半干法循環流態化脫硫除塵一體化裝置研究

董永昌 何龍偉 梁松樹

摘 要：隨著煙氣污染控制技術的不斷發展，煙氣與SO2的協同去除技術，乃至兼顧效率和經濟性的綜合工藝，受到了研究者和用戶的廣泛關注。本文參考新型脫硫除塵一體化裝置進行設計，實驗裝置希望能夠探討在適宜的表觀速度下使反應器各個部位均能獲得較好的氣固混合效果，可使脫硫劑與煙氣充分接觸，從而獲得好的脫硫效果。

關鍵詞：除塵;脫硫;一體化裝置

中圖分類號：TK229 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2020）13-0065-02

1研究背景

燃煤污染物的排放對人類健康和生態環境都有著嚴重的影響。煙氣污染控制技術是解決燃煤污染的有效途徑。隨著煙氣污染控制技術的不斷發展，煙氣與SO2的協同去除技術，乃至兼顧效率和經濟性的綜合工藝，受到了研究者和用戶的廣泛關注。在傳統半干法煙氣脫硫裝置的基礎上開發的一體化脫硫除塵裝置具有強大的技術優勢。

脫硫除塵一體化中試實驗裝置是以流態化技術，氣固非均一系混合技術為理論基礎，參考新型脫硫除塵一體化裝置進行設計的，實驗裝置希望能夠探討在適宜的表觀速度下使反應器各個部位均能獲得較好的氣固混合效果，可使脫硫劑與煙氣充分接觸，從而獲得好的脫硫效果。

2試驗系統介紹

模擬脫硫裝置實驗系統主要由除塵引風系統、物料回送系統、反應器三個子系統組成。流化風從塔底部進入，經文丘里段加速，攜帶從喂料口送進的物料向上運動至反應器頂部，部分物料被槽型分離器分離下來回落到塔內參與內循環，其余被氣流從反應器出口攜帶出去，首先進入百葉窗進行預分離，一部分顆粒通過慣性分離回送至料倉，剩余的顆粒被布袋除塵器分離下來落入到下面的料倉內，由星型卸料閥回送到料倉內，料倉中的物料以某一給定的給料量送入塔內進行循環。

2.1 反應器

反應器主要由入口段、文丘里段、反應器主體、出口結構四部分構成。為了保證入口段流速測量的準確性，入口段長1500mm;文丘里段形成高速噴動，喉口段邊長114mm，擴口段邊長228mm，錐形角45°;反應器主體高為6500mm，塔主體橫截面228mm×228mm，設計塔內流速8m/s，反應器主體對面為鋼化玻璃以便于觀察塔內流動情況;出口采取強約束的平直結構以增強顆粒返混。

2.2 物料回送系統

回料系統用于將百葉窗分離器和袋式除塵器分離的物料返回塔內，形成穩定的外部循環，它由布袋除塵器下星型卸料閥、料倉、螺旋輸送機等部分組成。星型卸料閥用于把布袋除塵器料倉里面的物料回送到料倉里面;料倉尺寸是550mm×550mm×450mm，它的前后兩面貼的是玻璃，便于觀察兩分離器分離的料量及物料在料倉內的堆積流動情況。運行時候料倉內的物料足夠多，可防止自給粉現象。螺旋輸送機是由鎮江金燦機械有限公司生產，進出口徑120mm，設計給料量1500kg/h，使用時，需要重新標定。給料機由變頻器控制，變頻調節范圍10 Hz～50Hz。

2.3 除塵引風系統

（1）百葉窗慣性分離器：百葉窗分離器和布袋除塵器分離下的物料送回塔內，形成穩定的外循環，它由布袋除塵器下星型卸料閥、料倉、螺旋輸送機等部分組成。

（2）布袋除塵器：試驗臺使用的布袋除塵器是由山東威海正大環保有限公司生產，除塵效率99.9%，過濾面積26m2。袋式過濾機采用人造纖維、棉和毛氈等加工的濾料進行過濾。表面蓬松的濾料約為5μm～10μm，濾料本身網孔較大，一般為20μm～50μm，所以新型濾料的除塵效率不高。濾料使用一段時間后，由于擴散、篩分、靜電、碰撞、滯留等原理，在濾袋的表面積上聚集了一層灰塵（這層灰塵稱為初級灰塵）。

（3）引風機：本文采用九州普惠公司生產的離心式引風機。風機額定流量3500m3/h～5200 m3/h，總壓7000Pa～9000Pa，電機功率18.5kW，電機轉速2900r/min。引風機風量在69M/s～9M/s范圍內滿足塔內表觀風速的調節，系統反應器和管道均為負壓。

3試驗物料

參考前人對脫硫塔內流動特性研究時顆粒粒徑的種類及粒徑的選擇范圍，本文采用70～140目的石英砂，石英砂粒徑分布如表1所示。

4測量方法

4.1 風量測量方法

動壓法是最古老、應用最廣泛的流量或速度測量方法之一。根據伯努利定律，通過測量流體流動過程中產生的總壓與靜壓之差來測量流量或流量。

靠背管測量的速度是測量段所在點的速度，而不是平均速度。所以，在測量管道內流體流量時，必須根據具體情況確定測量點的位置。理論和實踐都證明，距管中心0.707R（R為管半徑）處的速度等于截面上的平均速度。在圓管內紊流情況下，如果達到充分發展的紊流，即直管段大于管直徑的50倍，則距管中心0.762R處的流速近似等于試驗中的平均流速，通過實驗總結了湍流速度分布的指數規律。

通過實驗可以得到：隨著Re數增加，n在1/6～1/10之間變化，表2展示了Re、n和V/Vmax之間的關系。

4.2 壓力測量方法

實驗中，采用背管測量含塵氣固兩相流的壓力，并用數字微壓計讀取壓力值。靠背管在使用前需要進行校準，以確定其動態壓力校正系數。

由于脈動壓力變化很快，必須使用靈敏度高、慣性小的傳感器進行測量。壓力傳感器將瞬態動態壓力轉換成電信號，通過電信號的放大和轉換，對輸入計算機進行分析處理后輸出。

4.3 顆粒濃度測量技術

（1）快速取樣法。將采樣器插入流化床中，突然關閉一定空間獲得固體顆粒，然后將采樣器從流化床中取出，打開封閉空間，對采集到的顆粒質量進行稱重。根據封閉空間的體積，可以得到顆粒濃度。

（2）壓差法。通過壓差傳感器，在循環流化床中測量兩個相鄰點之間的壓差。當氣體完全懸浮時，忽略了固體的加速度和壁面的摩擦損失，因此某一段床層的壓力梯度近似等于固體重量與其單位面積浮力之差。該方法簡單有效，設備結構簡單，安裝操作方便，不干擾流場，它廣泛應用于循環流態化的研究。

（3）光纖探頭測量技術。光纖探頭的工作原理是將光投射到粒子群上。粒子濃度可以通過檢測從粒子簇（反射探針）反射的光的強度或通過粒子簇（傳輸探針）的光的強度來測量。轉移式探頭只能測量小于0.25的顆粒濃度，反射式探頭應用范圍更廣，在固定床上也適用。

4.4 壓力測量方法

實驗過程中，百葉窗的卸料口不再和料倉連接，而是用一個密封的管子套在上面，每次加入15kg物料以一定參數運行，百葉窗分離的物料落到密封的管子里面，未被除下的顆粒被攜帶到布袋除塵器，它下面的星型卸料閥處于關閉狀態，物料落到布袋自身的料倉內，試驗結束后百葉窗卸料口收集的物料量是m，然后便可計算分離效率。

4.5 粒徑分布測量方法

每次試驗完成后從百葉窗分離的物料中取樣0.5kg，篩分粒徑的篩子分別是97μm、120μm、150μm、180μm、250μm，對于同一個樣每篩1min～2min后放到電子秤上稱重，每相鄰兩次的重量的相對誤差小于3%時停止篩分。

根據不同工況下的樣品在不同的粒徑范圍內的質份額量繪制出顆粒粒徑分布圖。

5結論

本文參考新型脫硫除塵一體化裝置進行設計的，實驗裝置希望能夠探討在適宜的表觀速度下使反應器各個部位均能獲得較好的氣固混合效果，可使脫硫劑與煙氣充分接觸，從而獲得好的脫硫效果。

Abstract：With the continuous development of flue gas pollution control technology， the collaborative removal technology of flue gas and SO2， and even the comprehensive process that takes into account efficiency and economy， has received extensive attention from researchers and users.This article is designed with reference to a new integrated desulfurization and dust removal device. The experimental device hopes to explore that all parts of the reactor can achieve better gas-solid mixing effects at a suitable superficial velocity， so that the desulfurizer can fully contact the flue gas.So as to obtain a good desulfurization effect.

Key words：dust removal;desulfurization;integrated device

收稿日期：2020-05-06

作者簡介：董永昌（1984—），男，河南開封人，碩士研究生，工程師，研究方向：電站鍋爐定期檢驗、監督檢驗。