其表面进行了亲水性的改性处理。塔板高度选为实验因素的原因，是因为在实际生产中进行除雾器改造时，对除雾器安装高度的选择不够。液气比是除雾过程中一个较为重要的参数，即和系统循环液体体积(L)和烟气流量(m3)的比值，公司的几套氨法脱硫装置，根据实际情况分别采用不同的数值，实验过程采用的数据即来源实际生产。

1.4 正交实验过程

实验过程可以分为三个步骤，第一步是设备的调试和调整，调试水泵和风机的运行，风量的调试按照实际生产风量相应的比例进行缩小，调整范围为250～650 m3/h，通过风机出口蝶阀调节风量。

第二步是实验基础数据采集，即对每种组合下的除雾器进行风速和风量的测量，因为风速是本实验的一个重要的设计参数，同时起着实验结果与实际生产的联系的作用，该值的准确性和全面性是实验成果与否的重要保障，所以本次实验共测量了184组风速和风量，涵盖了所有的实验配比和组合，也将实际生产中的各种风量对应下的实验风速准确地找了出来。

第三步根据收集的因素水平所组合的正交实验表，进行不同组合的实验记录，每组实验进行2.0 h，观察填料球的运行状态，同时记录表面锁液能力、塔板阻力和系统阻力，然后通过标尺，测量储存槽内的液位差值，记录下来作为最终的实验标准。

2 实验数据与讨论

2.1 实验组合和数据

实验根据风量的不同划分为6组，本次实验风量，选择有360 m3/h，该风量是对应生产中较为常见的负荷。 风量360 m3/h的正交实验组合实验数据列于表3。

2.2 实验风速与塔板高度、缝隙率的关系

使用便携式风速仪，在实验塔内和出气口处分别测量各阶段的风速，通过表3我们可以看出，对于

表3 风量360 m3/h的正交实验组合

相同规格的塔板，在同的塔板高度下，对应的最大风速和进口阻力的关系，统计数据见图2。

图2 塔板高度与空塔气速的关系

从图2可以看出，随着塔板高度的增加，气流通过塔板的空塔气速在增加。而决定除雾效率的关键因素是携带流速[1]。这是由于流速的增高，作用于液滴上的惯性力增大，有利于气液的分离，但是流速增加到一定程度时，就会出现二次携带现象，这就是临界气体流速，气体流速太高会引起烟气中液滴的二次携带现象，太低则会使气体流动过程中的方向改变减小，降低填料球的锁液能力。根据相关文献提供的计算方法确定本实验装置的临界气体流速。

根据湍球塔工作原理[2]，计算出本实验用填料球的临界流化速度，床层上填料球所受的重力、拽力、摩擦力和浮力相平衡，即流体通过床层阻力Δp等于单位床层面积上填料球所受的重力与浮力之差[3]：

Δp=Hmf(1-εmf)(ρp-ρg)g

(1)

式中：Hmf、εmf分别为临界流化点时的床层高度和缝隙率，ρp、ρg分布为填料球和空气的密度，g为重力加速度。

联立欧根方程[4]交与(1)式，可得该实验塔的临界流化速度表达式[3]：

(2)

将实验球参数代入公式，为什么用这种填料球，说明的密度ρp=304.5 kg/m3和床层高度H=100 mm(根据比例选定)代入式(2)计算可得，该实验装置填料球的临界流化速度为4.3 m/s，观察在该风速下对应下的填料球除雾效果，发现在4.5～4.8 m/s时，填料球积液能力较强，且处于微流化状态。

2.3 实验数据分析和最佳除雾组合

分析依据：根据《概率统计》中关于正交实验设计的知识可得，正交实验表中各列的极差是不同的极差越大，则说明这个因素水平改变时，对试验指标的影响越大。结合本实验对应的正交表(表3)，其中表中的K1、K2、K3分别是几个实验因素第一、第二、第三水平所参与的3组实验指标之和，k1、k2、k3这3行的3个数，分别是K1、K2、K3行中3个数除以3所得的结果，也就是各水平所对应的平均值。而极差则是一列中最大值与最小值之差，极差越大，则说明该因素对实验指标的影响越大。从表中可知，塔板高度是影响除雾效率的关键因素，填料球规格次之。

最优实验组合的依据也是根据极差分析得出，由于本次实验指标为失水量，失水量越小，则说明除雾效果越好，选择极差k值最小的水平，就本实验装置的最优除雾组合为：塔板安装高度为距塔底950 mm处，缝隙率为26%，液气比选择1.5 L/m3，50 mm实验2球(50 mm聚丙烯实心球，且表面材质经过改性处理)除雾效果最佳，该结论已在实际生产装置除雾器改造上应用，已经得到较好的效果。

3 结论

通过该冷态除雾模拟实验可知，塔板的安装高度和规流球的种类是影响除雾效果的关键因素，在进行除雾器设计工作时应主要考虑；除雾器的安装位置应该在脱硫塔整体高度的3/4处，过高或过低都不利于除雾效果的实现；表面经过改性处理的聚丙烯填料实心球，锁水效果较好可以明显减轻气体带液量；除雾效果较好的规流床除雾器，塔板缝隙率控制在26%左右。

[1] 杨 柳,王世和,王小明,等.湿法烟气脱硫系统除雾器特性试验研究[J].热能动力工程,2005,20(2):145-147.

[2] 王文勇.流化填料净化塔流体动力学特性研究[J].环境污染治理技术与设备,2002,3(10):92.

[3] 赵 毅,华 伟,杨爱华,等.湿式烟气脱硫塔中折线形挡板除雾器分离效率的数值模拟[J].中国动力工程学报,2005,25(2):293-297.

[4] 刘柏谦,曾宪芳,章 帅.二元气固流化系统临界流化速度的研究[J].中国粉体技术,2009,15(5):7-10.

宁波材料所制备出高效油水分离用纤维素海绵

近年来，超疏油—超亲水材料由于其特殊的润湿性在油水分离方面备受亲睐。由于“油”的表面张力远小于水，故超疏油—超亲水表面较难制备而且超疏油表面大多超疏水，这就限制了其在油水分离方面的应用。此外，表面活性剂稳定的乳化油油滴粒径小(<10 μm)、稳定性高，需要复杂的破乳过程才能实现油水分离。所以，亟需一种简单、高效、环境友好的油水分离材料来实现含油污水的净化处理。

宁波材料所科研人员曾志翔、王刚、贺怡等通过纤维素的溶解再生及成孔剂占位的方法制备了表面纳米孔、基体大孔的纤维素海绵用来分离表面活性剂稳定的油水乳液。这种海绵无需化学改性即具有空气中亲油亲水、水下超疏油的特殊润湿性。在酸、碱、盐溶液中，各种油类接触角均大于150°且超疏油性质稳定。海绵表层的纳米孔可有效地阻止小粒径乳化油颗粒的透过，基体大孔结构及其超亲水性可保证水相快速通过海绵基体，实现油水分离。制备的纤维素海绵在油水乳液分离方面表现出较高的油水分离效率(>99.94%)、水通量(91 L/(m2·h)重力作用下)、抗油穿透力(可支撑22 cm氯仿液柱)等特性。此外，纤维素海绵具有自清洁能力，可有效地防止油类污染物的污损，可重复使用性高。

Experimental Study on Cold State Simulation of Flue Gas Desulfurization Demisting

WANG Jiangtao , CAO Zhenzhen , LI Changan , JIANG Yonggang

(Henan Xin Lian Xin Fertilizer Co. Ltd , Xinxiang 453731 , China)

In the process of wet foue gas desulfurization,misteliminator is the key quipment for the separation of the flue gas carring liquid drop.In order to find out the running mechanism of demister turbulent ball tower and desulfurization effect of mist,the flue gas desulfurization demisting device is designed.Air as the gas medium,in the tower of glass desulfurization simulation solid turbulent ball tower demister mist phenomenon.Experiment results is concluded that under the experimental conditions of demister best installation ratio,plate height tower plate gap.At the same time,using the orthogonal experiment analysis of the poor,analysis of the experimental results,the key factors affecting mist effect are indicated.

flue gas desulfurization ； mist eliminator ； plate height ； liquid gas ratio

2015-05-28

王江涛(1986-)，男，工程师，从事仪表自动化管理工作，电话：15836082457。

TB383

A

1003-3467(2015)09-0028-04