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工业安全与环保2013年第39卷第3期
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旋转喷雾法净化烧结
S02烟
气适用性分析
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(1．重庆三峰环境产业集团有限公司重庆400084；2．上海立谊环保工程技术有限公司上海200940)
摘要根据实际烧结工况的运行边界条件对用于净化烟气s 晚的s D A 系统进行数值模拟，通过对比自制有源音箱
分析系统各核心设备中气流速度、反应物浓度、设备内温度分布变化情况，证明S D A 系统可以较好地 适用于烧结工况。实际应用时应设置烟气进风分布装置；中心烟气通道对控制脱硫剂用量、降低脱硫塔高度有重要作用；为了保证塔内反应充分，反应物干燥完全，应保证烟气在塔内停留时间大于l O s ；旋转喷雾器应与脱硫 塔进行拟合选型设计，同时为保证烟气排放达标，除尘系统应选择防腐耐温材料。
关键词烧结脱硫s D A 数值模拟
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O 引言
壬辰变法喷雾干燥脱硫技术(SD A )作为一种成熟的脱硫技术被广泛应用于化工、电力、制药、食品等行业…，
该工艺具有流程简单、腐蚀少、占地面积小、脱硫后烟气无需再热、运行费用低、干燥后的废渣易处理等优点【2-3J 。重庆钢铁集团在2#烧结项目中采用了该种方式对烧结烟气S02净化，自2011年初运行以来脱硫效果显著，取得了稳定的达标运行业绩。l 烧结跚I A 脱硫工艺介绍
烧结SD A 脱硫工艺是在传统S D A 工艺基础上对核心参数进行调整以适应烧结烟气的复杂性【3J ，同时增设脱硫副产物二次循环系统，即根据烟气中S02浓度变化自动调整新鲜石灰浆液和脱硫副产物二次循环浆液的配比量，通过旋转喷雾器将混合浆液雾化成80弘m 以下的雾滴与烟气中S02发生酸碱反应，从而脱除烟气中的S02。该工艺系统主要包括6个部分：①制浆系统；②脱硫系统；③脱硫副产物制浆循环系统；④布袋除尘系统；⑤引风系统；⑥电气控制系统。工艺布置如图l 所示。
卜一脱硫塔；2—脱硫副产物循环制浆系统；
3一制浆系统；4一除尘器；5一引风机；6一烟囱
图l 烧结龇'A 脱硫工艺布置
生石灰和水消化制浆输送到脱硫塔顶，与脱硫副产物制成的循环浆液在脱硫塔顶部混合后由旋转
雾化器雾化成雾滴，与来自脱硫塔顶部烟气分配器和下进气管均布后的烧结烟气充分接触，吸收烟气
中的sQ 生成C a 鼢或cas04，在塔下半部形成固体
干粉，一部分在塔底沉积，另一部分随气流进人布袋除尘装置收集后输送至脱硫副产物制浆循环系统。2印I A 系统核心设备对烧结工况适应性分析
sD A 脱硫系统的主要脱硫过程是在脱硫塔内进
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行的，布袋除尘器对脱硫效果有一定的辅助作用，选择合适的设备及运行参数与烧结烟气特性相适应是保证脱硫效果的关键所在。本文采用多相流C FD 仿真技术，考虑烧结烟气与雾滴的热交换，相变对温度的影响，假设烟气和雾滴接触立即反应，即忽略化学反应时间，建立三维几何模型，对烟气在
设备中运行的速度、浓度、温度等进行数值模拟计算。根据实际运行情况对比研究系统的适应性，同时为优化参数、改良运行方式提供依据。
2．1烟气分布器适用性分析
烟气分布器的主要作用：①使烟气能够均匀分布到脱硫塔内，使烟气与浆液雾滴进行充分接触、反应。由于脱硫的酸碱中和反应大部分是在湿态下进行的，必须使大部分烟气在脱硫塔上部就能够和浆液雾滴(液态)充分接触；②用于调整进入烟气的初速度，保证烟气在塔内的停留时间。本项目采用的烟气分布器为螺旋渐变式结构【4J。
本烟气分布器进口尺寸为4500姗×4500 n瑚，分布器进口风速为25n∥s，经烟气分布器扩散后，进入塔内的入口初风速为12l n／s。其气流分布情况数值模拟见图2。
图2烟气分布器气流分布模拟
从图2可以看出，模拟数值与设计计算值吻合，气流经分布器后分布均匀，速度由分布器入塔处的12一14∥s迅速降低至塔内的2—3—n／s。气流流线沿切线方向旋转向下，在塔内停留路径最长，保证烟气停留时间。
2．2旋转喷雾器适应性分析
旋转喷雾器是sD A系统最为核心的部件，设备精密性和稳定性要求严格。旋转喷雾器选型既要保证浆液输送量、喷雾雾径[5】，又要控制塔壁处浆液浓度分布适中，使烟气不遗漏，塔壁不粘结。喷雾半径理论计算公式为：
，，o．3^和．25
(‰)o．9=3．46×j考扣(1)式中，d为雾化器转轮直径，m；肘L为进料速率，
kg／h；Ⅳ为转速，r／m毗(R99)o．9为雾化器下O．9m处雾滴占全喷雾量99％时的雾滴飞行距离，m。
本项目旋转喷雾器转轮直径为350n，运行进料速率为35。45泊，最大量可以达到90∥h，转速为9000—12O oo r／m i I l。带人式(1)可以得出喷雾半径范围为8．0～8．6m。相对于塔半径9．4m来说显得略小，本项目增加了中心烟气通道，使形成的伞雾向上托起，达到增大雾径的效果。
从图3可以看出增加中心烟气通道可以使喷雾器形成的伞形雾滴向上托起，覆盖住塔的横断面，使烟气不遗漏。当进料量在35—45∥h范围时，浆液雾滴在塔内的整体分布均匀，进料量达45L／h时，塔壁面的浆液浓度偏高，容易产生粘壁。从现场运行情况来看，在保证烟气排放达标的情况下，浆液进料量在30～45∥h范围波动，瞬时会达到50∥h，塔壁面并未产生副产物挂壁现象。但从其他行业类似
系统运行经验来看，一旦发生脱硫副产物挂壁，脱硫塔内可用直径减小，浆液喷雾未干燥就会到达壁面，挂壁现象逐渐严重，最终导致运行不利。因此，避免浆液挂壁对运行稳定非常重要，建议实际操作时不能一味增加喷浆量进行s02排放浓度控制，当烟气S02浓度偏高时应通过调节浆液浓度来保证排放达标。
(a)35“h(b)4u“h(c)45“h
图3雾滴在塔内的浓度分布
2．3脱硫塔适用性分析
脱硫塔是s D A系统的主要脱硫设备，塔设计取值直接关系到脱硫效果的好坏。SD A系统完成S02烟气与石灰浆液雾滴的反应速率可看成浆液雾滴与烟气一接触即发生反应，即99％的雾滴和烟气发生的反应在O．5。1．O s之内可以完成。因此，塔高的设计应主要从保证雾滴干燥方面考虑，应保证浆液在塔内停留时间大于5—7s。鉴于烧结机烟气特性，尤其是烟气温度的波动性，为保证雾滴的充分干燥，建议浆液雾滴在塔内停留时间大于10s。设定浆液进料量为40L／h，烟气量为1800000m3／l l，烟气人口温度为414K，通过模拟观察脱硫塔内流场和温度场分布。
从图4可以看出，脱硫塔内流场分布较为均匀，气流湍流段分布在塔体上半部分、塔体灰斗以及脱
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硫塔壁面处。塔体段的湍流有助于烟气和浆液雾滴的充分接触与反应，保证S02的充分去除。但是塔体灰斗部分的湍流会造成沉积在塔底的脱硫副产物二次飞扬，随气流进人除尘器，使除尘器负荷增加。从实际脱硫塔出口烟道粉尘浓度检测结果来看，粉尘质量浓度在15。50g ／m 3范围波动，大部分的时候在30g ／m 3以下，这个浓度对布袋除尘器来说是适用的，但是从节能和除尘器使用寿命角度来讲，建议在灰斗设置导流装置来进一步改善灰斗处气流分布，控制二次扬尘，降低粉尘浓度，减小除尘负荷。
圈4脱硫塔内流场分布
从图5可以看出脱硫塔内温度分布均匀，说明浆液雾滴分散较好，塔内烟气降温匀称有序，塔体出口温度在350K 左右，该温度范围对后期除尘有利，塔体和旋转喷雾器设计拟合程度较高，设计合理。
图5脱硫塔内温度场分布
2．4布袋除尘器适用性分析
在SD A 系统中，烧结烟气经过脱硫塔处理后烟气温度可以降低到80一90℃，这为布袋除尘器的使
用提供了基础条件，但是烧结烟气成分复杂，烟气量大，易腐蚀[6l ，再加上经过脱硫塔后烟气中粉尘浓度较大，如何使布袋除尘器最好地发挥其高效收尘的优势，设备选型是关键。SD A 系统建议采用长袋低压中箱体迸风结构的布袋除尘器，以减小除尘器占地和钢材用量达到降低造价的目的一J 。同时，布袋防腐蚀、防水也是布袋除尘应用能够成功的重要因素，因此，可以通过两种式共同作用达到该目的。①选用防腐蚀、防水滤料，为节省投资，建议采用
PI H ：覆膜或浸渍处理，袋笼考虑不锈钢材质或者有机硅喷涂处理；②对前期系统进行合理控制，保证烟气性质稳定，从而为布袋除尘提供较好的收尘环境。温度是运行控制中的最主要参数，通常通过脱硫塔内浆液的喷人量控制脱硫塔出口烟气温度在80～90℃，不高于120℃防止布袋烧损(P1r FE 覆膜或浸渍滤料瞬时耐温为130℃，耐温120℃)；不低于70℃，保证烟气温度高于水露点温度15—20℃范围，使烟气一直处于干燥状态。
从目前在线监测系统检测数据来看，粉尘排放
质量浓度小于30叫m 3，布袋除尘器运行良好，布
袋除尘器压力损失控制在1100Pa 左右，布袋未出现腐蚀、水浸渍情况。从节能角度，建议控制布袋运行压力损失在1200—1500Pa 。
3结论
(1)SD A 法适用于烧结烟气脱硫，工艺设计及设备选型要充分考虑烧结烟气特性。
(2)设置烟气分布装置，可保证烟气在塔内均衡；脱硫塔内可增设中心烟气通道，对控制脱硫剂用量、降低脱硫塔高度有帮助。
(3)要充分考虑喷雾半径与脱硫塔半径的契合程度，当脱硫塔设置有中心烟气通道时，建议喷雾半径低于脱硫塔半径的10％一12％，防止粘壁，可调节浆液浓度来保证脱硫效果。
(4)脱硫塔设计需保证烟气在脱硫塔内停留时间大于10s ，脱硫塔底部应设置烟气导流装置，防止
二次扬尘。
(5)建议采用长袋低压脉冲式中箱体进风结构布袋除尘器，滤袋应达到防腐耐温要求。
参考文献
[1]谷吉林．旋转喷雾干燥法(s D A )脱硫工艺系统的应用研究[J]．中国环保产业，20∞(6)：38—42．
[2]李奇勇．烧结烟气半干法选择性脱硫新技术的应用[J]．
节能环保技术，200r 7(6)：38—42．
活熊取胆汁
[3]王晓泳．我国烧结脱硫现状分析[J ]．工业安全与环保，
20cr 7，33(12)：25—27．
[4]触枷鸭t ed ScllIIlidt ，C 哪把n 硒‰．喷雾干燥吸收
(姒)一高灵活性的烟气净化工艺[J]．冶金环境保护，
2008(5)：23—26．
[5]柳华锋，孙勤，谭朝尹，等．模拟喷雾干燥的不同湍流模型
比较[J ]．化工时刊，201l ，25(3)：7—9．[6]K al san
H
T ，飚唧J ．’I ．en 诅慨删蛐越spmy —dry
∞删ng 0f 她[J]．c 妇Eng ‰M ，1987(10)：104—
112．
[7]黄莺，杨岩．袋式除尘器进风结构型式对气流分布影响数
值模拟分析[J]．现代矿业，2009(6)：56—58．
作者简介黄莺，女，1983年生，工学硕士，工程师，从事冶金
及垃圾焚烧发电行业烟气处理技术研发及设计。
(收稿日期：2012一∞一06)
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