本文采用多相流CFD仿真技術(shù),考慮燒結(jié)煙氣與霧滴的熱交換,相變對溫度的影響,假設(shè)煙氣和霧滴接觸立即反應(yīng),即忽略化學(xué)反應(yīng)時間,建立三維幾何模型,對煙氣在設(shè)備中運(yùn)行的速度、濃度、溫度等進(jìn)行數(shù)值模擬計算。根據(jù)實際運(yùn)行情況對比研究系統(tǒng)的適應(yīng)性,同時為優(yōu)化參數(shù)、改良運(yùn)行方式提供依據(jù)。

煙氣分布器適用性分析

煙氣分布器的主要作用:①使煙氣能夠均勻分布到脫硫塔內(nèi),使煙氣與漿液霧滴進(jìn)行充分接觸、反應(yīng)。由于脫硫的酸堿中和反應(yīng)大部分是在濕態(tài)下進(jìn)行的,必須使大部分煙氣在脫硫塔上部就能夠和漿液霧滴(液態(tài))充分接觸;②用于調(diào)整進(jìn)入煙氣的初速度,保證煙氣在塔內(nèi)的停留時間。本項目采用的煙氣分布器為螺旋漸變式結(jié)構(gòu)[4]。　　本煙氣分布器進(jìn)口尺寸為4500mm×4500mm,分布器進(jìn)口風(fēng)速為25m/s,經(jīng)煙氣分布器擴(kuò)散后,進(jìn)入塔內(nèi)的入口初風(fēng)速為12m/s。其氣流分布情況數(shù)值模擬見圖2（略）。從圖2可以看出,模擬數(shù)值與設(shè)計計算值吻合,氣流經(jīng)分布器后分布均勻,速度由分布器入塔處的12~14m/s迅速降低至塔內(nèi)的2~3m/s。氣流流線沿切線方向旋轉(zhuǎn)向下,在塔內(nèi)停留路徑最長,保證煙氣停留時間。

旋轉(zhuǎn)噴霧器適應(yīng)性分析

旋轉(zhuǎn)噴霧器是SDA系統(tǒng)最為核心的部件,設(shè)備精密性和穩(wěn)定性要求嚴(yán)格。旋轉(zhuǎn)噴霧器選型既要保證漿液輸送量、噴霧霧徑[5],又要控制塔壁處漿液濃度分布適中,使煙氣不遺漏,塔壁不粘結(jié)。噴霧半徑理論計算公式為（略），式中,d為霧化器轉(zhuǎn)輪直徑,m;ML為進(jìn)料速率,kg/h;N為轉(zhuǎn)速,r/min;(R99)0.9為霧化器下0.9m處霧滴占全噴霧量99%時的霧滴飛行距離,m。本項目旋轉(zhuǎn)噴霧器轉(zhuǎn)輪直徑為350mm,運(yùn)行進(jìn)料速率為35~45t/h,最大量可以達(dá)到90t/h,轉(zhuǎn)速為9000~12000r/min。帶入式(1)可以得出噴霧半徑范圍為8.0~8.6m。相對于塔半徑9.4m來說顯得略小,本項目增加了中心煙氣通道,使形成的傘霧向上托起,達(dá)到增大霧徑的效果。從圖3可以看出增加中心煙氣通道可以使噴霧器形成的傘形霧滴向上托起,覆蓋住塔的橫斷面,使煙氣不遺漏。當(dāng)進(jìn)料量在35~45t/h范圍時,漿液霧滴在塔內(nèi)的整體分布均勻,進(jìn)料量達(dá)45t/h時,塔壁面的漿液濃度偏高,容易產(chǎn)生粘壁。從現(xiàn)場運(yùn)行情況來看,在保證煙氣排放達(dá)標(biāo)的情況下,漿液進(jìn)料量在30~45t/h范圍波動,瞬時會達(dá)到50t/h,塔壁面并未產(chǎn)生副產(chǎn)物掛壁現(xiàn)象。但從其他行業(yè)類似系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)驗來看,一旦發(fā)生脫硫副產(chǎn)物掛壁,脫硫塔內(nèi)可用直徑減小,漿液噴霧未干燥就會到達(dá)壁面,掛壁現(xiàn)象逐漸嚴(yán)重,最終導(dǎo)致運(yùn)行不利。因此,避免漿液掛壁對運(yùn)行穩(wěn)定非常重要,建議實際操作時不能一味增加噴漿量進(jìn)行SO2排放濃度控制,當(dāng)煙氣SO2濃度偏高時應(yīng)通過調(diào)節(jié)漿液濃度來保證排放達(dá)標(biāo)。

脫硫塔適用性分析

脫硫塔是SDA系統(tǒng)的主要脫硫設(shè)備,塔設(shè)計取值直接關(guān)系到脫硫效果的好壞。SDA系統(tǒng)完成SO2煙氣與石灰漿液霧滴的反應(yīng)速率可看成漿液霧滴與煙氣一接觸即發(fā)生反應(yīng),即99%的霧滴和煙氣發(fā)生的反應(yīng)在0.5~1.0s之內(nèi)可以完成。因此,塔高的設(shè)計應(yīng)主要從保證霧滴干燥方面考慮,應(yīng)保證漿液在塔內(nèi)停留時間大于5~7s。鑒于燒結(jié)機(jī)煙氣特性,尤其是煙氣溫度的波動性,為保證霧滴的充分干燥,建議漿液霧滴在塔內(nèi)停留時間大于10s。設(shè)定漿液進(jìn)料量為40t/h,煙氣量為1800000m3/h,煙氣入口溫度為414K,通過模擬觀察脫硫塔內(nèi)流場和溫度場分布。從圖4可以看出,脫硫塔內(nèi)流場分布較為均勻,氣流湍流段分布在塔體上半部分、塔體灰斗以及脫硫塔壁面處。塔體段的湍流有助于煙氣和漿液霧滴的充分接觸與反應(yīng),保證SO2的充分去除。但是塔體灰斗部分的湍流會造成沉積在塔底的脫硫副產(chǎn)物二次飛揚(yáng),隨氣流進(jìn)入除塵器,使除塵器負(fù)荷增加。從實際脫硫塔出口煙道粉塵濃度檢測結(jié)果來看,粉塵質(zhì)量濃度在15~50g/m3范圍波動,大部分的時候在30g/m3以下,這個濃度對布袋除塵器來說是適用的,但是從節(jié)能和除塵器使用壽命角度來講,建議在灰斗設(shè)置導(dǎo)流裝置來進(jìn)一步改善灰斗處氣流分布,控制二次揚(yáng)塵,降低粉塵濃度,減小除塵負(fù)荷。從圖5(略)可以看出脫硫塔內(nèi)溫度分布均勻,說明漿液霧滴分散較好,塔內(nèi)煙氣降溫勻稱有序,塔體出口溫度在350K左右,該溫度范圍對后期除塵有利,塔體和旋轉(zhuǎn)噴霧器設(shè)計擬合程度較高,設(shè)計合理。

布袋除塵器適用性分析

在SDA系統(tǒng)中,燒結(jié)煙氣經(jīng)過脫硫塔處理后煙氣溫度可以降低到80~90℃,這為布袋除塵器的使用提供了基礎(chǔ)條件,但是燒結(jié)煙氣成分復(fù)雜,煙氣量大,易腐蝕[6],再加上經(jīng)過脫硫塔后煙氣中粉塵濃度較大,如何使布袋除塵器最好地發(fā)揮其高效收塵的優(yōu)勢,設(shè)備選型是關(guān)鍵。SDA系統(tǒng)建議采用長袋低壓中箱體進(jìn)風(fēng)結(jié)構(gòu)的布袋除塵器,以減小除塵器占地和鋼材用量達(dá)到降低造價的目的[7]。同時,布袋防腐蝕、防水也是布袋除塵應(yīng)用能夠成功的重要因素,因此,可以通過兩種方式共同作用達(dá)到該目的。①選用防腐蝕、防水濾料,為節(jié)省投資,建議采用PTFE覆膜或浸漬處理,袋籠考慮不銹鋼材質(zhì)或者有機(jī)硅噴涂處理;②對前期系統(tǒng)進(jìn)行合理控制,保證煙氣性質(zhì)穩(wěn)定,從而為布袋除塵提供較好的收塵環(huán)境。溫度是運(yùn)行控制中的最主要參數(shù),通常通過脫硫塔內(nèi)漿液的噴入量控制脫硫塔出口煙氣溫度在80~90℃,不高于120℃防止布袋燒損(PTFE覆膜或浸漬濾料瞬時耐溫為130℃,耐溫120℃);不低于70℃,保證煙氣溫度高于水露點溫度15~20℃范圍,使煙氣一直處于干燥狀態(tài)。從目前在線監(jiān)測系統(tǒng)檢測數(shù)據(jù)來看,粉塵排放質(zhì)量濃度小于30mg/m3,布袋除塵器運(yùn)行良好,布袋除塵器壓力損失控制在1100Pa左右,布袋未出現(xiàn)腐蝕、水浸漬情況。從節(jié)能角度,建議控制布袋運(yùn)行壓力損失在1200~1500Pa。

結(jié)論

(1)SDA法適用于燒結(jié)煙氣脫硫,工藝設(shè)計及設(shè)備選型要充分考慮燒結(jié)煙氣特性。(2)設(shè)置煙氣分布裝置,可保證煙氣在塔內(nèi)均衡;脫硫塔內(nèi)可增設(shè)中心煙氣通道,對控制脫硫劑用量、降低脫硫塔高度有幫助。(3)要充分考慮噴霧半徑與脫硫塔半徑的契合程度,當(dāng)脫硫塔設(shè)置有中心煙氣通道時,建議噴霧半徑低于脫硫塔半徑的10%~12%,防止粘壁,可調(diào)節(jié)漿液濃度來保證脫硫效果。(4)脫硫塔設(shè)計需保證煙氣在脫硫塔內(nèi)停留時間大于10s,脫硫塔底部應(yīng)設(shè)置煙氣導(dǎo)流裝置,防止二次揚(yáng)塵。(5)建議采用長袋低壓脈沖式中箱體進(jìn)風(fēng)結(jié)構(gòu)布袋除塵器,濾袋應(yīng)達(dá)到防腐耐溫要求。

本文作者：黃鶯 余明銳 李東平 單位：重慶三峰環(huán)境產(chǎn)業(yè)集團(tuán)有限公司 上海立誼環(huán)保工程技術(shù)有限公司