陶瓷厂喷雾干燥塔白烟形成的机理及解决措施.pdf

陶瓷厂喷雾干燥塔白烟形成的机理及解决措施 ＊ 聂玉强 佛山市能源利用监测中心, 广东 528000 邝小磊 佛山科学技术学院, 广东 528000 宋春华 广东交通职业技术学院, 广州 510650 摘要 针对陶瓷厂烟囱冒“白烟” , 造成环境污染的现象, 提出了“降温法”和“ 升温法”两种治理方案, 并对“ 升温法”方 案建立了数学模型, 通过数值求解, 得到需要升高的最小临界温度值。 计算结果已用于陶瓷厂烟气治理中, 验证了其 正确性。 关键词 环保 烟气 数学模型 ＊佛山市科技发展基金 20040508 改革开放以来, 佛山市陶瓷行业成为当地经济支 柱产业,而且建筑陶瓷无论数量还是质量都稳稳雄居 国内首位, 随之带来了巨大的污染, 已成为广大市民 关注 、投诉的热点, 环境治理的难点。佛山市政府 2004年决定治理数百条陶瓷烟囱废气污染 , 要求烟 气排放“脱硫、 除尘、去白烟” , 实现清洁生产。 1 白烟形成原因 喷雾干燥塔产生的高温烟气将含水量 34 的泥 浆干燥成含水量 7的泥粉 ,由此生成含硫 、 多尘、高 温、 高湿度的烟气, 烟气经水幕喷淋的脱硫除尘塔处 理后 ,形成相对湿度 90 左右,温度在 50～ 60 ℃之间 的净化烟气。若将该烟气从烟囱直接排放大气,由于 环境温度低于烟气排放温度, 烟气被冷却,温度骤降, 一旦降到烟气露点温度以下, 就出现烟气排放带水汽 的情况,即烟气排放出现了“白烟柱”现象。 白烟形成的另一个原因是 烟气经脱硫除尘塔处 理时除硫不彻底 ,SO2气体与烟气中的水蒸汽发生反 应而生成硫酸, 在烟气出口排放时形成酸雾 ,由于硫 酸分子运动速度慢, 不易被吸附,对尘发生散射作用, 看上去发白,当酸雾含量超过 0. 03 g m 3 时,一般会冒 白烟 [ 1] 。 2 治理措施 2. 1 治理原理 要使烟气排出时不产生冒“白烟”现象,主要是在 热湿烟气排放与大气接触时, 控制其相对湿度 ,不使 其相对湿度达到饱和, 即要使烟气排放温度 Te不低 于其露点温度 Tl,无水分凝结析出。这样, 未饱和烟 气排放时与干空气排放一样, 不会形成“白烟” 。 2. 2 治理方案 要控制烟气排放时的相对湿度, 有两种处理方 法 一是“降温法” ,即降低烟气排放温度 ,使其低于周 围环境温度 。这样 ,一方面当烟气排放温度降低时, 湿热烟气中水分提前凝结析出 , 降低烟气含湿量; 另 一方面当冷湿烟气与大气环境接触时 , 由于 Te小于 大气环境温度 Ta, 冷湿烟气从烟囱排出后被大气加 热,温度升高,相对湿度反而减少 , 成为未饱和烟气, 就不会有水分凝结析出, 也就不会形成“白烟”, 其变 化过程见图 1, 由状态 A 到状态B 。 图 1 烟气状态变化过程 i- d 图 另一种处理方法是“升温法” ,即升高烟气排放温 度,降低烟气相对湿度。提升烟气温度 , 在烟气含湿 量不变情况下, 其相对湿度下降,烟气饱和度降低 ,其 变化过程见图 1,由状态 A 到状态C 。当升温后的高 温湿热烟气与环境大气接触时 ,避免烟气在充分扩散 前,被冷却到露点温度以下,从而避免形成白烟。 2. 3 确定临界温度 采用“升温法”将烟气温度提升越高 ,其相对湿度 越小, 在排放大气时 , 被冷却到露点温度以下所需时 间越长 ,烟气扩散得越充分, 形成“白烟”的可能性越 71 环 境 工 程 2006年 8 月第24 卷第4 期 小。但是, 温度提升越高, 耗能越大 ,处理成本越高, 因此, 需要在理论上寻求一个临界温度 , 即烟气排放 后不会形成白烟的最小提升温度。为此 ,建立以下数 学模型。 3 建立数学模型 3. 1 流体质点运动分析 取白烟柱某一微元体作流体质点, 分析影响流体 质点参数变化的因素 。 1 烟柱自身物理参数 温度 Te; 湿度 qe; 烟速 Ve 水平方向分速度 Vex; 垂直方向分速度 Vez ; 质点 所处位置 水平移动距离 x ; 垂直位置高度 z ; 已析出 的液态含水量 α , 及烟柱自身半径 R , 烟柱在垂直方 向温度梯度 De。 2 大气环境的物理参数 环境温度 Ta, 垂直方 向大气温度梯度 Da; 大气湿度 qa; 大气湿度梯度 Qa; 大气风速 ,理想化为水平风速 Ux; 大气卷入烟气的质 量流速 γa以及大气 、 烟气间的温差 ΔT ,湿差 Δd 等。 3. 2 流体力学基本方程组描述 该质点微团在飘移、流动过程中 , 在质量力和表 面张力作用下, 不断与周围大气发生传热传质作用, 结果自身温度降低, 液态水汽析出 。整个变化过程可 用连续性方程、运动方程 、 能量方程 、 汽液质量守恒方 程等流体力学基本方程组得到描述 [ 2,3] 。 3. 2. 1 连续性方程 大气卷入烟气质量流量等于烟气质量的实际增 加量 2γa R R 2 Ve d R 2 Ve dt 1 γa0. 3Vez 3. 2. 2 垂直方向运动方程 质点在与大气产生温差而获得浮力以及凝结水 质量力作用下, 产生了垂直方向的动量 g R 2 Ve ΔT Ta -α d dt[ R 2 Ve Vez] 2 3. 2. 3 水平方向的运动方程 质点在大气风速作用下, 获得水平方向的动量 Ux 2γa R R 2 Ve d dt[ R 2 Ve Vex] 3 3. 2. 4 能量守恒方程 质点微团与大气环境进行热湿交换 ,整个过程能 量守恒 [ 4] 。 -H 2 R2 Ve Vez d dT R 2 Ve g ΔT Ta -D α cpTa 4 式中 H 环境大气的 vaisala 频率 , H 2 g Ta Da- De 1 s Da 大气绝热温度在垂直方向上的递减 率,为 0. 0098 K m ; cp 等压比热容 kJ kg K ; g 重力加速度; D dTa dZ 1 m 3. 2. 5 汽液质量守恒方程 -Qa R 2 Ve Vz d dT[ R 2 Ve Δ qe-α ] 5 其中 Qa dqa dz 1 m 3. 2. 6 对质点微团 ,若处于未饱和状态 ,与干空气一 样,不会产生水汽析出 α 0 [ 5] ; 若处于饱和状态, 才 会产生热、湿交换 α ≠0,此时 Δqesqes-qa 其中 qes为烟气饱和含湿量,它仅为温度 Te的函数 [ 5] 。 qes 0. 62eps BZ-0. 378eps BZB -ρ gZ 100 mmbar epsBexp 13. 32T -1. 97T 2 -0. 64T 3 -0. 13T 4 mmbar 其中 T 273Te K 3. 2. 7 对质点微团本身速度分解 ,有 VeV 2 exV 2 ez, Vexdx dt , Vezdz dt 6 以上方程组未知数个数与方程组数相等 ,方程组 封闭 。 3. 3 边界条件 1 热湿烟气相对湿度 90, 未加热前温度为 50 ℃; 2 取大气环境相对湿度为 75, 温度为 20 ～ 35 ℃ 之间,风速为 5 m s; 3 求使 α 0 时, 加热后烟气初始温度为 Te,也 即临界温度 。 3. 4 计算结果 根据 给 定 边 界 条件 , 用 数 值 模 拟 法 , 利 用 MATLAB 软件进行计算, 求出各种环境温度下的临界 温度值,见表 1。 由此可得出结论为 大气环境温度越高、且从处 下转第 75 页 72 环 境 工 程 2006年 8 月第24 卷第4 期 周边安装悬垂密闭胶帘; 矿槽顶平面上与作业无关的 孔洞均予以密闭 仅留置清扫孔和观察孔 以降低控 尘所需风量 ,增强除尘效果。“Π ”形胶带密闭方式的 构造特征是 ,用一条橡胶带将矿槽槽口密闭 ,仅在卸 料车卸料溜管处用 4 个固定在卸料车机架上的转向 滚筒将橡胶带撑开 , 使此处的橡胶带呈“Π ”形, 为卸 料溜管提供一个开启的卸料通道。 通风槽固定支撑在卸料车侧的栈桥上方 ,通风槽 顶部安放移动式通风口, 其进风口与卸料车上的除尘 风管固联 。通风槽端部出口与除尘系统干管相连 ,通 风槽出口处安装有手动关断蝶阀, 做检修时使用。 为了有效控制矿槽内扬尘 , 必须对矿槽槽口密 闭,密闭方式宜选用“Π ”形胶带密闭方式或“人”字形 密闭胶带方式 图 4 。 图 4 “人”字形胶带密闭 3. 2. 2 设计参数及系统流程 卸料车卸料滚筒处吸风量3 000 m 3 h; 卸料车溜 管与槽口处吸风量25 000 m 3 h。 捕集的粉尘经吸风口、卸料车风管 、 移动式除尘 通风口装置 、 系统干管,入除尘器净化。 3. 3 运行效果及测定参数 除尘系统投产后, 除尘设备运行正常 ,对扬尘的 捕集控制效果良好, 作业区环境得到极大改善 。投入 运行 3 个月后,进行了通风参数测定 。主要测定数据 如下 卸料点附近 1 m 处 ,粉尘浓度 8 mg m 3 ; 管道风 速 V 17. 2 m s; 通风槽漏风率 8. 5。 4 结语 “移动式除尘通风口装置”用于高炉矿槽槽上除 尘,故障率低, 除尘效果好, 运行可靠 ,维护量小。与 矿槽内部吸风除尘方式相比, 当矿槽数量较多时, 除 尘需要的风量大为减少, 优点突出。 参考文献 [ 1] 中国冶金建设协会主编. 钢铁企业采暖通风设计手册. 北京 冶 金工业出版社. 1996, 12. 作者通讯处 迟志勇 430079 湖北省武汉市 中钢天澄环保科技 股份有限公司 电话 027 67880533 E -mail chizhiyong11 vip. sina. com 2005- 08-24 收稿 上接第 72页 理塔出来的烟气初始温度越高 、脱硫越干净 ,则形成 白烟的可能性越小, 需要被加热的温差越小。 表 1 临界温度值 项目12345 环境温度 Ta ℃ 2024283236 临界温度 Te ℃ 8279726562 4 应用实例 在佛山南庄某陶瓷厂 ,对从喷淋脱硫除尘塔出来 的烟气进行热风混合加热 , 热风由燃含硫 0. 5的 轻柴油热风炉 自行设计 产生 , 当热风 、冷温烟气充 分混合 ,排放温度达到85 ℃ 时 ,排出的烟气基本上看 不见白烟生成, 此时大气环境温度为 26 ℃。经测算, 当烟气处理量为35 000 m 3 h时, 需耗柴油量为55 kg h 左右,在经济上是可以接受的 。因此 ,采用“升温法” 消除白烟无论在理论上, 经济上和实际使用效果上, 都是可行的 。 参考文献 [ 1] 姜之顺. 铜冶炼烟气制酸尾气烟囱冒白烟的常见原因及分析. 硫酸工业, 2003, 3 . [ 2] 吴望一. 流体力学. 北京 北京大学出版社, 1996. [ 3] G. K. 巴切勒. 流体力学引论. 北京 科学出版社,1997. [ 4] 姚增权. 湿烟气的抬升与凝结. 国际电力, 2003, 1 . [ 5] 清华大学等. 空气调节. 北京 中国建筑工业出版社, 1985,10. 作者通讯处 聂玉强 528000 佛山科学技术学院南区 13 座 704 室 佛山市能源利用监测中心 E -mail fullwit126. com 2005- 08-24 收稿 75 环 境 工 程 2006年 8 月第24 卷第4 期 MONITORING OF WATERQUALITY OF SUBSIDED POOL INCOAL MINE BY MICRONUCLEUS TEST TECHNIQUE WITHVICIA FABAYao Enqin Gui Herong 57 Abstract It was conducted the monitoring of water quality of subsided pool in Huainan Coal Mine using micronucleus test technique with vicia faba; at the same time the determinationof chloride, electrical conductivity, BOD5, CODCrandDO was done. The results show that water in the subsided pool has been polluted moderately. Microncleus test with vicia faba has a certain relation with chloride, electrical conductivity, BOD5, CODCrand DO. Keywords microncleus test technique, chloride, electrical conductivity , BOD, CODCr, DO and subside CONTAINMENT INTEGRATED LEAK RATE TEST CILRTOF CHASHMA NUCLEAR POWER PLANT IN PAKISTANZhan Shuwen Chang Huajian Jiang Jianyi et al 60 Abstract The theoretic of the CILRT and the test system are introduced, also the analysis of the result of the CILRT for Chashma Nuclear Power Plant in Pakistan during the first fuel updating is involved. Keywords nuclear power plant, containment and integrated leak rate test MONTE -CARLO BASED FORECAST MODEL OF OUTLET WATER QUALITY OF A RESERVOIR ACCORDING TO GRAY CONNECTION ANALYSISJiao Ruifeng Wu Hao Shi Yang 63 Abstract Using the gray theory and the Monte -Carlo , an imitative forecast model is established of the outlet water quality of a reservoir. At first the major influence factors are indentified accurately by the gray connection analysis . Then subjective random of expert directly assigning has beenovercome by theMonte -Carlo theory . Andthe effects of many major factors are simultaneously considered on the water quality condition. Which can make the predicted result objective and reasonable. Keywords water quality forecast, gray connection analysis, connection coefficient, Monte -Carlo and simulation PRODUCTIONAND CONTROL OF DISINFECTIONBY -PRODUCTS OF CHLORINE DIOXIDE Pan Ning Li Jincheng XuYouqin 66 Abstract Chlorine dioxide disinfection by -products include chlorite and chlorate. Chlorite is the dominant by -product and doesgreat harm to human body. Based on foreign and domestic researches , it is analysed the production and removal s of chlorine dioxide by -product and found out that sulfide, granular actived carbon GAC, ozonation and ferrousion are the effective s to remove chlorite. By comparison ferrous ion is the most promising to remove and control chlorite. There is no effective to remove chlorate. Keywords chlorine dioxide, disinfection by -products, chlorite and ferrous ion TECHNOLOGY TO TREAT COKE OVEN SMOKE BY MOTILE PURIFIER Hao Mingliang Ma Chengyu Qiao Wenli 69 Abstract It is introducd a technology to treat coke oven smoke by motile purifier. The result shows that after treating the smoke, the effluent gascan meet the national “ Emission Standard of Air Pollutants for Coke Oven” , the average concentration of SO2is 320 mg m3, the average concentration of soot is 215 mg m3, the smoke black is Lingman 1. Keywords coke oven, coal gas, smoke treatment, soot and SO2 THE ATION MECHANISM OF WHITE -SMOKE IN SPRAY DRYING TOWER OF CERAMIC FACTORY AND SOLVING MEASURESNie Yuqiang Kuang Xiaolei Song Chunhua 71 Abstract In light of ceramic factory chimney sending out white -smoke and causing environment pollution, two treatment schermes “ increasing temperature ” and“ decreasing temperature ” are provided. A mathematical model for increasing temperature scheme is established. According to this model, a minimum critical increasing temperature value is found out. The computing resultwhich hasbeen applied in the smoke treatment of the ceramic factory, whose correctness has also been verified. Keywords environment protection, smoke and mathematical model ANALYSIS AND APPLICATION OF DUST CONTROL WAY IN THE AREA ABOVE RAW MATERIAL CHUTE OF IRON WORKSChi Zhiyong 73 Abstract It is expounded the characteristics of dust pollution of the area above raw material chute in iron works, as well as an application example of travelling vent hole equipment for dedusting. Keywords dust control, iron works, chute and travelling dumper 5 ENVIRONMENTAL ENGINEERING Vol. 24,No. 4, Aug . , 2006