PDF《内循环流化床烟气脱硫装置结构及流化性能》

内循环流化床烟气脱硫装置结构及流化性能 杨柳春 ?杨文奇 ?童志权?湘潭大学环境工程系 ? 湘潭 ?????? ? ∞2 ?? ? ?? ???? ? ? ∏ ?? ??? ? ? ? ??? 摘要 ? 提出了开发一种新型内循环流化床烟气脱硫装置的设想 ? 通过不同型式床顶 !床底结构的试验 ? 确定了实现 这一构想的最佳流化床结构型式 ? 研究了冷态条件下该装置内床料流化的状态及固含率轴向分布情况 ? 初步考察 了其流体力学性质 ? 实验结果表明 ? 气速在 ?1? ? ? ???时?装置能实现大量固体颗粒的内循环 ? 床料在床内的运动 呈/ 环2核0结构 ? 床内固体颗粒物浓度高于传统等径流化床 ? 可将其用于烟气脱硫工艺 ? 关键词 ? 内循环流化床 ? 烟气脱硫 ? 固含率 中图分类号 ?÷???1? 文献标识码 ?? 文章编号 ? ????2????????????2??2???? 作者简介 ? 杨柳春????? ? ? ? 男?硕士研究生 ? 主要从事大气污 染控制技术的研究 ? 收稿日期 ? ????2??2?? ? 修订日期 ? ????2??2?? Στρυχτυρε ανδ Φ λυιδιζατιον οφ αν Ιντερνα λ λψ Χ ιρχυλατινγ Φ λυιδιζεδ Βεδ φορ ΦΓ ? Προχε σ σ ≠? ?? ? ? ∏ ? ?∏ ? ? ≠? ?? ? ? ?? ?? *??? ?? ? ?∏ ? ?? ?? ? ? ? ? ? ∞?√? ? ???? ?? ? ? ∞?? ? ?? ? ? ? ??? ÷? ??? ? ? ? ?? ? √? ? ? ? ? ? ? ÷? ??? ? ?? ?????? ? ≤? ? ?? ∞

2 ?? ? ?? ???? ? ? ∏ ?? ??? ? ? ? ??? Αβσ τραχτ :? ??? ? ?? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ∏ ? ? ? ? ??? ? ∏ ? ? ? ?? ?? ? ?? ? ?? ?? ? ? ? ? ? ? ??? ?? ? √? ? ?? ? ??? ??? ? ? ? ? ? ? ?? ? ?? ? ?? ?? ??? ??? ? ? ? ?? ? ? ? ∏ ?

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1 实验部分

111 物料 本实验中 ? 所采用的床料有 ? 种不同粒径 的河沙以及取自某炼钢厂粉煤锅炉湿法除尘而 得的粉煤灰 ? 其基本物性如表 ? 所示 ?

112 实验装置及方法 图?所示为内循环流化床冷态实验的流程 图?整个系统由引风系统 !循环流化床?床体上 ! 下部结构均可拆换? !气固分离收集系统及测量 系统 ? 大部分组成 ? 其中流化床主体用有机玻 璃管制成 ? 以便观察床内流化状况 ? 图?和图 ? 分别为可供拆换的几种上 ! 下部结构 ? 第?? 卷第 ? 期???? 年?月环境科学∞???? ? ?? ∞?* ??≥≤?∞?≤ ∞ ? ? ?? ?? ?? ?? ? ≥? ??? ???? 表1粒子的基本物性 *? ? ? ?? ?? ? ? ?? ? ?? ? ? ? ? ? ?? ?? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? 床料 粒径范 围?目 平均粒 径δ? ? ? ? 颗粒密 度Θ???? # ? ? ? 最小流化 速度 υ?? ? ?#?? ? 终端速 度υ? ? ?#?? ? 河沙 ? ?? ? ?? ?1??? ???? ?1?? ?1?? 河沙 ? ?? ? ?? ?1??? ???? ?1?? ?1?? 河沙 ? ?? ? ?? ?1??? ???? ?1?? ?1?? 粉煤灰 ? ?? ?1??? ???? ?1??? ?1?? 流化床的主要参数为 ?≠ 流化床反应器 ? 内径 ???? ? ? 提升管高 ????? ? ?? 上部挡板 ? 有?层??块挡板间距为 ??? ? ? 挡板层间距为 ??? ? ? 挡板由对剖开的直径 ??? ? 塑料管制 成?≈普通流化床筛板 ? 有直径 ?? ? 的小孔 ???? 个?在圆形板上呈正方形分布 ? 开孔率为 ??1? ? ?… 文丘里 ?喉径为 ??? ? ?扩大角为 ??β ?? 喷流床 ?向上的锥角为 ??β ? 在锥面垂直 均匀布孔 ??? 个?每个孔的直径为 ?? ? ? 中心 为直径 ??? ? 的进气口 ?? 测量系统 ? 在进气 管上安装皮托管测量风量 ? 床体上开设 ?? 个静 压测孔 ?与分布板的距离分别为 ? ?? ??1?? ? ?1?? ? ?1?? ? ?1?? ? ?1?? ? ?1?? ? ?1?? ? ?1?? ? ?1?? ? ?1?? ? ?1?? ? ?1?? ? ?1?? ? ?1?? ? ?1?? ? 另外还在塔 体上布置了 ? 个全压测点以测量各部分的压降 情况?如图 ? 所示? ?

113 实验方法 首先分别测定几种床底结构的压降和不同 床顶结构下的外循环量 ? 并观察比较相应结构 下床内的流化状况 ? 筛选出适合于烟气脱硫的 床结构形式 ? 确定之后 ? 实验主要考察其气固两 相分布状况 ? 流化气体为室温空气 ? 实验时 ? 床 料经称量后一次性加入流化床 ? 回流管上装有 测量管以测量固体颗粒的外循环量 ? 床体上的 静压测点通过管线与 ? 型压力计相连 ? 读取床 体静压时均值后可换算出轴向的压力梯度 ?π/ ?Ζ( ?Ζ 为相邻两测压点的间距 ?? ??π 为相邻 两测压点的压降 , °? ) .

相应高度截面处的平均 固含率 Ν ?用以下公式计算 ? ? ?π/ ?Ζ = [ Θ ?(? ? Ν ? ) + Θ ?Ν ? ] γ Υ Θ ?Ν ?γ 式中 ?π? 为颗粒密度 ?Ν ?为固含率 ?γ 为重力加 速度 ?上式忽略了气固两相的加速效应及其与 床壁的摩擦效应 ? 故计算出的是表观固含率 ? 图1实验装置 ?? ?? ? ∞?? ? ? ? ?? ?? ? ?? ? ? 2∏ ? 图2几种上部结构 ?? ?? ? *??? ? ? ∏ ? ? ∏ ? ? ? 图3几种底部结构 ?? ?? ? ?? ? ? ? ? ? ? ∏ ? ? ∏ ? ? ?

2 实验结果及讨论

211 不同床底结构流化效果比较 图?为不同床底部结构空床运行时 ? 床体 压降跟表观气速的关系 ? 由图 ? 可见 ? 在所测定 气速范围内文丘里布气结构所造成的压降最 大?且随气速的增加急剧上升 ? 而筛板和喷流结 构的压降则相对较小 ? 气速小于 ?1????时?压??环境科学?? 卷 降不超过 ???°?? 加入一定量的床料后对流化 现象进行仔细观察和比较发现 ? 旋流床内固体 颗粒呈贴壁螺旋式运动 ? 并且固相主要集中在 床体的下部 ? 易发生堆积 ? 分散不理想 ? 而实验 采用的文丘里结构张角较大 ? 类似于喷动床 ? 运 行起来床体的震动比较大 ? 并且除中心有一股 喷射气流卷携起部分床料外 ? 床底环形区的固 相呈移动床状态并未完全流化起来 ? 相比之下 ? 筛板布气流化床和喷流床在较宽气速范围内 ??1? ? ???? ?能够维持较稳定的运行 ? 固体颗粒 可实现充分流化 ? 图4不同进气结构空床时床体压降比较 ?? ?? ? ≤??? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ∏ ? ?? ? ??? ? ? ? ?? ? ?√? ? ? ?∏ ?? ? ? ? ? ?

212 床顶部结构比较 将床底部结构固定为筛板布气 ? 然后更换 床顶部结构 ? 比较了等径 !等径加设挡板 !放大 段和放大段加设挡板等 ? 种结构?如图 ? 所示? 对床流化特性的影响 ? 图?为各上部结构下外 回流量≈由于布袋收尘很少?气速 ? ?1? ???时?外回流量几乎为 ?? ? 这里主要指旋风器收下的 图5各种上部结构外回流率比较 ?? ?? ? ≤??? ? ? ? ? ?? ? ?? ? ? ? ∏ ? ? ? ? ??? ? ? ? ?? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??? ? ? ∏ ? ? ∏ ? ? ? 固体颗粒?随气速的变化情况 ? 由图 ? 可见 ? 采 用放大段加设挡板结构使得系统的外回流量大 大减少 ? 床料基本上都在床内流化 ? 实现了内循 环的构想 ? 从粒子运动状态来看 ? 床内两相流动 呈现出典型的/ 环2核0结构 ? 即中心为快速向上 的粒子流 ? 而边壁为回落的环状粒子流 ? 速度相 对较慢?见图 ?? ? 旋风器回流的是少量较细的 粉尘 ? 相比之下 ? 其它 ? 种结构形式的外回流量 要大得多 ? 并且随着气速的增大 ? 床外回流量剧 增?图6床内流动示意图 ?? ?? ? ?? ?? ? ? ? ? ?? ? ? 以上结果表明 ? 底部采 用筛板或喷流布气 ! 上部设 一放大段并安装特制挡板 的流化床结构在压降不高 ?实际挡板和放大段的总压 降小于 ???°??的情况下 ? 流化状态最好 ! 内循环最明 显?符合内循环流化床脱硫 的基本设想 ? 国内外对循环 流化床脱硫的研究已经开 展了 ?? 几年 ? 但绝大多数 研究乃至工业化的装置均 采用文丘里进气 ? 并且床体为等径圆筒结构?无 放大段? ? 它们的外循环量很大 ? 内循环量较小 ?

213 表观固含率的轴向分布 ???一般规律 颗粒的快速流态化现象是 由于颗粒在大于自身重力的气体曳力作用下被 向上裹挟作加速运动的结果 ? 随着气速由小逐 渐增大 ? 床内物料依次经过固定床 !鼓泡床 !湍 动床 ! 快速流化及稀相输送等状态 ? 本实验条件 下?固体床料被气流携带入放大段后由于气速 下降以及挡板的惯性碰撞及拦截作用而发生转 向和回落 ? 沿提升管的边壁下沉直至床底部较 浓相区 ? 并再次被裹挟向上作加速运动 ? 从而形 成整体上的/ 环2核0流动结构 ? 实现绝大多数固 体颗粒的内循环 ? 流化床内截面平均固含率沿 床轴向高度的分布情况如图 ? 及图 ? 所示 ? 据 颗粒相的连续性方程 Θ ?Ν ??? ? Γ?? 颗粒平均速 率?? 沿床高增加时 ? 固含率 Ν ?将不断减小 ? 即 床内物料呈现出下浓上稀的不均匀分布≈?? ? 从???期环境科学能耗来看 ? 颗粒通量 Γ? 一定时 ? 增大气速 υ 或 气速一定时减少 Γ?? 用于加速和输送单位质量 颗粒的能量将增大 ? 颗粒加速过程缩短 ? 所以 固含率 Ν ? 减小 ? 其轴向分布趋于均匀 ? 由图 ? 可见 ? 当气速增大到 ?1????时?固含率沿床高 分布相对较均匀 ? 这一方面是因为颗粒在较短 距离内已足够完成其加速过程 ? 在床底部无浓 相?另一方面则是由于床上部结构所引起的高 强度回流使得床内上下固体物料剧烈湍动混 合?浓度更均匀的缘故 ?

图表所显示的固含率轴 向分布曲线有一些波动 ? 可能是由于床内气固 两相的强烈搅动及强度较大的沿壁回流对压降 影响所致 ? 需要指出的是 ? 床内固体物料量越大 ? 系统 图7不同气速下的固含率分布? ? ? ?1???........