鄧 翔

(貴陽鋁鎂設(shè)計(jì)研究院有限公司, 貴州 貴陽 550081)

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煙氣干法凈化系統(tǒng)加料方式分析

鄧 翔

(貴陽鋁鎂設(shè)計(jì)研究院有限公司, 貴州 貴陽 550081)

簡(jiǎn)要介紹了干法凈化系統(tǒng)的各種加料方式，由于投料加料方式和引射加料方式只能靠煙氣的湍流作用使物料與煙氣混合，混合效果差，氣固混合不均勻；噴射加料方式混合效果好，但是額外增加能耗，不利于系統(tǒng)節(jié)能減排。無動(dòng)力加料反應(yīng)器是一項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)，其利用煙氣動(dòng)能推動(dòng)葉片及加料圓盤旋轉(zhuǎn)加料，無需額外增加能耗，而且加料更均勻，符合國(guó)家政策及市場(chǎng)要求。

干法凈化； 混合； 均勻； 湍流； 回流； 慣性力<[中圖分類號(hào)] tf821;="" tf805.3="" [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]="" b="" class="emphasis_bold">[中圖分類號(hào)] TF821; TF805.3 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼] B [文章編號(hào)] 1672-6103(2016)05-0059-04[中圖分類號(hào)] tf821;="" tf805.3="" [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]="" b=""

1 概述

2 現(xiàn)有加料方式

2.1 重力逆流噴射加料

重力逆流噴射加料是在煤粉燃燒理論的基礎(chǔ)上開發(fā)出的一種加料反應(yīng)器，煤粉在鍋爐爐膛內(nèi)燃燒，一方面需要燃燒充分，另外一方面需要將更多產(chǎn)生的熱能傳遞給爐膛壁(鍋爐水冷壁)，因此煤粉與爐膛內(nèi)空氣充分均勻混合至關(guān)重要。干法凈化系統(tǒng)中氧化鋁與煙氣反應(yīng)同樣需要使氧化鋁與煙氣均勻混合，該加料方式從最初噴射加料演變成噴射+回流加料，該加料方式實(shí)現(xiàn)3個(gè)目標(biāo)：a.輸送管內(nèi)物料分布均勻，加入到反應(yīng)器煙氣中的氧化鋁在各個(gè)方向分布均勻，避免加入的氧化鋁因方向不同而加料量不同(加料方向分配不均勻)； b.通過噴射加料實(shí)現(xiàn)快速、主動(dòng)混合的初步目標(biāo)(原有加料混合模式為通過煙氣湍流作用被動(dòng)混合)； c.加料回流圓盤使煙氣產(chǎn)生回流卷掃作用，將噴射到圓盤上方的氧化鋁卷入至煙氣中，延長(zhǎng)了噴射距離，解決了由于煙氣流速過快、加入到煙氣中的氧化鋁噴射有效距離不夠、無法實(shí)現(xiàn)大管徑橫截面全截面覆蓋充分混合的問題。該反應(yīng)器通過助吹及回流，控制氧化鋁的運(yùn)動(dòng)使之“主動(dòng)”與煙氣混合，實(shí)現(xiàn)了“瞬間”混合均勻的目標(biāo)(見圖1、圖2)。

粉塵與煙氣混合檢測(cè)結(jié)果見表1，由于試驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)穩(wěn)定性控制不足，粉塵濃度偏差率<20%。

2.2 無噴射回流加料

無噴射回流加料反應(yīng)器在重力逆流噴射加料反應(yīng)器的基礎(chǔ)上進(jìn)行了簡(jiǎn)化，該反應(yīng)器取消了重力逆流噴射加料反應(yīng)器的噴吹供氣管道，直接利用重力作用將氧化鋁添加堆積到回流圓盤上，利用氧化鋁的流動(dòng)性向四周擴(kuò)散，通過加料回流圓盤使煙氣產(chǎn)生回流卷掃作用，將噴射到圓盤上方的氧化鋁卷入至煙氣中。該加料方式減少了噴吹用高壓風(fēng)供氣，因此減少了高壓風(fēng)機(jī)及其耗能，氧化鋁混合均勻性及效果接近重力逆流噴射加料反應(yīng)器，但因其加料

1—?dú)んw；2—加料管；3—高壓風(fēng)管；4—回流圓盤；5—糾偏斗圖1 重力逆流噴射加料反應(yīng)器

圖2 重力逆流噴射加料反應(yīng)器應(yīng)用效果

點(diǎn)采用堆積分散方式，試驗(yàn)及實(shí)際應(yīng)用結(jié)果顯示：由于缺少了高壓風(fēng)的助推作用，加料量受到限制，加料量較大時(shí)，無法實(shí)現(xiàn)加料目標(biāo)，系統(tǒng)不能正常運(yùn)行。該加料方式只適用于循環(huán)次數(shù)兩次以下的加料系統(tǒng)。

2.3 VRI加料

VRI(Vertical Radius Injection)即垂直徑向噴射加料。該反應(yīng)器是加拿大鋁業(yè)公司專利技術(shù)。從反

混合 Legendre-球面調(diào)和譜方法數(shù)值求解 Navier-Stokes方程 ····宋 洋 黃 偉 (4,602)

表1重力逆流噴射加料反應(yīng)器加料混合粉塵濃度實(shí)測(cè)表

單位2#采樣點(diǎn)3#采樣點(diǎn)4#采樣點(diǎn)5#采樣點(diǎn)平均值標(biāo)況體積L92.699.5105.898.997.893.692.688.796.2煙氣溫度℃323232323232323232采樣嘴直徑mm555555555采時(shí)min555555555塵重g1.86541.82771.89491.60331.5331.53141.92271.70491.7354煙塵濃度mg/m3201451836917910162111567516361207631922118082煙塵濃度偏差率%11.41.6-1-10.3-13.3-9.514.86.3

應(yīng)器中部向四周噴射加料，加料孔口直徑25 mm，12個(gè)加料孔均布，屬于“主動(dòng)”混合加料。靜態(tài)(無煙氣流速試驗(yàn))加料時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)充滿煙氣流道，當(dāng)煙氣達(dá)到正常流速時(shí)，無法實(shí)現(xiàn)直接達(dá)到邊界(壁面)的目標(biāo)，加料效果見圖3。

圖3 VRI反應(yīng)器加料效果

國(guó)內(nèi)部分企業(yè)在使用該反應(yīng)器時(shí)，由于缺乏了解，往往供氣量和供氣壓力不足，導(dǎo)致加料不正常，甚至有時(shí)被“誤解”為溢流加料或引射加料。

2.4 引射加料

引射加料同樣屬于“被動(dòng)”混合加料，通過系統(tǒng)負(fù)壓作用，將氧化鋁抽吸至煙氣管道中，氧化鋁在煙管中與煙氣依靠煙氣湍流擴(kuò)散作用實(shí)現(xiàn)混合，混合均勻需要時(shí)間及空間。引射方式有(管道)中間引射加料和(管道)四周引射加料兩種形式，中間引射加料方式是將氧化鋁送至管道中心，通過引射孔將其混入煙氣中，該加料方式類似單點(diǎn)投料。四周引射加料是將氧化鋁從管道四周加入，目前最佳方式是在溢流加料口設(shè)置小型環(huán)形溜槽(見圖4)，通過小型環(huán)形溜槽控制煙道周圍料位高度一致，并實(shí)現(xiàn)管道四周供料一致、加料一致且均勻供料。試驗(yàn)證明：由于慣性力作用，一根管道環(huán)煙管多點(diǎn)加料的方式并不可行。

1—反應(yīng)器殼體；2—加料裝置；3—干粉吸附劑圖4 四周引射加料

2.5 反應(yīng)塔

反應(yīng)塔是應(yīng)用于干法脫硫系統(tǒng)最廣泛的干法凈化加料反應(yīng)器，前期的反應(yīng)塔，底部設(shè)置有文丘里喉口，喉口上部擴(kuò)大形成回流。氧化鈣加入到反應(yīng)器中后，與煙氣接觸混合，大顆粒在重力作用下，向側(cè)壁移動(dòng)并逐步沉降，回流到反應(yīng)塔側(cè)下部，流動(dòng)或漂浮至文丘里出口，再次進(jìn)入到煙氣流中。由于氧化鈣與二氧化硫反應(yīng)速度相對(duì)較慢，充分反應(yīng)需要有一個(gè)固體傳質(zhì)的過程，吸附反應(yīng)需要更多時(shí)間才能完成，因此塔體設(shè)計(jì)時(shí)考慮了氧化鈣在設(shè)備內(nèi)停留更長(zhǎng)的循環(huán)使用時(shí)間。

新型反應(yīng)塔在原塔基礎(chǔ)上做了改進(jìn)，將反應(yīng)塔底部入口文丘里管由單管改成多根小管組合(見圖5)，這種形式減小了由于大管氣流分布不均勻?qū)е滤?nèi)氣流偏轉(zhuǎn)對(duì)凈化效率的影響，同時(shí)管束結(jié)構(gòu)避免了因喉口流速不均、系統(tǒng)工況波動(dòng)導(dǎo)致落料現(xiàn)象。

1—回流塔體；2—小喉管束；3—反應(yīng)塔入口前彎管圖5 反應(yīng)塔

2.6 其他加料方式

除上述加料設(shè)備以外，還有部分簡(jiǎn)易加料方式，如文丘里加料器、簡(jiǎn)易加料裝置等。其中文丘里加料器更多應(yīng)用在小型干法凈化系統(tǒng)，如成型煙氣凈化系統(tǒng)。由于管道直徑較小，總煙管可以設(shè)計(jì)較長(zhǎng)，混合吸附時(shí)間較長(zhǎng)，系統(tǒng)可以通過湍流作用實(shí)現(xiàn)均勻混合。

簡(jiǎn)易加料裝置(見圖6)同樣需要通過煙氣湍流作用進(jìn)行氣固混合，需要較長(zhǎng)的混合吸附段，在鋁電解煙氣凈化系統(tǒng)中，最初的混合吸附反應(yīng)時(shí)間設(shè)計(jì)為2 s。設(shè)備可以設(shè)置在垂直管段上，但更多設(shè)置在水平管段上，水平直管段過長(zhǎng)時(shí)，由于重力作用，物料基本集中在管路管道的底部1/3高度處，但氣固混合并不均勻。對(duì)于凈化效率要求很高的凈化系統(tǒng)，該凈化加料方式并不可取。

圖6 簡(jiǎn)易加料裝置

3 無動(dòng)力自離散加料技術(shù)

無動(dòng)力自離散加料技術(shù)是在重力逆流噴射加料反應(yīng)器的基礎(chǔ)上發(fā)展的新型反應(yīng)器，取消了加料反應(yīng)器供風(fēng)系統(tǒng)，保留糾偏、回流功能及相關(guān)部件，同時(shí)增加了設(shè)備旋轉(zhuǎn)離散功能。該設(shè)備將回流圓盤做成可旋轉(zhuǎn)部件，同時(shí)在回流圓盤外側(cè)等分增加葉片，葉片帶有一定同方向角度，當(dāng)煙氣通過加料反應(yīng)器時(shí)，煙氣對(duì)葉片產(chǎn)生推動(dòng)力，葉片帶動(dòng)回流圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)，回流圓盤帶動(dòng)上方的氧化鋁旋轉(zhuǎn)，氧化鋁在離心慣性力作用下，被“甩”入到管路系統(tǒng)中的煙氣中。

分別進(jìn)行了2、3、4、6片葉片對(duì)比試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果6片葉片轉(zhuǎn)動(dòng)速度過快，且軸承受力較大；2片葉片轉(zhuǎn)動(dòng)速度較慢，加料不能正常運(yùn)行；4片葉片配置旋轉(zhuǎn)平衡穩(wěn)定性較差；3片葉片為設(shè)備最佳組合，該加料方式實(shí)現(xiàn)了物料與煙氣“主動(dòng)”混合的目標(biāo)(見圖7)，并實(shí)現(xiàn)了粉塵與煙氣的均勻混合，混合檢測(cè)結(jié)果見表2。

表2中數(shù)據(jù)顯示：粉塵不均勻性偏差最大為6.49%，實(shí)現(xiàn)了偏差<10%的目標(biāo)。

無動(dòng)力自離散加料反應(yīng)器與其他加料設(shè)備相比，由于增加了葉片、轉(zhuǎn)動(dòng)的回流盤、軸承等運(yùn)動(dòng)部

圖7 無動(dòng)力自離散加料反應(yīng)器加料效果

表2無動(dòng)力加料反應(yīng)器加料混合粉塵濃度實(shí)測(cè)表

單位2#采樣點(diǎn)3#采樣點(diǎn)4#采樣點(diǎn)5#采樣點(diǎn)平均值標(biāo)況體積L22.422.322.422.622.522.522.622.522.5煙氣溫度℃242424242424242424采樣嘴直徑mm666666666采時(shí)min555555555塵重g1.63471.73191.55651.58321.67921.77131.59381.74051.6614煙塵濃度mg/m372977.777663.769486.670053.174631.178724.470522.177355.673926.8煙塵濃度偏差率%-1.285.05-6.01-5.240.956.49-4.614.64

件，設(shè)備制造要求更高，同時(shí)維修維護(hù)工作量增加。另外，工作環(huán)境使軸承的設(shè)計(jì)、選擇制造要求更高。

4 結(jié)語

以往的加料混合方式大多為依靠煙氣湍流作用進(jìn)行氣固混合的“被動(dòng)”混合方式，混合過程不可控，混合效果較差，凈化效率較低。后期開發(fā)的加料混合設(shè)備為可控的物料“主動(dòng)”與煙氣混合的方式，氣固混合更加均勻，凈化效率更高，但需要增加外部動(dòng)力，產(chǎn)生相應(yīng)能耗，導(dǎo)致凈化系統(tǒng)總能耗升高。無動(dòng)力加料反應(yīng)器雖然利用煙氣本身的動(dòng)力，系統(tǒng)不需要增加額外的動(dòng)力設(shè)施，但軸承選擇及設(shè)計(jì)要求較高，設(shè)備維修維護(hù)工作量較大。新型加料反應(yīng)器的開發(fā)，不僅要提高混合效果，而且還要減少設(shè)備能耗，提高制作水平，減少維修維護(hù)工作量。

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Analysis of charging mode of off-gas dry cleaning system

DENG Xiang

This paper briefly introduces all kinds of charging modes of the offgas dry cleaning system. In case of “feeding” or “injecting” mode of charging, the material is mixed with offgas only by the offgas turbulent effect, so the mixing effect is poor and gas-solid is mixed unevenly, mixing effect of injecting mode is favorable, but it requires additional energy consumption and is adverse to the system’s energy conservation and emission reduction. Unpowered charging reactor is an innovative technology, in which the blade and feeding disk is pushed to rotate by offgas kinetic energy to fulfill feed. No additional energy consumption is required and the feeding is more evenly, which is in line with the national policy and market demand.

offgas dry cleaning; mixing; uniform; turbulent; backflow; inertia force

鄧 翔(1973—)，男，湖南寧鄉(xiāng)人，碩士，教授級(jí)高級(jí)工程師，主要研究方向：工業(yè)廢氣污染治理。

2016-06-22

1672-6103(2016)05-0059-04

B [文章編號(hào)] 1672-6103(2016)05-0059-04

TF821; TF805.3 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼] B [文章編號(hào)] 1672-6103(2016)05-0059-04