半干半湿法烟气脱硫雾化增湿设计.pdf

烟 气 污 染 治 理 半干半湿法烟气脱硫雾化增湿设计 ＊ 石应杰 王 凡 王红梅 都基峻 田 刚 林 军 张 凡 中国环境科学研究院, 北京 100012 摘要 烟气增湿对半干半湿法烟气脱硫起着关键作用。 本文分析了空气雾化效果优于机械雾化效果; 计算了 FM10 型空气喷嘴雾化粒径可满足给定烟气条件下的蒸发粒径; 烟气流中雾羽角度收缩, 喷嘴均匀布置于烟道 , 避免湿壁; 烟 气增湿后, 袋式除尘器需采取良好的保温措施, 应选用表面处理的易清灰滤料, 圆筒状滤袋。 关键词 半干半湿法 脱硫 空气雾化喷嘴 增湿 ＊国家“863”资助项目 2001AA642030 -3 1 前言 半干半湿法烟气脱硫中, 烟气增湿对脱硫效率的 提高起着至关重要的作用 [ 1 -3] 。本文对比了空气雾化 和机械雾化增湿方式的优缺点 ,设计了给定烟道断面 的空气喷嘴布置 ,分析了增湿后烟气对袋式除尘器的 影响 。 2 烟气雾化增湿方式 半干半湿法烟气脱硫工艺的特点是反应在气、 固、 液三相中进行, 利用烟气显热在脱硫反应时间内 蒸发雾滴, 使脱硫产物为干粉状。在烟气增湿过程 中,烟气与雾滴之间发生传热及传质,烟气放热,雾滴 蒸发 ,如图 1 所示 。 图 1 烟气增湿过程的传热与传质 雾滴的蒸发受烟气温度变化的影响 ,因而是一个 很复杂的过程。其蒸发时间主要与雾滴直径 、 雾滴质 量、 雾滴在空气湿球温度下的汽化潜热 、空气在某温 度下的导热系数 、 热空气与雾滴间的传热温差等参数 有关 。在给定初始烟气参数时 ,雾滴的蒸发时间则取 决于粒径。因此 ,较小的粒径有利于雾滴的蒸发, 减 少蒸发所需的烟气停留时间, 避免湿壁及湿底等现象 的发生。 通常, 烟气雾化增湿有机械喷嘴雾化和空气喷嘴 雾化两种方式。机械喷嘴雾化是利用高压水泵将流 体水增压后 压力 3. 0～ 6. 0 MPa 通过喷嘴靠机械力 雾化成雾滴 ,空气喷嘴雾化则是利用压缩空气 压力 0. 5～ 0. 7MPa 和增湿水 压力 0. 6～ 0. 8 MPa 两相流 体,通过喷嘴内导气环 、靶钉及空气帽的混合 , 形成 3 次压降, 产生 3 次雾化。2 种喷嘴雾化增湿对比见 表1。 表 1 两种喷嘴雾化增湿方式性能对比 雾化形式雾化粒径稳定性 堵塞性流量调节性管路系统 机械喷 嘴雾化 雾化粒径大, 随水 压力变化非常大 差 孔径小, 易堵塞 单个喷嘴流量小, 不易调节 高压泵、 耐高 压管路、 阀门 和法兰等 空气喷 嘴雾化 雾化粒径小, 随水 压力变化小 好 孔径大, 不易堵塞 单个喷嘴流量大, 易调节 低压泵、 管路等 通过表 1 的对比分析, 空气喷嘴雾化具有雾化粒 径小 ,流量易调节,稳定性好等优点 。因此,半干半湿 法脱硫工艺中雾化增湿采用空气喷嘴雾化,其工艺流 程见图2。 3 空气雾化增湿设计 烟气增湿过程中 ,湿壁会改变半干半湿法工艺特 征,加速腐蚀,影响系统稳定性 [ 4] 。因此 ,良好的雾化 增湿设计主要考虑 3 个方面 避免湿壁; 雾化增湿经 济性评价; 增湿对袋式除尘器的影响 。 3. 1 避免湿壁 避免湿壁即为雾滴在吸收塔出口处蒸发 ; 雾羽最 大直径避免碰壁 。 3. 1. 1 雾滴在吸收塔出口处蒸发 在220 t h 电站锅炉 锅炉基本参数见表 2 上,排 烟温度 140 ℃,设计脱硫烟气停留时间约 4 s, 经理论 31 环 境 工 程 2006年 4 月第24 卷第2 期 图 2 空气喷嘴雾化系统图 计算 ,在 4 s 内雾滴的蒸发粒径为 50 μ m。 表 2 锅炉基本参数 锅炉型式 锅炉容量 th- 1 烟气量 Nm3h- 1 主蒸汽 温度 ℃ 排烟 温度 ℃ 燃煤高温高压 液态排渣旋风炉 22029. 27 104540140 因此, 为避免湿壁的雾化粒径 50 μ m 。美国喷 雾公司的 FloMax 空气喷嘴系列 FM10 型喷嘴 [ 5] 在气 压 Pair 0. 55MPa 下雾滴的绍特平均直径 D32 绍特 平均直径是一颗雾滴的直径, 该雾滴的体积与表面积 之比等于所有的雾滴的总体积与总表面积之比 即可 满足该粒径要求 。其压缩空气量 Qair、液体流量 QH2O、 液体压力 PH2O、 雾滴绍特平均直径 D32、最大直 径 Dmax的关系见图 3 [ 5] 。 从图 3 可知 , Qair、QH2O、D32、Dmax随着 PH2O的变 化而变化,在 PH2O最大时, D32最大为 50 μ m , 满足雾 滴蒸发的粒径要求; PH2O降低 D32也随之降低 ,均能满 足粒径要求。 图3 FM10 空气喷嘴气压0. 55 MPa 下关系图 3. 1. 2 雾羽最大直径与避免碰壁 避免碰壁即雾羽最大直径不能直接接触脱硫塔 塔壁 ,因此 ,雾羽最大直径成为关键参数 。 FM10 型空气喷嘴的实验室雾化特性曲线见 图4, FM10 在 Pair0. 55 MPa 下的各参数数据见 表3 [ 5] 。 表 3 FM10空气喷嘴在 Pair0. 55 MPa的各参数表 PH 2O MPa QH2O Lmin- 1 雾化参数 m XYZAB 流速 V ms- 1 0. 4515 . 141 . 223. 357. 620. 611. 0239. 1 0. 5530 . 281 . 223. 357. 320. 761. 2232. 2 0. 6345 . 421 . 223. 357. 260. 811. 3230. 2 0. 7260 . 571 . 223. 357. 160. 861. 5229. 7 据表 3的实验室雾化各参数数值, FM10 型空气 喷嘴 Pair, PH2O, QH2O及其他各参数的相互关系为 1 在相同的气压下 ,水压增大,水流量增大 ,最大雾羽直 径 B 值也增大; 2 在相同的水压下, 气压增大 ,最大 雾羽直径 B 值减小; 3 在任何状态下 ,Y 值无变化 。 因此, FM10 空气喷嘴在 Pair0. 55 MPa , PH2O 0. 72 MPa 条件下 ,最大雾羽直径 B 1. 52 m ,其他条 件下的 B 值均小于该数值 。 图4 FM10 空气喷嘴实验室雾化特性曲线 表 2 的各参数是在实验室条件下测得的 , 事实 上,雾羽在一定流速的烟气流中,由于烟气流的夹带, 雾羽角度 α收缩, 最大雾羽直径 B 值会减少 。在 17 m s烟气流中 , 雾羽角度 α比实验条件下约 50,据此可计算出在烟气流中的 B 值 。因此 ,按此 最大 B′ 值设计FM10 空气喷嘴在烟道断面的均匀布 置,避免最大雾羽直径碰壁。 ① 实验条件下 雾羽角度 α arct B 2Y arct 1. 52 2 3. 35 12. 78 ② 烟气流中 最大雾羽宽度 B′2Y tg α 22 3. 35 tg 12. 78 2 0. 75m。 32 环 境 工 程 2006年 4 月第24 卷第2 期 因此,在给定直径 3. 2 m 的烟道中, 避免雾滴湿 壁和重叠 ,并在烟道断面均匀分布 ,满足喷水量11 t h 的FM10型空气喷嘴的布置如图5 所示。 图5 FM10 型空气喷嘴在烟道断面的均布 3. 2 经济性评价 经济评价的主要指标为增湿系统工程投资 万 元 , 年运行费用 万元 a 2 个指标。工程投资指与增 湿系统工程有关的固定资产投资之和, 包括设备 空 压机 、 水泵、喷嘴 、管路及阀门 、自控元器件等 购置 费、 建筑工程和设备安装费 ; 年运行费用是指增湿系 统1 a 中所发生的全部费用 消耗性费用 增湿水、电、 压缩空气 、 设备修理费和折旧费。 以满足喷水量 11 t h ,雾化粒径 50 μ m 的空气 雾化系统的经济评价基本参数与指标见表 4。从表 4 可以看出 ,空气雾化系统的投资及运行费用均较低 。 表 4 经济评价的基本参数与指标 基本参数指标 修理费率 折旧年限 a 年利用时间 h 水费 元t- 1 电费 元kW- 1h- 1 静态投资 万元 年运行费 万元 2. 5205 5001. 050. 39365. 729. 2 注 修理费率按固定资产原值的2. 5计算; 折旧年限按固定资产 折旧期限 15 a, 残值率 3计算。 3. 3 增湿对袋式除尘器的影响 随着我国火电厂严格的污染物排放标准 火电 厂大气污染物排放标准 GB13223- 2003 , 其中烟尘 最高允许排放浓度 50 mg m 3 的实施 ,特别是半干半 湿法烟气脱硫后 , 一方面脱硫灰中钙基脱硫剂增加, 另一方面, 脱硫后烟气中 SO3含量减少, 使脱硫灰比 电阻升高引起静电除尘器效率下降 ,难以达到烟尘排 放标准,因此袋式除尘器成为半干半湿法脱硫后烟尘 净化的首选。 半干半湿法烟气增湿脱硫后 , 烟气含湿量为 11,脱硫后烟气中酸露点接近水露点 55 ℃, 为防止 烟气结露, 运行温度高于露点 15 ℃以上 ,即运行温度 为70 ℃以上 ,此时烟气相对湿度为 45。烟气露点 高,湿度大 ,对袋式除尘器的运行产生一定的影响 。 1 含湿量高的气体使滤袋表面捕集的烟尘润湿 粘结 ,引起清灰困难。为此应选用表面滑爽 、 纤维材 质易清灰的滤料 ,并且对滤料使用硅油 、碳氟树脂浸 渍处理 ,或在滤料表面使用丙烯酸、聚四氟乙烯等进 行覆膜处理 。 2 对于含湿量大的烟尘气体, 滤袋宜采用圆筒 形状,尽量不采用形状复杂、布置十分紧密的扁平 滤袋 。 3 烟气露点高, 当温度低于露点时结露使灰粘 结,造成灰斗除灰困难 , 因此要对除尘系统采取灰斗 加热 ,设备保温等措施。 4 结论 1 FM10 型空气喷嘴在气压 0. 55 MPa 下, 雾化 粒径可满足烟气温度 140 ℃ 在 4 s 内的蒸发要求 。 2 烟气流中 , 雾羽角度收缩 , 最大雾羽直径减 小,据此可将 FM10 喷嘴均匀布置在直径 3. 2 m 的烟 道中 ,避免雾滴湿壁和重叠。 3 220 t h 锅炉烟气空气雾化增湿系统静态投资 65. 7万元, 年运行费 29. 2 万元 , 投资及运行费用均 较低 。 4 烟气增湿后, 袋式除尘器需采取良好的保温 措施 ,应选用表面处理的易清灰滤料 ,圆筒状滤袋 。 参考文献 [ 1] 张凡, 张伟, 杨霓云等. 半干半湿法烟气脱硫技术研究. 环境科 学研究, 2000, 13 1 60 -64. [ 2] 王凡, 王红梅, 张凡等. 半干半湿法烟气脱硫净化技术研究. 环 境工程, 2004, 22 2 34 -36. [ 3] 王红梅, 张凡等. 蒸汽输送在半干半湿法烟气脱硫中的应用. 环 境科学研究, 2003, 16 1 62 -64. [ 4] 张伟, 张凡, 杨霓云等. 半干半湿烟气脱硫反应塔湿壁现象的分 析. 环境科学研究, 2000,13 2 62 -64. [ 5] FloMax Air Atomizing Nozzles. Spraying System company. No . 497A. 作者通讯处 石应杰 100012 北京安外大羊坊 8 号 中国环境科学 研究院大气所 电话 010 84913913 E -mail shiaeisina . com 2005- 09-10 收稿 33 环 境 工 程 2006年 4 月第24 卷第2 期 Abstract The silk-making wastewater was treated by air -floatation and SBR process. The effluent quality coned to the first -order criterionof GB8978 -1996. Combining the engineering practice, itwasgivensome experience indesign andoperationof the engineering. The process featured low cost, simple operation and easy maintenance, which may provide experience in sewage treatment of similar silk-making plants. Keywords air -floatation -SBR treatment and silk-making wastewater THE TREATMENT OF FOOD -MAKING WASTEWATER USING UASB PROCESS Zhang Qunchou Tong Panrui Gao Yusong 25 Abstract The waste water from food-making starch production is a highly-concentrated organic waste water. It is treated by a biochemical treatmenttechnology using UASB reactor under normal temperature as the main treatment unit, and trickle bed as the secondary unit. These technics show that the use of the saidtechnology notonly saves investment, lowers operational cost and simplifies operation but also producesusable methane while the waste water after treatment can meet the standard before discharged so that good economic and environmental results can be obtained. Keywords food -making waste water,wastewater of starch production and UASB TREATMENTOFEXPANSIBLEPOLYSTYRENEWASTEWATERBYPROCESSOF FLOCCULATIVE SEDIMENTATION -ACTIVE CARBON BIOLOGICAL TANK Liu Xiaodong Ni Ning Li Jiansheng et al 27 Abstract Expansible polystyrene EPSwastewater involves large quantities of organism containing benzene loop such as surfactant LAS and so on with high total P index and bad biodegradability. It is hard to treat it. The process of flocculative sedimentation-active carbon biological tank is adapted to treat EPS wastewater. When average CODCrof originalwastewater is 1 800mg L, thatof the effluent can reach about 80 mg Lwith the removal rate of 95. 5. The effluent quality remains stable and several quality inds of the effluent can meet the first class criteria specified in the national discharge standard. Keywords EPS wastewater, active carbon biological tank, delayed aeration and surfactant TREATMENT OF CHEMICAL WASTEWATER BY HYDROLYTIC ACIDIFICATION -A O PROCESS Liu Bozhi Liu Faqiang Ding Xuehong 29 Abstract Hydrolytic acidification-A O process is selected to treat chemical wastewater of high concentration due to the fact that the traditional activated sludge process has a low removal rate of NH3-N and the effluent CODCrcan not be up to standard steadily . The test results show that the new process has excellent denitrifying effect with CODCrand NH3-N meeting the first-order of the national emission standard. Keywords chemical sewage, hydrolytic acidification, A O process and biodenitrogenation THE DESIGN FOR FLUE GAS ATOMIZING HUMIDIFICATION OF SEMI-DRY FLUE GAS DESULFURIZATIONShi Yingjie Wang Fan Wang Hongmei et al 31 Abstract Humidification plays a key role in SO2removal for semi-dry flue gas desulfurization FGD. In the article. the analysis is derived that perance of air atomizing is more effective than that of mechanical atomizing. The calculation results show that drop size distribution of FM10 air atomizing nozzle can meet flue gas condition in evaporation. It is deduced that atomizing contrail angle is constrained in the flue gas and laying out of the nozzle in the duct unily to avoid drop from wetting wall. Fabric filter is supposed to be nice in heat preservation and easy in ash cleaning. A smooth -surfaced filter material is selected. Keywords semi -dry process, FGD, air atomizing nozzle and humidification TREATING VOCs-BEARING EXHAUST GAS BY ACTIVATED CARBON FROM SOLID WASTES Xie Liping Lin Weigang Yang Xuemin 34 Abstract The main influence factors on the adsorption to VOCs in exhaust gas with activated carbon from solid wastes SW-ACare investigated. The results indicated that the SW-AC can certainly be used for the purification process of VOCs -bearing exhaust gas. Keywords VOCs, adsorption, activated carbon and treatment of exhaust gas TREATMENT OF ODOR POLLUTION FROM AERATIONTANK FOR REFINERY BY FIXED BED ACTIVATED CARBON ADSORPTIONLu Qingfang Guo Bingbing 37 Abstract Odor treatment in aeration tank by means of fixed bed activated carbon adsorption has been studied. The subject under study is aimed at the sewage treatment plant in Jiujiang Petrochemical Complex Refinery of SINOPEC. The activated carbon IVP for desulphurization hydrogen sulfide and methanthioland the activated carbon BPL for adsorpting VOC benzene, methylbenzene and dimethyl benzenehas been chosen in the research at the pilot plant. The technology route removing the offensive odor from pollution gas has been worked out. Keywords offensive odor, activated carbon and adsorption 3 ENVIRONMENTAL ENGINEERING Vol. 24, No. 2,Apr. ,2006