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循环流化床入口结构对流态化效果影响比较 李鹏飞章敬泉朱晓华 中国京冶工程技术有限公司， 北京100088 摘要 通过实验的方法考察了三种文丘里布风装置与两种回料方式对循环流化床流态化效果的影响。实验结果表明 在喉口面积相同的条件下， 七孔文丘里布风装置同四孔文丘里布风装置及一孔文丘里布风装置相比， 系统压降较低， 床内平均颗粒浓度大， 流态化稳定; 流化斜槽回料方式同气力输送回料方式相比， 对流化床入口段流场的干扰较小， 塔 内颗粒分布均匀。 关键词 文丘里布风装置; 流化斜槽; 气力输送 EFFECT OF ENTRANCE STRUCTURE ON FLUIDIZATION OF CIRCULATING FLUIDIZED BED Li PengfeiZhang JingquanZhu Xiaohua China Jingye Engineering Corporation Limited，Beijing 100088，China AbstractThree kinds of gas distributors of venturi injector and two kinds of feedback units were investigated in experiments to analyze their effects on the fluidization of a circulating fluidized bed． The results indicate that with the same throat area，seven- hole venturi injector has the lower system pressure drop，higher average concentration of particle，and more stable fluidization as compared with the four-hole venturi injector and one-hole venturi injector． Comparing with the pneumatic conveyor feed- back unit，the fluidized flume feed-back unit has less effect on the entrance flow field and has evenly distributed particle in the tower． Keywordsdistributor of venturi injector;fluidized flume;pneumatic conveyor 0引言 烧结烟气循环流化床脱硫系统中， 均匀的传质和 传热是提高脱硫效率的重要因素， 理想的流化状态是 保证传质和传热的前提。均匀的流化状态不仅取决 于气体流速、 颗粒循环速率以及颗粒物性， 而且受到 入口气体布风装置、 循环回料装置、 内构件等结构条 件的影响。 合理的入口气体布风装置是改善流化床流态化 的重要途径之一。良好的布风装置， 可以均布流体， 加快气体对固体颗粒的加速作用， 快速获得均一的气 固浓度分布， 缩短脱硫塔入口的长度， 提高床层利用 效率， 同时， 脱硫塔下部是脱硫反应迅速进行的区域， 良好的布风装置， 可以消除脱硫装置下部流场的偏 转， 对提高颗粒均匀性和脱硫效率有着重要的意义。 循环回料装置的存在严重影响脱硫塔底部气流 分布的均匀性， 产生不良的气体流动行为。这主要是 由于循环灰多从脱硫塔的一侧送回脱硫塔， 物料进入 脱硫塔时从垂直方向对向上的气流产生干扰， 使气流 偏转， 甚至出现漩涡。因此， 选择合理的循环回料方 式可以减少对塔内气流的干扰， 提高气流及塔内颗粒 分布均匀性。 本文在前人研究的基础上， 采用循环流化床脱硫实 验系统， 考察三种文丘里布风装置和两种循环回料方式 对流态化效果的影响， 为脱硫实验的进行做技术指导。 1实验系统和方法 本文所采用的循环流化床脱硫实验系统流程见 图 1， 本系统主要由以下部分组成 模拟烟气发生系统 主要由电加热器、 气体质量 流量计、 SO2钢瓶等组成。其作用为通过吸入空气加 热并定量配入 SO2， 产生模拟烟气。 脱硫反应塔 脱硫反应进行的场所。 进料系统 包括两个螺旋给料器配两个变频电机 28 环境工程 2011 年 8 月第 29 卷第 4 期 及料仓。物料通过螺旋给料器进入脱硫塔， 螺旋给料 器给料量通过变频电机转速调节实现精确控制。 图 1循环流化床脱硫实验系统工艺流程 除尘系统 包含布袋除尘器和灰斗。其作用为捕 集反应后烟气中的乏吸收剂。实验初始阶段， 灰仓中 预先放入一定量的乏吸收剂。 引风系统 包含一台离心风机及管道。烟气流量 范围 0 ～ 5 000 m3/h。 水系统 由水箱、 水泵及流量计组成。可通过阀 门调节喷入塔内水量。 测控系统 主要包括测温、 测压仪表、 SO2浓度测 量系统、 电气柜及中控系统。其作用为实验系统的数 据采集及自动化控制。 实验过程 空气经脱硫塔下端的文丘里布风后进 入反应塔， 物料经螺旋给料机从反应塔一侧输送进 来， 在脱硫塔中气固充分混合。混合后的气体经反应 塔出口进入到布袋除尘器， 除尘后气体经离心风机由 烟囱排出。在除尘器中， 固体颗粒被布袋捕集， 捕集 后的颗粒经脉冲清灰后落入灰仓， 经回料螺旋给料装 置输送到脱硫塔中循环使用。 脱硫塔中， 全塔平均颗粒浓度变化趋势同全塔压 降变化趋势相同， 两者成近似正比关系， 因此， 在本文 中， 通过比较全塔压降变化的方式来考察全塔平均颗 粒浓度的变化。 2结果与讨论 2. 1文丘里布风装置对流态化影响 图 2 为颗粒给料量 0 kg/h， 烟气量为3 000 m3/h 及4 000 m3/h时， 三种不同形式文丘里布风装置阻力 对比。从图 2 中数据可以看出， 在两种不同的风量条 件下， 4 孔文丘里阻力均明显高于 1 孔文丘里及 7 孔 文丘里。 图 2不同形式文丘里布风装置压降比较 风量为3 000 m3/h时， 1 孔文丘里布风装置阻力 与 7 孔 文 丘 里 布 风 装 置 阻 力 相 当。 风 量 为 4 000 m3/h时， 7 孔文丘里布风装置阻力略低于 1 孔 文丘里布风装置。 分析认为， 三种文丘里布风装置阻力不同， 主要 源于各自出口截面积不同， 如图 3 所示。1 孔、 4 孔、 7 孔文丘里三种布风装置， 喉口面积大致相同， 出口截 面积分别为0. 060 23， 0. 035 28， 0. 061 74 m2， 从数据 中可以看出， 4 孔文丘里布风装置出口截面积明显小 于其他两种， 因此， 4 孔文丘里布风装置阻力较大。 图 3三种形式文丘里尺寸 图 4 为 颗 粒 给 料 量 为 735 kg/h， 烟 气 量 为 4 000 m3/h时， 三种不同文丘里布风装置对全塔压降 的影响。从图 4 中可以看出 4 孔文丘里布风装置和 7 孔文丘里布风装置较 1 孔文丘里布风装置， 全塔压 38 环境工程 2011 年 8 月第 29 卷第 4 期 降稳定， 波动较小， 这也意味着塔内平均颗粒密度稳 定。这主要是由于多孔文丘里布风装置较单孔文丘 里布风装置， 各管射流之间可以相互干扰， 使文丘里 出口处流体的湍流更充分， 分布更均匀。综合考虑空 塔压降值， 7 孔文丘里布风装置效果优于另外两种。 图 4不同形式文丘里布风装置全塔压降比较 2. 2循环回料方式对流态化影响 图 5 为烟气量4 000 m3/h， 7 孔文丘里装置循环 回料采用气力输送方式， 全塔压降随循环颗粒量的变 化 曲 线。 图 5 中 数 据 显 示当 循 环 颗 粒 量 为 85． 5 kg/h时， 流态化能达到比较稳定的状态。稳定 后全塔压降和实验初始时刻相比， 差别不大， 此时， 颗 粒大部分被气流携带出反应塔， 塔内颗粒密度较低。 当颗粒量为 163 kg/h 及 263 kg/h 时， 全塔压降随时 间进行逐渐升高达到稳定状态。此时， 由于风量没有 改变， 气体对颗粒的携带能力变化不大， 塔内积累的 颗粒量增加， 全塔平均颗粒密度提高。和前面三种循 环颗粒量相比， 当循环颗粒量为 362 kg/h 时， 全塔压 降值波动比较大， 不能达到稳定床态， 这主要是由于 循环颗粒采用气力输送时， 当循环颗粒量较大时， 在 输送管的弯曲处容易产生物料的堆积， 如图 6 中 A 处所示， 这影响后续颗粒的向前输送， 塔内压降和颗 粒浓度值下降， 如图 5 中颗粒循环量为 362 kg/h 时 20 ～ 40 min 处所示。当 A 处的物料堆积达到一定 值， 由于受到重力的作用以及后面气体向前的推力， 堆积的颗粒瞬间由 B 处进入塔内， 造成塔内压降及 颗粒浓度瞬间急剧上升。此外， 循环颗粒采用气力输 送， 容易造成颗粒沿管壁向下滑入脱硫塔， 滑入的颗 粒在脱硫塔内 C 处富集， 达到一定值时由塔壁脱落， 同样造成床态的不稳定。 从上面的分析可以看出 采用气力输送适合于循 环颗粒量较小的工况， 当循环颗粒量较大时， 气力输 图 5全塔压降随循环颗粒量的变化曲线 图 6气力输送回料方式示意 送容易造成床态的不稳定。 图 7 为烟气量4 000 m3/h， 7 孔文丘里装置循环 回料采用流化斜槽时， 全塔压降随循环颗粒量的变化 曲线。 图 7全塔压降随颗粒循环量的变化曲线 从图 7 中可以看出 全塔压降值随颗粒循环量的 增加而增大， 这也意味着全塔平均物料浓度值随循环 颗粒量增加而变大。采用流化斜槽时， 循环颗粒在到 达脱硫塔以前， 在斜槽内已经形成较好的流化状态， 因此， 不会造成颗粒在管内集聚的现象， 避免了进料 不均匀对流化状态的不利影响。采用流化斜槽回料 48 环境工程 2011 年 8 月第 29 卷第 4 期 方式， 可输送循环颗粒量的范围大大增加， 同时， 塔内 流态化较采用气力输送时， 相对更稳定。 循环回料采用流化斜槽方式时， 流化风速的选择 对脱硫塔内的流场影响较大。当流速过小时， 流化斜 槽内的循环颗粒不能达到比较好的流化状态， 一部分 颗粒不能从斜槽内被流化风吹起， 容易形成同气力输 送相同的颗粒在斜槽内集聚的现象。当流化风速较 大时， 流化风会对塔内气流造成干扰， 使塔内气流发 生偏转， 从而形成气流死区。如图 8 所示， 当流化风 速较大时， 气流发生向右偏转， 在图 8 中所示的 B 处 产生气流的盲区， 贴壁回流的颗粒容易在 B 处富集， 图 8流化斜槽回料方式示意 达到一定量时， 发生脱落， 影响气流的稳定性， 严重时 可能发生塌床现象。因此， 对于不同的流化床结构和 工况， 应妥善选择流化斜槽内流化风的速度。 3结论 7 孔文丘里布风装置阻力小， 同 4 孔及 1 孔文丘 里布风装置相比， 塔内气流及颗粒分布更均匀。 循环回料采用流化斜槽方式同采用气力输送相 比， 对塔内流态化的影响较小， 同时可输送循环颗粒 量的范围较大， 更适合循环流化床脱硫系统。 参考文献 ［ 1］郝晓文． 烟气脱硫循环流化床旋直复合流化及均匀性研究［D］． 济南 山东大学， 2007 15- 20． ［ 2］郭慕孙， 李洪钟． 流态化手册［M］． 北京 化学工业出版社， 2007 386- 403． ［ 3］胡赟， 张聿民， 王维宽， 等． 烟气循环流化床脱硫塔内文丘里设计 ［J］． 环境工程， 2009， 27 6 77- 78． 作者通信处李鹏飞100088北京海淀区西土路 33 号中国京治 工程有限公司 E- maillipengfei07 tsinghua． org． cn 2010 － 11 － 29 櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅 收稿 上接第 129 页 ［9］白莉， 石岩， 齐子姝． 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