濕法煙氣脫硫塔湍流提效裝置的阻力特性研究

劉寧

摘 要：隨著煙氣排放標(biāo)準(zhǔn)的提高，現(xiàn)有的濕法脫硫系統(tǒng)需要進(jìn)行提效改造。該文試驗(yàn)研究了脫硫塔湍流提效裝置的阻力特性，探討了氣流速度、液氣比、湍流裝置結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)湍流裝置阻力特性的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，隨著氣流速度和液氣比的提高，湍流層阻力增加，而隨著水平間距和垂直間距的增加，阻力有所下降。在試驗(yàn)條件下，湍流裝置的阻力可控制在600Pa以下。

關(guān)鍵詞：濕法煙氣脫硫 湍流裝置 阻力 試驗(yàn)研究

中圖分類(lèi)號(hào)：X701.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）09（a）-0085-03

20世紀(jì)70年代，濕法煙氣脫硫裝置誕生[1]，但裝置本身存在易堵塞等問(wèn)題，且綜合效率低。直到20世紀(jì)80年代，日趨嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)促使了脫硫技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和推廣[2]。濕法煙氣脫硫的主要工藝方法是石灰石/石膏法[3]，現(xiàn)階段該技術(shù)以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)得到進(jìn)一步改善和提高，并得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用[4]。

目前，濕法煙氣脫硫技術(shù)是煙氣脫硫工藝中應(yīng)用比較廣泛的脫硫技術(shù)[5]?，F(xiàn)階段改善脫硫工藝[6]，提高脫硫效率是主要課題。而塔內(nèi)阻力是系統(tǒng)的主要因素，其特性研究直接設(shè)計(jì)系統(tǒng)輔助設(shè)備的選型以及系統(tǒng)運(yùn)行狀況[7]。因此，阻力特性的研究對(duì)湍流式噴淋塔的設(shè)計(jì)及運(yùn)行有很重要的意義[8]。文章采用空氣-水介質(zhì)進(jìn)行試驗(yàn)，探究煙氣脫硫塔中湍流裝置阻力特性的影響因素和規(guī)律。

1 試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)內(nèi)容

1.1 試驗(yàn)裝置

試驗(yàn)吸收塔如圖1所示，塔直徑為1.0 m，總高度為3.4 m，塔內(nèi)設(shè)置有湍流層、5層噴淋及二級(jí)除霧器；湍流層由兩排圓管交錯(cuò)排列而成，通過(guò)設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)拇怪遍g距和水平間距來(lái)實(shí)現(xiàn)氣液的湍流。試驗(yàn)時(shí)，水從塔體上方五層噴淋層噴下，至塔底集液池；氣體從塔體下部煙道進(jìn)入塔體，在湍流層處與液體逆向流動(dòng)充分接觸，經(jīng)噴淋層及塔體除霧器后排空。

1.2 測(cè)試方法

氣流速度采用型號(hào)MP120的風(fēng)速儀進(jìn)行測(cè)定；液體流量采用電磁流量計(jì)直接進(jìn)行控制，每層噴淋布置一臺(tái)電磁流量計(jì)，型號(hào)為L(zhǎng)DB-100L-H2F012；湍流層上下阻力參數(shù)采用U型管壓力計(jì)及數(shù)顯壓力速度測(cè)定儀測(cè)量，實(shí)驗(yàn)過(guò)程對(duì)塔內(nèi)湍流層裝置進(jìn)口、湍流裝置出口兩個(gè)斷面的氣體壓力進(jìn)行測(cè)定。

1.3 試驗(yàn)參數(shù)

試驗(yàn)工況參數(shù)為：氣流速度為2～4.0 m/s，實(shí)驗(yàn)流量范圍為0～350 m3/h，湍流裝置水平和垂直間距為0.08～0.13 m。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 氣速對(duì)阻力特性的影響

噴淋量一定時(shí)，改變氣流速度，得到氣體流速與湍流層壓降關(guān)系的曲線，同時(shí)改變湍流層結(jié)構(gòu)的垂直間距（垂直間距B>A），得到不同的關(guān)系曲線。試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

由圖2可見(jiàn)，液體噴淋量一定時(shí)，湍流層壓降隨著氣速的增加而增加。這是因?yàn)殡S著氣速的增大，氣體分子之間的碰撞加劇，同時(shí)氣液兩相之間的摩擦增大，導(dǎo)致湍流層阻力增大。試驗(yàn)條件下，湍流層阻力最小為110 Pa，隨著噴淋量和氣流速度的增加，湍流層阻力也隨之增大，最大能達(dá)到620 Pa；隨著液體量的增加，氣流速度對(duì)湍流層壓降的影響較小。液體噴淋量較小時(shí)，同時(shí)氣體流速較小，特別是小于臨界氣體流速時(shí)，湍流層處于穩(wěn)定狀態(tài)，氣體流速增加，湍流層壓降迅速增加；當(dāng)氣體流速大于臨界氣體流速時(shí)，湍流層出現(xiàn)劇烈震動(dòng)，氣體流速對(duì)壓降影響較小，此時(shí)液體的噴淋量是主要因素，故而氣體流速增加時(shí)，湍流層壓降變化不大。

2.2 液氣比對(duì)阻力特性的影響

氣流速度一定時(shí)，改變液氣比，得到液氣比對(duì)湍流層壓降的影響。同時(shí)改變湍流層結(jié)構(gòu)的垂直間距（垂直間距B>A），得到不同的關(guān)系曲線。試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。湍流層阻力最小為110 Pa，最大能達(dá)到620 Pa。在氣量不變的情況下，液氣比增加與噴淋量增加是一樣的，這就意味著單位體積內(nèi)噴淋液體量與湍流層的接觸增加，單位體積內(nèi)湍流層持液量增加，湍流層壓降增加。高的氣體流速與低的氣體流速相比，液氣比的增加對(duì)湍流層阻力的增幅增加。這主要是因?yàn)樵谝簹獗认鄬?duì)固定時(shí)高的氣體流速對(duì)應(yīng)著大的噴淋量，雖然湍流層單位體積內(nèi)氣液接觸頻繁，但湍流層表面液膜厚度不再變化。在實(shí)際的濕法脫硫工藝中，增加液氣比確實(shí)能增加氣液接觸，提高脫硫效率，但高液氣比意味著阻力更大，增加設(shè)備成本。

2.3 水平間距對(duì)阻力特性的影響

垂直間距一定，且氣流速度及噴淋量一定時(shí)，水平間距（水平間距C>B>A）與湍流層阻力的關(guān)系。（見(jiàn)圖4）

由圖4可知，在不同的氣速條件下，湍流層阻力隨水平間距的變化規(guī)律相同。在同一氣體流速、液氣比條件下，隨著水平間距的減小，湍流層的壓降增加。湍流層阻力最小為310 Pa，最大能達(dá)到720 Pa。這是因?yàn)樵跉怏w流速、液氣比一定時(shí)，噴淋層的噴淋量一定，從而湍流層上的持液量一定，隨著水平間距或垂直間距的減小，湍流層孔隙率變小，對(duì)氣流造成的阻力增大，最后表現(xiàn)為湍流層壓降增加。

2.4 垂直間距對(duì)阻力特性的影響

水平間距一定，且氣流速度及噴淋量一定時(shí)，得到垂直間距（垂直間距C>B>A）與湍流層阻力的關(guān)系。（見(jiàn)圖5）

由圖5可知，在不同的氣速條件下，湍流層阻力隨垂直間距的變化規(guī)律相同。在同一氣體流速、液氣比條件下，隨著垂直間距的減小，湍流層的壓降增加。湍流層阻力最小為260 Pa，最大能達(dá)到650 Pa。這是因?yàn)樵跉怏w流速、液氣比一定時(shí)，噴淋層的噴淋量一定，從而湍流層上的持液量一定，隨著水平間距或垂直間距的減小，湍流層孔隙率變小，對(duì)氣流造成的阻力增大，最后表現(xiàn)為湍流層壓降增加。

3 結(jié)語(yǔ)

（1）隨著氣體流速、液氣比的增加，湍流層阻力增加。在噴淋條件下，氣體流速對(duì)湍流層阻力的影響減弱。

（2）隨著垂直間距和水平間距的增加，湍流層孔隙率增加，湍流層阻力降低。

（3）試驗(yàn)條件下，湍流層阻力最小為110 Pa，最大達(dá)到730 Pa。通過(guò)改變湍流裝置結(jié)構(gòu)參數(shù)，其阻力可控制在600 Pa以下。

參考文獻(xiàn)

[1] 肖辰暢，李彩亭，崔簫，等.濕法煙氣脫硫技術(shù)存在的問(wèn)題及對(duì)策[J].江蘇環(huán)境科技，2005，18（1）：7-9.

[2] 王惠挺，鐘毅，高翔，等.濕法煙氣脫硫篩板式噴淋塔阻力特性的試驗(yàn)研究[J].動(dòng)力工程，2009，29（11）：1047-1050.

[3] 孔華，高翔，呂同波，等.湍流式濕法除塵脫硫裝置試驗(yàn)研究及工業(yè)性應(yīng)用[J].燃燒科學(xué)與技術(shù)，2001（4）：261-263.

[4] 程峰，高翔，駱仲泱，等.湍流式濕法煙氣脫硫除塵技術(shù)的試驗(yàn)研究及工程應(yīng)用[J].熱力發(fā)電，2002（6）：37-39.

[5] 王淑勤，胡滿銀，高香林.湍球塔阻力特性的冷態(tài)試驗(yàn)研究[J].華北電力大學(xué)學(xué)報(bào)，1997（1）：74-78.

[6] 陸建榮，王助良，劉強(qiáng)，等.多孔球三相流化床流動(dòng)特性的研究[J].工業(yè)鍋爐，2006（5）：4-7.

[7] 廖強(qiáng)，陳蓉，朱恂.規(guī)則結(jié)構(gòu)多孔填料床兩相流動(dòng)特性實(shí)驗(yàn)研究[Z].上海：2002：405-408.

[8] 王雪.基于復(fù)合噴動(dòng)煙氣凈化工藝的反應(yīng)塔流動(dòng)特性研究[D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2009.