王祖武等 文丘里水膜除尘器除尘脱硫增效技术研究
文丘里水膜除尘器除尘脱硫增效技术研究
王祖武 黄 梅 王聪玲 罗立新 罗运柏
(武汉大学环境工程系, 武汉430072)
3
摘要 介绍了三相流化床技术用于文丘里水膜除尘器除尘脱硫增效的原理、工艺流程以及在410th锅炉上的工业应用结
果。工业运行测试结果表明,其脱硫效率可达85%左右,除尘效率达98%左右。该系统结构简单、运行可靠,具备了工业应用的条件。
关键词 文丘里水膜除尘器 三相流化床 烟气脱硫 除尘
Studyonthetechnologyenhancingthedesulfurizinganddedustingefficiencyofventuriscrubber WangZuwu,HuangMei,WangCongling,etal.DepartmentofEnvironmentalEngineering,WuhanUniversity,Wuhan430072
Abstract:Theprinciple,technologyflowandtheindustrialapplicationona410thboilerofthetechnologythatenhancesthedesulfurizinganddedustingefficiencyofventuriscrubberwiththree2phasefluidizedbedwasintroduced.Theindustrialoperationindicatesthatthedesulfurizingefficiencyisupto85%,thededustingefficiencyisover98%.Ithassimplemakeupandreliableoperationandhasreachedthelevelofindustrialapplication.
Keywords:Venturiscrubber Three2phasefluidizedbed Fluegasdesulfurization Dedusting
文丘里水膜除尘器是目前中小型燃煤锅炉通常采用的一种除尘设备,其运行后的除尘效率通常低
于设计除尘效率,一般为92%左右。随着环保要求的日益严格,它已不能满足国家环保的排放要求。为了不被电除尘器所取代,必须借助于烟气脱硫的优势,进行除尘和脱硫的双重改造。为此,在原文丘里水膜除尘器的基础上,研究开发了融除尘、脱硫为一体的三相流化床烟气除尘脱硫技术,实现除尘和脱硫的双重改造目的,并在410th锅炉上进行了全尺寸除尘脱硫工业试验。该技术具有占地少、投资少、运行稳定、运行费用少的特点,特别适合于已有水膜除尘器的燃煤锅炉烟气脱硫除尘改造。1 三相流化床烟气除尘脱硫改造工艺系统1.1 文丘里水膜除尘器除尘脱硫改造的原则
1.2 三相流化床烟气除尘脱硫工艺系统流程
按照上述改造原则,设计了浅床层三相流化床。
三相流化床是一种高效传质的多相反应器,适用于化学吸收和除尘等多种场合。三相流化床脱硫系统是在原有的文丘里除尘器中的捕滴器内设置填料球流化床和喷淋系统,成为气、液、固三相传质的三相流化床脱硫塔。三相流化床的液体输送改为中心喷淋,并在塔的上部布置烟气旋流板除雾装置,达到消除烟气带水的目的。吸收剂可以采用石灰石、石灰、电厂高pH灰水及其他碱性吸收剂。为了降低系统阻力,流化床设计成浅床层,并将文丘里管拉直以减少该部分阻力。经改造的系统流程见图1
。
由于文丘里水膜除尘器已经在线运行,其改造必须遵循以下原则:(1)除尘效率提高到98%以上;(2)做到除尘脱硫一体化,脱硫效率要求大于80%;(3)系统改造要充分利用原有的除尘器的设置,以减小系统占地和投资;(4)进行脱硫除尘改造后,系统阻力必须在引风机的出力范围内,改造中不要更换引风机;(5)系统简单、维护方便、运行安全可靠。
图1 三相流化床除尘脱硫系统流程图
1.文丘里管;2.流化床吸收塔;3.流化床层;4.旋流板除雾器;5.付筒;6.引风机;7.烟囱;8.浆泵;9.石灰石粉仓;10.给料机;11.地下浆池
第一作者:王祖武,男,1962年出生,副教授,武汉大学环境工程系副主任,研究方向为烟气脱硫、脱氮和除尘。3国家电力公司重大科技项目(SPKJ013-03)
・231・
环境污染与防治 第25卷 第4期 2003年8月
2 三相流化床烟气除尘脱硫的原理2.1 除尘机理
改造后的系统保持三相流化床吸收塔下部的蜗壳进口及水膜除尘筒体功能不变,而在塔的上部增加两层流化床层,因此除尘功能区由下部的水膜离心分离和上部的三相流化床除尘两个部分组成。2.1.1 水膜除尘
烟气经蜗壳切向进入塔内后在塔下部旋转上升,在离心力的作用下,粉尘被甩向塔壁并被塔壁水膜带走。在填料球的流化作用下,随气流上升,气流逐渐变厚,并向塔中心迁移,除尘过程由离心分离向流化床的碰撞分离过渡。2.1.2 流化床除尘
进入三相流化床床层后,经下层流化床的均流作用,气流在塔内趋向均匀。在流化床层内,由上向下喷淋的液体使填料球表面具有一定的持液量,由于填料球处于强烈的湍动状态,填料球上液体表面不断更新,床层空间充满了液滴。气流碰撞并绕过湍动的填料球时,粉尘从气流中分离出来并被填料球上的液膜捕获洗脱。随着填料球数量的增加,粉尘在流化床层的碰撞、凝聚分离的几率增加。
图2、图3表示了1m塔径三相流化床除尘脱硫系统热态条件下气流速度Vg、静止床层高度H0、喷淋密度W对填料球动态高度Hd的影响规律。对于三相流化床,除尘效率G=BıH
d
图3 静止床层高度对床层膨胀高度的影响
以上的除尘效率。
2.2 脱硫机理
当吸收剂采用廉价的石灰石时,CaCO3与烟气中的SO2在塔内作用生成CaSO3和CaSO4而将
从反应的机理看,反应主要受SO2由气相SO2除去。
向液相溶解的气膜阻力和CaCO3由固相向液相溶解的液相阻力所控制[2]。克服气膜阻力和液膜阻力,提高气膜传质系数和液相传质系数是改善脱硫效率的基本途径。在脱硫塔内加装填料结构、增加气液比
和增加气体流速都可以改善气液传质,增加气液接触面积和接触反应时间,从而提高脱硫效率。三相流化床符合强化传质的基本思想,流化床中强烈的气、液、固三相的湍动增加了SO2和液体的传质过程,有利于SO2由气相向液相的溶解,使脱硫效果提高。同时在三相流化床反应中较低的pH有利于CaCO3的溶解,从而降低吸收时的液相阻力。
0.075
,式中B为与
粉尘分散度和筛板几何特性相关的参数[1]。Hd随静床高度、气流速度的增加而增加,因此三相流化床除尘效率随静床高度的增加而增加
。
表1、表2表示了1m塔径三相流化床除尘脱硫系统热态条件下静床高度、碳酸钙浆液浓度、喷淋量对脱硫效率的影响规律[3]。试验结果表明,脱硫效率随静床高度、碳酸钙石灰浆液浓度、喷淋密度的增大而增加。碳酸钙石灰浆液浓度增加,CaS增加,系统脱硫效率增加;静床高度和喷淋密度增加都会使填料球上的持液量增加[4],SO2和液体吸收剂接触传质的作用增强,从而使脱硫效率增加。3 410th锅炉三相流化床除尘脱硫增效技术应用
该技术已应用于湖南湘潭电厂125MW机组
图2 气体速度、喷淋密度对床层动态高度的影响
410th锅炉的除尘脱硫技术改造中。改造后没有更
2.1.3 总除尘效率
系统的总除尘效率为:
G=1-(1-GG1)(1-2)
式中:G1为离心分离的除尘效率,一般为70%～90%;G2为流化床层除尘的除尘效率,一般为90%～98%[1];取G1=80%,G2=95%,由上式计算得G=99%。因此经过两段除尘后,系统可以达到98
・232・
改原引风机和电厂原供水系统。改造后的三相流化
床脱硫塔塔径5.5m,塔高31m,满负荷处理烟气量为7.5×105m3h。湘潭电厂11#炉410th锅炉三相流化床除尘脱硫系统已于2000年11月正常运行。其热态运行测试结果见表3。
该系统运行后测试结果表明,系统除尘效率大于98%,脱硫效率大于85%。出口烟气湿度为
王祖武等 文丘里水膜除尘器除尘脱硫增效技术研究
514%～5.7%,出口烟气基本不带水;系统运行稳
碳酸钙浓度
%
0.631.251.88
定,对锅炉机组的安全可靠运行没有产生不利影响。
系统阻力Pa
[1**********]0
表1 碳酸钙浓度对脱硫效率的影响
气体流量Nm3・h-1
[1**********]4
喷淋密度m・m-2・h-3
1
进口SO2浓度mgNm-3
3695.73652.12995.3
脱硫效率%
56.258.066.0
10.1910.1910.19
表2 静止床高对脱硫效率的影响
静床高度m
0.40.70.50.7
气体流量Nm3・h-1
[**************]1
喷淋密度m3・m-2・h-10.1910.1915.2915.29
1
系统阻力Pa
[1**********]350
碳酸钙浓度
%
0.630.630.420.42
进口SO2浓度mg・Nm-3
2392.43695.717062029.7
脱硫效率%
51.756.256.064.5
表3 410th三相流化床工业系统除尘脱硫测试结果
项目试验日期
锅炉负荷t・h引风机开度%烟气温度℃烟气湿度%烟气流速m・s-1-1
工况1
2000.11.13355.370
工况2
2000.11.13351.27012264.26.55.611.913.[***********][1**********]9.3406.6--2344129.590.7-0.2398.1-
工况3
2000.11.14355.37012465.65.75.714.112.[***********][**************].3--2344129.590.7-0.1697.1-
工况4
2001.1.17354.67012065.76.55.412.912.[***********]5253310--[**************].321.80.620.16-70.6
工况5
2001.1.17354.67012065.76.55.412.912.[***********]5253310--[1**********]631.321.80.720.17-73.9
工况6
2001.1.17354.67012065.76.55.412.411.[***********]6241922--[1**********]631.321.81.20.19-80.9
工况7
2001.1.17354.67012065.76.55.412.411.[***********]6241922--[1**********]631.321.81.70.19-86.6
实际烟量m3・h-
1
标态烟量Nm3・h-烟尘浓度mg・Nm-SO2浓度mg・m-3
1
3
进口出口进口出口进口出口进口出口进口出口进口出口进口出口
12264.26.55.611.913.[***********][1**********]9.9534.8--2344129.590.7-0.1996.2-
低位发热量kJ・kg灰分%
煤含硫量%石灰浓度%液气比L・m-除尘效率%脱硫效率%
3
-1
注:①系统阻力1500Pa,再热风量28000m3h;②工况4～7为单塔的测试数据。
4 结 论
(1)三相流化床烟气脱硫技术融除尘和脱硫于
产生不利影响,具备了工业应用的技术条件。
参考文献
1 谭天佑,梁凤珍.工业通风除尘技术.北京:中国建筑工业出版社,
1984
2 雷仲存.工业脱硫技术.北京:化学工业出版社,2001
3 王祖武.1万m3h三相流化床烟气脱硫中间试验初步研究.环境
一体,不用新建脱硫塔,减少系统占地和投资。
(2)三相流化床除尘脱硫系统除尘效率可达98%左右,脱硫效率可达85%左右。
(3)三相流化床除尘脱硫系统出口烟气含湿率5.7%左右,烟气出口基本不带水,不会发生堵塞。
(4)该系统已应用于410th锅炉,已累计运行7000h,运行稳定,对锅炉机组的安全可靠运行没有
工程,1994,(2):20～24
4 李绍基.单段三相流化床反应器持液量研究.天津教育学院学报
(自然科学板),1994,(2):18～21
责任编辑:陈泽军 (收到修改稿日期:2002209226)
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王祖武等 文丘里水膜除尘器除尘脱硫增效技术研究
文丘里水膜除尘器除尘脱硫增效技术研究
王祖武 黄 梅 王聪玲 罗立新 罗运柏
(武汉大学环境工程系, 武汉430072)
3
摘要 介绍了三相流化床技术用于文丘里水膜除尘器除尘脱硫增效的原理、工艺流程以及在410th锅炉上的工业应用结
果。工业运行测试结果表明,其脱硫效率可达85%左右,除尘效率达98%左右。该系统结构简单、运行可靠,具备了工业应用的条件。
关键词 文丘里水膜除尘器 三相流化床 烟气脱硫 除尘
Studyonthetechnologyenhancingthedesulfurizinganddedustingefficiencyofventuriscrubber WangZuwu,HuangMei,WangCongling,etal.DepartmentofEnvironmentalEngineering,WuhanUniversity,Wuhan430072
Abstract:Theprinciple,technologyflowandtheindustrialapplicationona410thboilerofthetechnologythatenhancesthedesulfurizinganddedustingefficiencyofventuriscrubberwiththree2phasefluidizedbedwasintroduced.Theindustrialoperationindicatesthatthedesulfurizingefficiencyisupto85%,thededustingefficiencyisover98%.Ithassimplemakeupandreliableoperationandhasreachedthelevelofindustrialapplication.
Keywords:Venturiscrubber Three2phasefluidizedbed Fluegasdesulfurization Dedusting
文丘里水膜除尘器是目前中小型燃煤锅炉通常采用的一种除尘设备,其运行后的除尘效率通常低
于设计除尘效率,一般为92%左右。随着环保要求的日益严格,它已不能满足国家环保的排放要求。为了不被电除尘器所取代,必须借助于烟气脱硫的优势,进行除尘和脱硫的双重改造。为此,在原文丘里水膜除尘器的基础上,研究开发了融除尘、脱硫为一体的三相流化床烟气除尘脱硫技术,实现除尘和脱硫的双重改造目的,并在410th锅炉上进行了全尺寸除尘脱硫工业试验。该技术具有占地少、投资少、运行稳定、运行费用少的特点,特别适合于已有水膜除尘器的燃煤锅炉烟气脱硫除尘改造。1 三相流化床烟气除尘脱硫改造工艺系统1.1 文丘里水膜除尘器除尘脱硫改造的原则
1.2 三相流化床烟气除尘脱硫工艺系统流程
按照上述改造原则,设计了浅床层三相流化床。
三相流化床是一种高效传质的多相反应器,适用于化学吸收和除尘等多种场合。三相流化床脱硫系统是在原有的文丘里除尘器中的捕滴器内设置填料球流化床和喷淋系统,成为气、液、固三相传质的三相流化床脱硫塔。三相流化床的液体输送改为中心喷淋,并在塔的上部布置烟气旋流板除雾装置,达到消除烟气带水的目的。吸收剂可以采用石灰石、石灰、电厂高pH灰水及其他碱性吸收剂。为了降低系统阻力,流化床设计成浅床层,并将文丘里管拉直以减少该部分阻力。经改造的系统流程见图1
。
由于文丘里水膜除尘器已经在线运行,其改造必须遵循以下原则:(1)除尘效率提高到98%以上;(2)做到除尘脱硫一体化,脱硫效率要求大于80%;(3)系统改造要充分利用原有的除尘器的设置,以减小系统占地和投资;(4)进行脱硫除尘改造后,系统阻力必须在引风机的出力范围内,改造中不要更换引风机;(5)系统简单、维护方便、运行安全可靠。
图1 三相流化床除尘脱硫系统流程图
1.文丘里管;2.流化床吸收塔;3.流化床层;4.旋流板除雾器;5.付筒;6.引风机;7.烟囱;8.浆泵;9.石灰石粉仓;10.给料机;11.地下浆池
第一作者:王祖武,男,1962年出生,副教授,武汉大学环境工程系副主任,研究方向为烟气脱硫、脱氮和除尘。3国家电力公司重大科技项目(SPKJ013-03)
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环境污染与防治 第25卷 第4期 2003年8月
2 三相流化床烟气除尘脱硫的原理2.1 除尘机理
改造后的系统保持三相流化床吸收塔下部的蜗壳进口及水膜除尘筒体功能不变,而在塔的上部增加两层流化床层,因此除尘功能区由下部的水膜离心分离和上部的三相流化床除尘两个部分组成。2.1.1 水膜除尘
烟气经蜗壳切向进入塔内后在塔下部旋转上升,在离心力的作用下,粉尘被甩向塔壁并被塔壁水膜带走。在填料球的流化作用下,随气流上升,气流逐渐变厚,并向塔中心迁移,除尘过程由离心分离向流化床的碰撞分离过渡。2.1.2 流化床除尘
进入三相流化床床层后,经下层流化床的均流作用,气流在塔内趋向均匀。在流化床层内,由上向下喷淋的液体使填料球表面具有一定的持液量,由于填料球处于强烈的湍动状态,填料球上液体表面不断更新,床层空间充满了液滴。气流碰撞并绕过湍动的填料球时,粉尘从气流中分离出来并被填料球上的液膜捕获洗脱。随着填料球数量的增加,粉尘在流化床层的碰撞、凝聚分离的几率增加。
图2、图3表示了1m塔径三相流化床除尘脱硫系统热态条件下气流速度Vg、静止床层高度H0、喷淋密度W对填料球动态高度Hd的影响规律。对于三相流化床,除尘效率G=BıH
d
图3 静止床层高度对床层膨胀高度的影响
以上的除尘效率。
2.2 脱硫机理
当吸收剂采用廉价的石灰石时,CaCO3与烟气中的SO2在塔内作用生成CaSO3和CaSO4而将
从反应的机理看,反应主要受SO2由气相SO2除去。
向液相溶解的气膜阻力和CaCO3由固相向液相溶解的液相阻力所控制[2]。克服气膜阻力和液膜阻力,提高气膜传质系数和液相传质系数是改善脱硫效率的基本途径。在脱硫塔内加装填料结构、增加气液比
和增加气体流速都可以改善气液传质,增加气液接触面积和接触反应时间,从而提高脱硫效率。三相流化床符合强化传质的基本思想,流化床中强烈的气、液、固三相的湍动增加了SO2和液体的传质过程,有利于SO2由气相向液相的溶解,使脱硫效果提高。同时在三相流化床反应中较低的pH有利于CaCO3的溶解,从而降低吸收时的液相阻力。
0.075
,式中B为与
粉尘分散度和筛板几何特性相关的参数[1]。Hd随静床高度、气流速度的增加而增加,因此三相流化床除尘效率随静床高度的增加而增加
。
表1、表2表示了1m塔径三相流化床除尘脱硫系统热态条件下静床高度、碳酸钙浆液浓度、喷淋量对脱硫效率的影响规律[3]。试验结果表明,脱硫效率随静床高度、碳酸钙石灰浆液浓度、喷淋密度的增大而增加。碳酸钙石灰浆液浓度增加,CaS增加,系统脱硫效率增加;静床高度和喷淋密度增加都会使填料球上的持液量增加[4],SO2和液体吸收剂接触传质的作用增强,从而使脱硫效率增加。3 410th锅炉三相流化床除尘脱硫增效技术应用
该技术已应用于湖南湘潭电厂125MW机组
图2 气体速度、喷淋密度对床层动态高度的影响
410th锅炉的除尘脱硫技术改造中。改造后没有更
2.1.3 总除尘效率
系统的总除尘效率为:
G=1-(1-GG1)(1-2)
式中:G1为离心分离的除尘效率,一般为70%～90%;G2为流化床层除尘的除尘效率,一般为90%～98%[1];取G1=80%,G2=95%,由上式计算得G=99%。因此经过两段除尘后,系统可以达到98
・232・
改原引风机和电厂原供水系统。改造后的三相流化
床脱硫塔塔径5.5m,塔高31m,满负荷处理烟气量为7.5×105m3h。湘潭电厂11#炉410th锅炉三相流化床除尘脱硫系统已于2000年11月正常运行。其热态运行测试结果见表3。
该系统运行后测试结果表明,系统除尘效率大于98%,脱硫效率大于85%。出口烟气湿度为
王祖武等 文丘里水膜除尘器除尘脱硫增效技术研究
514%～5.7%,出口烟气基本不带水;系统运行稳
碳酸钙浓度
%
0.631.251.88
定,对锅炉机组的安全可靠运行没有产生不利影响。
系统阻力Pa
[1**********]0
表1 碳酸钙浓度对脱硫效率的影响
气体流量Nm3・h-1
[1**********]4
喷淋密度m・m-2・h-3
1
进口SO2浓度mgNm-3
3695.73652.12995.3
脱硫效率%
56.258.066.0
10.1910.1910.19
表2 静止床高对脱硫效率的影响
静床高度m
0.40.70.50.7
气体流量Nm3・h-1
[**************]1
喷淋密度m3・m-2・h-10.1910.1915.2915.29
1
系统阻力Pa
[1**********]350
碳酸钙浓度
%
0.630.630.420.42
进口SO2浓度mg・Nm-3
2392.43695.717062029.7
脱硫效率%
51.756.256.064.5
表3 410th三相流化床工业系统除尘脱硫测试结果
项目试验日期
锅炉负荷t・h引风机开度%烟气温度℃烟气湿度%烟气流速m・s-1-1
工况1
2000.11.13355.370
工况2
2000.11.13351.27012264.26.55.611.913.[***********][1**********]9.3406.6--2344129.590.7-0.2398.1-
工况3
2000.11.14355.37012465.65.75.714.112.[***********][**************].3--2344129.590.7-0.1697.1-
工况4
2001.1.17354.67012065.76.55.412.912.[***********]5253310--[**************].321.80.620.16-70.6
工况5
2001.1.17354.67012065.76.55.412.912.[***********]5253310--[1**********]631.321.80.720.17-73.9
工况6
2001.1.17354.67012065.76.55.412.411.[***********]6241922--[1**********]631.321.81.20.19-80.9
工况7
2001.1.17354.67012065.76.55.412.411.[***********]6241922--[1**********]631.321.81.70.19-86.6
实际烟量m3・h-
1
标态烟量Nm3・h-烟尘浓度mg・Nm-SO2浓度mg・m-3
1
3
进口出口进口出口进口出口进口出口进口出口进口出口进口出口
12264.26.55.611.913.[***********][1**********]9.9534.8--2344129.590.7-0.1996.2-
低位发热量kJ・kg灰分%
煤含硫量%石灰浓度%液气比L・m-除尘效率%脱硫效率%
3
-1
注:①系统阻力1500Pa,再热风量28000m3h;②工况4～7为单塔的测试数据。
4 结 论
(1)三相流化床烟气脱硫技术融除尘和脱硫于
产生不利影响,具备了工业应用的技术条件。
参考文献
1 谭天佑,梁凤珍.工业通风除尘技术.北京:中国建筑工业出版社,
1984
2 雷仲存.工业脱硫技术.北京:化学工业出版社,2001
3 王祖武.1万m3h三相流化床烟气脱硫中间试验初步研究.环境
一体,不用新建脱硫塔,减少系统占地和投资。
(2)三相流化床除尘脱硫系统除尘效率可达98%左右,脱硫效率可达85%左右。
(3)三相流化床除尘脱硫系统出口烟气含湿率5.7%左右,烟气出口基本不带水,不会发生堵塞。
(4)该系统已应用于410th锅炉,已累计运行7000h,运行稳定,对锅炉机组的安全可靠运行没有
工程,1994,(2):20～24
4 李绍基.单段三相流化床反应器持液量研究.天津教育学院学报
(自然科学板),1994,(2):18～21
责任编辑:陈泽军 (收到修改稿日期:2002209226)
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