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旋转喷雾净化烧结SO2烟气分析

2017-02-24 14:06:26

本文彩用多相流CFD仿真技术,斟酌烧结烟气与雾滴的热交换,相变对温度的影响,假定烟气和雾滴接触立即反应,即疏忽化学反应时间,建立3维几何模型,对烟气在装备中运行的速度、浓度、温度等进行数值摹拟计算。根据实际运行情况对照研究系统的适应性,同时为优化参数、改进运行方式提供根据。

烟气散布器适用性分析

烟气散布器的主要作用:①使烟气能够均匀散布到脱硫塔内,使烟气与浆液雾滴进行充分接触、反应。由于脱硫的酸碱中和反应大部份是在湿态下进行的,必须使大部份烟气在脱硫塔上部就可以够和浆液雾滴(液态)充分接触;②用于调剂进入烟气的初速度,保证烟气在塔内的停留时间。本项目采取的烟气散布器为螺旋渐变式结构。本烟气散布器进口尺寸为4500mm×4500mm,散布器进口风速为25m/s,经烟气散布器分散后,进入塔内的入口初风速为12m/s。其气流散布情况数值摹拟见图2(略)。从图2可以看出,摹拟数值与设计计算值吻合,气流经散布器后散布均匀,速度由散布器入塔处的12~14m/s迅速下降至塔内的2~3m/s。气流流线沿切线方向旋转向下,在塔内停留路径最长,保证烟气停留时间。

旋转喷雾器适应性分析

旋转喷雾器是SDA系统最为核心的部件,装备精密性和稳定性要求严格。旋转喷雾器选型既要保证浆液输送量、喷雾雾径[5],又要控制塔壁处浆液浓度散布适中,使烟气不遗漏,塔壁不粘结。喷雾半径理论计算公式为(略),式中,d为雾化器转轮直径,m;ML为进料速率,kg/h;N为转速,r/min;(R99)0.9为雾化器下0.9m处雾滴占全喷雾量99%时的雾滴飞行距离,m。本项目旋转喷雾器转轮直径为350mm,运行进料速率为35~45t/h,最大量可以到达90t/h,转速为9000~12000r/min。带入式(1)可以得出喷雾半径范围为8.0~8.6m。相对塔半径9.4m来讲显得略小,本项目增加了中心烟气通道,使构成的伞雾向上托起,到达增大雾径的效果。从图3可以看出增加中心烟气通道可使喷雾器构成的伞形雾滴向上托起,覆盖住塔的横断面,使烟气不遗漏。当进料量在35~45t/h范围时,浆液雾滴在塔内的整体散布均匀,进料量达45t/h时,塔壁面的浆液浓度偏高,容易产生粘壁。从现场运行情况来看,在保证烟气排放达标的情况下,浆液进料量在30~45t/h范围波动,瞬时会到达50t/h,塔壁面并未产生副产物挂壁现象。但从其他行业类似系统运行经验来看,1旦产生脱硫副产物挂壁,脱硫塔内可用直径减小,浆液喷雾未干燥就会到达壁面,挂壁现象逐步严重,终究致使运行不利。因此,避免浆液挂壁对运行稳定非常重要,建议实际操作时不能1味增加喷浆量进行SO2排放浓度控制,当烟气SO2浓度偏高时应通过调理浆液浓度来保证排放达标。

脱硫塔适用性分析

脱硫塔是SDA系统的主要脱硫装备,塔设计取值直接关系到脱硫效果的好坏。SDA系统完成SO2烟气与石灰浆液雾滴的反应速率可看成浆液雾滴与烟气1接触即产生反应,即99%的雾滴和烟气产生的反应在0.5~1.0s以内可以完成。因此,塔高的设计应主要从保证雾滴干燥方面斟酌,应保证浆液在塔内停留时间大于5~7s。鉴于烧结机烟气特性,特别是烟气温度的波动性,为保证雾滴的充分干燥,建议浆液雾滴在塔内停留时间大于10s。设定浆液进料量为40t/h,烟气量为1800000m3/h,烟气入口温度为414K,通过摹拟视察脱硫塔内流场和温度场散布。从图4可以看出,脱硫塔内流场散布较为均匀,气流湍流段散布在塔体上半部份、塔体灰斗和脱硫塔壁面处。塔体段的湍流有助于烟气和浆液雾滴的充分接触与反应,保证SO2的充分去除。但是塔体灰斗部份的湍流会造成沉积在塔底的脱硫副产物2次飞扬,随气流进入除尘器,使除尘器负荷增加。从实际脱硫塔出口烟道粉尘浓度检测结果来看,粉尘质量浓度在15~50g/m3范围波动,大部份的时候在30g/m3以下,这个浓度对布袋除尘器来讲是适用的,但是从节能和除尘器使用寿命角度来说,建议在灰斗设置导流装置来进1步改良灰斗处气流散布,控制2次扬尘,下降粉尘浓度,减小除尘负荷。从图5(略)可以看出脱硫塔内温度散布均匀,说明浆液雾滴分散较好,塔内烟气降温匀称有序,塔体出口温度在350K左右,该温度范围对后期除尘有益,塔体和旋转喷雾器设计拟合程度较高,设计公道。

布袋除尘器适用性分析

在SDA系统中,烧结烟气经过脱硫塔处理后烟气温度可以下降到80~90℃,这为布袋除尘器的使用提供了基础条件,但是烧结烟气成份复杂,烟气量大,易腐蚀[6],再加上经过脱硫塔后烟气中粉尘浓度较大,如何使布袋除尘器最好地发挥其高效收尘的优势,装备选型是关键。SDA系统建议采取长袋低压中箱体进风结构的布袋除尘器,以减小除尘器占地和钢材用量到达下降造价的目的[7]。同时,布袋防腐蚀、防水也是布袋除尘利用能够成功的重要因素,因此,可以通过两种方式共同作用到达该目的。①选用防腐蚀、防水滤料,为节省投资,建议采取PTFE覆膜或浸渍处理,袋笼斟酌不锈钢材质或有机硅喷涂处理;②对前期系统进行公道控制,保证烟气性质稳定,从而为布袋除尘提供较好的收尘环境。温度是运行控制中的最主要参数,通常通过脱硫塔内浆液的喷入量控制脱硫塔出口烟气温度在80~90℃,不高于120℃避免布袋烧损(PTFE覆膜或浸渍滤料瞬时耐温为130℃,耐温120℃);不低于70℃,保证烟气温度高于水露点温度15~20℃范围,使烟气1直处于干燥状态。从目前在线监测系统检测数据来看,粉尘排放质量浓度小于30mg/m3,布袋除尘器运行良好,布袋除尘器压力损失控制在1100Pa左右,布袋未出现腐蚀、水浸渍情况。从节能角度,建议控制布袋运行压力损失在1200~1500Pa。

结论

(1)SDA法适用于烧结烟气脱硫,工艺设计及装备选型要充分斟酌烧结烟气特性。(2)设置烟气散布装置,可保证烟气在塔内均衡;脱硫塔内可增设中心烟气通道,对控制脱硫剂用量、下降脱硫塔高度有帮助。(3)要充分斟酌喷雾半径与脱硫塔半径的契合程度,当脱硫塔设置有中心烟气通道时,建议喷雾半径低于脱硫塔半径的10%~12%,避免粘壁,可调理浆液浓度来保证脱硫效果。(4)脱硫塔设计需保证烟气在脱硫塔内停留时间大于10s,脱硫塔底部应设置烟气导流装置,避免2次扬尘。(5)建议采取长袋低压脉冲式中箱体进风结构布袋除尘器,滤袋应到达防腐耐温要求。

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