赤泥烟气脱硫生产工艺中循环泵入口处滤网的设计.pdf

第6 2 卷第3 期 2 0l0 年8 月 有色金属 N o n f e t r o t l 8M e t a l s V o k6 2 ，N o ．3 A u g ．2010 赤泥烟气脱硫生产工艺中循环泵人口处滤网的设计 杨国俊1 ，张文帅2 ，李威1 ，杨超琪1 1 ．北京科技大学，北京1 0 0 0 8 3 ；2 ．中国有色金属工业协会，北京1 0 0 8 1 4 摘 要吸收塔是赤泥烟气脱硫工艺中的核心设备，在维护吸收塔正常、稳定、高效运行的因素中，喷嘴和循环泵是两个至关 重要的设备。为了防止喷嘴堵塞以及循环泵叶轮受损在循环泵人E l 处加设滤网，以保证浆液均匀、连续、稳定的喷淋。根据滤网 的运行环境，充分考虑滤网的材质、结构等方面的设计要求，综合考虑防腐、耐温性能，强度、韧性以及成本等诸多因素，滤网材质 选用玻璃钢 F R P 。滤网可以采用典型的柱形结构，也可根据实际需要采用半球形结构。确定滤网开孔的直径以2 0 r a m 左右为 宜，可有效过滤杂质，防止堵塞，而滤网的有效过滤面积取浆液循环泵口截面面积的2 ．5 倍。 关键词环境工程；赤泥烟气脱硫；滤网设计；吸收 中图分类号X T 0 1 ．3文献标识码A文章编号1 0 0 1 0 2 1 1 2 0 1 0 0 3 0 1 5 2 0 4 随着现代社会工业化的进展，化石燃料被大量 使用，导致的直接结果就是对环境造成巨大的影响。 在中国的大气污染中，二氧化硫是首要的污染物，燃 煤造成的二氧化硫是主要的污染物来源⋯。因此， 研究烟气脱硫技术就显得特别重要。石灰石湿法烟 气脱硫工艺是目前世界上应用最广、技术最成熟的 方法，它以石灰石或石灰的浆液作为吸收剂来进行 烟气脱硫。。 目前，一些特殊行业，尤其是氧化铝厂，用拜耳 法生产氧化铝后会产生大量的赤泥副产物，对生态 环境造成一定影响。由于赤泥具有富碱性，作为 S O 废气的脱硫剂、吸收剂，既可解决生态环境问 题“ ““，又可实现工业废弃物的资源化利用，达到 “以废治废、变废为宝、综合利用”的目的，实现经济 利益和环境效益的双丰收。 在赤泥烟气脱硫过程中，核心的脱硫设备是吸 收塔。目前工业生产中应用最多的是喷淋式吸收 塔。工作时，赤泥浆液通过设置于塔上部喷淋管的 浆液喷嘴喷洒形成细小雾滴，与自下而上的烟气进 行充分接触、反应，以实现脱硫的目的。 根据晋北铝业工业实验现场采集的数据，赤泥 样本的粒径集中在0 ．5 I z m 左右，相较于石灰石颗 粒，赤泥的粒径更小，引起喷嘴堵塞的几率就更小。 事实上，当浆液中固体颗粒的粒径在1 0 0 1 z m 以下， 基本就不会引起喷嘴堵塞。 收稿日期2 0 0 9 1 1 2 3 作者简介杨国俊 1 9 6 7 一 ，男，内蒙古赤峰市人，教授级高工。博 士，主要从事冶金与环境工程等方面的研究。 实际工程中，由于赤泥不够洁净或因检修安装 和运行等原因导致检修工具、焊渣焊丝、鳞片等杂物 进入吸收塔浆池中，导致浆液喷嘴堵塞甚至损伤浆 液循环泵叶轮。为了保护这两个对于保证脱硫效率 十分关键的设备，通常在浆液循环泵入口处加设滤 网，以保证浆液均匀、连续、稳定的喷淋。 循环泵入口处安装滤网的作用是明显的，可以 有效防止来自吸收塔内部各种异物进入循环泵，有 效防止赤泥浆液中的杂物堵塞喷嘴，起到保护喷嘴 和循环泵的作用。然而，如果在运行的过程中，滤网 堵塞，反而会造成浆液循环泵汽化，造成设备损坏。 因此，一定要定期对滤网进行清洗，保证滤网的正常 工作。 1 滤网的运行环境 目前，循环泵入口处的滤网一般采用内置式，即 将滤网整个泡在浆液中。因为目前以赤泥作为吸收 剂进行烟气脱硫的设备较少，根据晋北铝业一个以 赤泥作为吸收剂的已执行项目所提供的数据，其浆 液条件如表1 所示。 表1 吸收塔项目的浆液条件 T a b l e1 S l u r r yp r o p e r t i e si na b s o r p t i o nt o w e rp r o j e c t 糊℃p H 成分铆％ 0 ， m 黏度P a ．／s 水7 5 石膏 2 2 ．8 2 5 24 ．5 6碳酸钙0 ．3 71 2 1 5 2 其他固体颗粒 1 ．8 可溶性盐类4 ．7 8 除表中列出的主要成分外，浆液中还有亚硫酸、 万方数据 第3 期杨国俊等赤泥烟气脱硫生产工艺中循环泵人1 3 处滤网的设计 1 5 3 氢氟酸等强腐蚀介质。为防止浆液沉淀、促进氧化 空气的散布，吸收塔浆液池设有搅拌器，翻腾的浆液 会对滤网形成一定的撞击和冲刷。 因此，综合以上因素，浆液循环泵人口滤网材质 要有足够强度、足够耐腐蚀性和抗磨蚀能力。 2 滤网材质的选择 综合分析市面上的各种材料，只有三种材料的 性能能基本满足要求，分别是合金、玻璃钢 F R P 和 聚丙烯或增强聚丙烯 P P 或R P P 。 这三种主要材料的各方面性能对比如表2 所 示。由表2 可知，合金的综合性能最好，但为满足防 腐要求，须选用6 ％M o 或以上等级合金，致成本太 高。玻璃钢防腐及耐温性能均能满足滤网使用要 求，虽然其强度及韧性不如金属材料，但可以通过增 加滤网厚度和设置加强筋的方法来提高滤网强度。 综合考虑防腐、耐温性能，强度、韧性以及成本等诸 多因素，决定喷淋塔滤网采用了F R P 制作。 表2 主要滤网材料性能对比 T a b l e2P e r f o r m a n c ec o n t r a s to fm a i nf i l t e rm a t e r i a l s 3滤网的结构形式 3 ．1 滤网开孔尺寸 图1 所示为鲁能公司提供的喷淋塔浆液喷嘴参 考模型。喷嘴全部采用螺旋式中空结构，喷嘴螺旋 缝隙为2 5 m m 。因此将滤网开孔直径定为2 0 m m ，可 有效过滤粒径大于2 0 r a m 的杂质，防止喷嘴堵塞。 3 ．2 滤网流通面积 对于永久性管道过滤器，有效过滤面积通常要 求为管道截面积的3 倍以上，但当过滤流体中杂质 含量不多时，可适当降低要求。如前所述，吸收塔浆 液赤泥颗粒粒径主要集中在0 ．5 p L m 左右，正常情况 下浆液喷嘴不会堵塞。只有在安装质量不高，检修 后未及时清除杂质，吸收塔防腐制作质量差等少数 情况下，浆池中才会出现大的杂物，所以滤网有效过 滤面积可适当降低。 图1 螺旋喷嘴 F i g ．1S p i r a lN o z z l e ● 另外，吸收塔循环浆液黏度约1 ．1 m P a s ，在此 黏度下如流过滤网网孔的浆液速度过慢，即流通面 积过大，容易造成赤泥粘结在网孑L 上，致使网孔变小 或堵塞。因此，对于玻璃钢滤网有效过滤面积取浆 液循环泵口截面的2 ．5 倍。 3 ．3 滤网的结构特点 滤网作为循环泵人口处的过滤装置，浆液通过 网孔时会有一定的阻力，对滤网形成一定的外压，被 搅拌器搅拌的浆液也会对滤网形成一定的撞击和冲 刷。因此，滤网设计时应遵循结构型式受力好、易于 加工和拆装方便三大原则。． 图2 为常用滤网的结构简图，其外形为半圆柱 形，通过矩形法兰与塔壁连接。 3 ．4 滤网设计中的几个问题 严一一十一j L√ 图2 典型滤网的结构 F i g ．2 S t r u c t u r eo ft y p i c a lf i l t e r s 图2 所示的滤网运行时，承受过滤阻力，可按受 外压圆筒考虑，因需承受浆液撞击和冲刷，滤网厚度 应有一定余量。对外压圆筒，直径小，耐外压能力 好。因此式滤网直径不宜过大，一般选取滤网的高 万方数据 1 5 4 有色金属第6 2 卷 径比为1 ．6 1 ．8 为宜。可通过高度方向设置加强 环筋的方式来降低滤网厚度，以降低成本。 为防止上部端盖浆液沉淀堆积，对端盖形成过 大压力，将端盖做成斜盖。为保证滤网下部有足够 的安装空间，将滤网下端盖也做成斜盖。为便于安 装，滤网下端距吸收塔底距离不应小于5 0 0 r a m 。为 了便于检修和更换，滤网应能从塔底部入孔装入，如 滤网过大，可将滤网分段。 4设计优化 对于一般的滤网，采用典型滤网即可达到要求， 但是可以在此基础上进行优化。最可靠的方法就是 将典型的柱形薄壳改成半球形薄壳。 对F R P 材质的滤网，最关键问题是强度，而半 球形薄壳比柱形薄壳耐压能力要好得多，也就是说， 在相同耐压要求下，球形薄壳可做得薄些，从而可节 省材料，降低成本。同时滤网多数采用手工制作，没 有金属球壳冲压困难的问题。因此，循环泵入口滤 网尝试采用了半球形滤网，其形式如图3 所示。 球形滤网的缺点是网孔的均匀性不如柱形滤 网。目前，大多数滤网生产厂家均采用滤网整体成 型后，机械钻孔方式制孔，此种制孔方式容易造成滤 网产生微裂纹以及网孑L 边缘分层问题，致使滤网钻 参考文献 孑L 后强度降低较多。所以，需要根据工程实际，选择 合适、合理的滤网结构，因地制宜，才能实现投入产 出的最大化。 窬． ～ 』 乃．． ‘≮＆| - 图3 半球形滤网 F i ．3 S c h e m eo fh e m i s p h e r i c a lf i l t e r 5结论 根据滤网的运行环境，充分考虑滤网的材质、结 构等方面的设计要求，综合考虑防腐、耐温性能，强 度、韧性以及成本等诸多因素，滤网材质选用玻璃钢 F R P 。滤网可以采用典型的柱形结构，也可根据 实际需要采用半球形结构。确定滤网开孔的直径以 2 0 r a m 左右为宜，可有效过滤杂质，防止堵塞，而滤 网有效过滤面积取浆液循环泵口截面积的2 ．5 倍。 [ 1 】戚焕岭．氧化铝赤泥处置方式浅谈[ J ] ．有色冶金设计与研究，2 0 0 7 ，2 8 2 3 1 2 2 1 2 5 ． [ 2 ] 陈义．拜耳赤泥吸收二氧化硫的研究[ D ] ．贵阳贵州大学，2 0 0 6 1 0 1 5 ． [ 3 ] 郭东明．硫氮污染防治工程技术及其应用[ M ] ．北京化学工业出版社，2 0 0 1 1 7 ． [ 4 ] 陈云嫩，聂锦霞．赤泥附液吸收烟气中的二氧化硫[ J ] ．有色金属，2 0 0 7 ，5 9 4 1 5 4 1 5 5 ． [ 5 ] 杨绍文，曹耀华，李清．氧化铝生产赤泥的综合利用现状及进展[ J ] ．矿产保护与利用，1 9 9 9 ， 6 4 6 4 9 ． [ 6 ] 李抚立．氧化铝生产的外排赤泥用于燃煤脱硫的可行性浅析[ J ] ．有色冶金节能，2 0 0 3 ，2 0 5 2 4 2 6 ． [ 7 ] 吴忠标，谭天恩．石灰浆滴脱硫一干燥关系的模型研究[ J ] ．高校化学工程学报，1 9 9 3 ，7 2 1 3 6 一1 4 3 ． [ 8 ] 刘英华，刘启贞，徐建林．燃煤电厂烟气脱硫设施脱硫效率计算方法的[ J ] ．能源环境保护，2 0 0 8 ，2 2 6 4 9 5 1 ． [ 9 ] 王成刚．电厂烟气脱硫技术研究[ J ] ．江西化S I - ．．2 0 0 8 ， 4 4 4 4 5 ． [ 1 0 ] 肖辰畅，李彩亭，崔箫．湿法烟气脱硫技术存在的问题及对策[ J ] ．江苏环境科技，2 0 0 5 ，1 8 1 7 9 ． [ 11 ] B e k i rZ u h t uU y s a l ，l n c iA k s a h i n ，H a y r e t t i nY u c e l ．S o r p t i o no fs u l f u rd i o x i d eo nm e t a lo x i d e si naf l u i d i z e db e d [ J ] ．1 E C R e s e a r c h ，2 0 0 2 ，2 7 3 4 3 3 4 3 9 ． [ 1 2 ] E l i s a b e t t aF o i s ，A r i t o n i oL a l l a i ，G i a m p a o l oM u r a ．S u l f u rd i o x i d ea b s o r p t i o ni nab u b b l i n gr e a c t o rw i t hs u s p e n s i o n so fb a y e rr e d m u d [ J 1 ．I E CR e s e a r c h ，2 0 0 7 ，4 6 2 1 6 7 7 0 6 7 7 6 ． [ 1 3 ] C o n t r o lo fs u l f u ro x i d e s ．I n N e v e r sND ．A i rP o l l u t i o nC o n t r o lE n g i n e e r i n g ．M c G r a w H i l l ，I n c ．1 9 9 5 万方数据 第3 期 杨国俊等赤泥烟气脱硫生产工艺中循环泵入口处滤网的设计 1 5 5 F i l t e rD e s i g na tF l u eG a sC i r c u l a t i n gP u m pE n t r a n c ei nD e s u f f u r i z a t i o nP r o c e s sw i t hR e dM u d Y A N GG u o - j u n ’，Z H A N GW e n ．s h u a i 2 ，L IW e i l ，Y A N GC h a o q i l 1 ．U n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g yB e i j i n g ，B e i j i n g1 0 0 0 8 3 ； 2 ．C h i n aN o n f e r r o u sM e t a l sI n d u s t r i a lA s s o c i a t i o n ，B e i f i n g1 0 0 81 4 A b s t r a c t A b s o r D t i o nt o w e ri sac o r ee q u i p m e n ti nt h ef l u eg a sd e s u l f u r i z a t i o np r o c e s sw i t hr e dm u d ．T h en o z z l e a n d c i r e u l a t i n gp u m pa r et w oe s s e n t i a lp a r t sa m o n g a l lt h ef a c t o r st om a i n t a i nn o r m a l ，s t a b l ea n de f f i c i e n to p e r a t i o no f t h ea b s o r p t i o nt o w e r ． I no r d e rt op r e v e n tn o z z l ef r o mc l o g g i n ga n dt h ec i r c u l a t i n gp u m pi m p e l l e rf r o md a m a g i n g ，i t i sa d v i s e dt oi n s t a l lt h ef i l t e ra tt h ee n t r a n c eo ft h ec i r c u l a t i n gp u m pt o e n s u r et h eu n i f o r m ，c o n t i n u o u sa n ds t a b l e s p r a yo ft h es l u r r y ．A c c o r d i n gt ot h e f i l t e rg a u z ego p e r a t i n ge n v i r o n m e n t ，g i v i n gf u l lc o n s i d e r a t i o nt ot h ef i l t e rg a u z e d e s i g nr e q u i r e m e n t ss u c ha sm a t e r i a l ，s t r u c t u r ea n dS Oo n ，c o n s i d e r i n gt h ea n t i c o r r o s i o n ，h e a t r e s i s t a n c e ， s t r e n g t h ．t o u g h n e s s ，a n dc o s t ，a n dm a n yo t h e rf a c t o r s ，f i n a l l yf i b e r g l a s s F R P i su s e d a st h ef i l t e rg a u z e ，s m a t e r i a l ．T y p i c a lc y l i n d r i c a ls t r u c t u r ea n dh e m i s p h e r i c a ls t r u c t u r e c a na l s ob eu s e da c c o r d i n gt oa c t u a ln e e d s A sa r e s u I to fc a l c u l a t i o n ．a b o u t2 0 m md i a m e t e ro ff i l t e rg a u z e h o l et o i sa p p r o p r i a t e ，w i t ht h i ss i z et h ef i l t e rg a u z ec a n f i l t e ri m p u r i t i e se f 如c t u a l l yh a v eg o o db l o c k a g ep r e v e n t i o n ．A tl a s tt h ee f f e c t i v ef i l t r a t i o na r e ao ff i l t e rg a u z eg e t s2 ．5 t i m e st h es l u r r yc i r c u l a t i n gp u m pgs e c t i o n a la r e a ． K e y w o r d s e n v i r o n m e n te n g i n e e r i n g ；f l u eg a sd e s u l f u r i z a t i o nw i t hr e dm u d ；f i l t e rd e s i g n ；a b s o r p t i o n 上接第8 7 页，C o n t i n u e df r o m1 8 7 I n f l u e n c eo fS 0 32 一o nS 20 32 一C o n c e n t r a t i o ni nB e a r i n gS u l f u rS y s t e m D A N GX i a o ．e ，I ．A NX i n - 加e ，Z H A N GQ i u l i fT h el n s t i t u 把o fP M c i o u sM e t a l sE n g i n e e r i n g ，X i ’a nU n i v e r s i t yo f A r c h i t e c t u r ea n dT e c h n o l o g y ，X i ’a n7 1 0 0 5 5 ，C h i n a A b s t r a c t T h ec o n c e n t r a t i o nv a r i a t i o no fS ，0 12 一a n dS 0 32 一a r ea n a l y z e dd u r i n gt h er e a c t i o no fs i m u l a t i o ns u l f u rs y s t e m u n d e rd i I 托r e n tc o n d i t i o n s ．T h er e s u l t ss h o wt h a tt h eo x i d a t i o nr e a c t i o nb e t w e e nS 2 0 3 2 ’a n dC u N H 3 4 2 - w i t h o u t a i ri sh i n d e r e db v a d d i t i o no fS 0 1 卜．T h ea d d i t i o no fS 0 3 2 一 i sb e n e f i c i a lt or e m a i nS 2 0 3 卜 c o n c e n t r a t i o n s t a b i l i z a t i o ni ns v s t e mu n d e ra i r ． W h i l et h e r ei sn oa d d i t i o no fS 0 32 一，t h eo x i d a t i o nr a t eo fS 2O ，卜i si n c r e a s e d ，i t s c o n c e n t r a t i o ni sd e c r e a s e da n dS oi sg e n e r a t e d ，S Ot h eg o l dl e a c h i n gr e s u l ti s n o ti d e a l ．I ti si n d i c a t e dt h a tt h e S 0 1 卜p l a y sar o l et o5 t a b i l i z et h ec o n c e n t r a t i o no fS 2 0 32 - ，m a i nc o m p o n e n t ，i na l k a l i n ec o n t a i n i n gs u l f u rs y s t e m K e y w o r d s m e t a l l u r g i e a lt e c h n o l o g y ；b e a r i n gs u l f u rs y s t e m ；S O32 。；S 20 3 。；h i n d e r ；s t a b i l i z e r 万方数据