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流化填料净化塔流体动力学特性

2019-07-16 10:26:06

在废气污染治理工程中,当废气中既含有颗粒污染物又含有气态污染物时,一般都采用一种既能除尘又能脱除气态污染物的净化设备,以减少工程投资。流化填料净化塔就是这种典型的一体化设备之一。

支撑板:用于支撑湍球和分布气流。结构形式为圆形小孔筛板或栅板。当净化的气体中含有粉尘时,采用栅板较好。支撑板开孔率一般为50%左右,过小容易引起堵塞。

限位板:用于限制湍球的运动空间,防止湍球被气流带出塔体。结构形式与支撑板一样,但一般以栅板为较好。开孔率不要<80%。

湍球:是塔体中的填料,是被净化的污染物与吸收液发生传质和化学反应的载体。一般采用φ35mm和φ38mm的聚丙烯空心小球或空心花瓣小球。

喷头:是设备的供水装置,一般采用喷溅型喷头或碗型喷头。喷头的布置一定要恰当,要确保喷淋液沿塔体整个横截面均匀分布,防止死角。

除雾器:用于除去烟气中夹带的水雾,结构一般为旋流板。

喷淋净化塔工作时,喷淋液从喷嘴喷出,沿塔截面均匀流下,在填料小球的表面上形成一层薄薄的水膜。烟气从塔的底端进入,经气流分布板均匀地自下而上 流动,保持烟气的流速在某一范围,则塔中的填料小球被吹成流态化,小球在塔体中自由地、无规则地上下翻滚和左右运动。废气中的有害成分与小球表面的吸收液膜接触,实现传质吸收过程,达到除尘和净化污染物的目的。由于烟气流经塔体的速度较高,所以夹带有大量水沫,设置除雾装置把水雾除掉,以保证风机的正常工作和使用寿命。

流化填料净化塔具有以下特点:

(1)处理气量大

由于操作气速远比固定填料塔要高,所以同样大小的塔体,流化填料塔处理的气量要比固定填料塔大3-5倍左右。

(2)净化效率高

因塔内填料呈流态化运动状态,使小球表面上的液膜不断新,所以气、液接触良好,传质系数和传质推动力都大。

(3)不易堵塞

操作气速大,同时填料也在上下湍动而“自洁”,所以即使烟气中含尘浓度再高,或吸收过程中有沉淀物(如用石灰液吸收SO2气体)生成都不会堵塞塔体。

(4)除尘吸收一体化

由于采用水或某种物质的水溶液作为吸收介质,所以设备既有除尘功能又有吸收净化气态污染物的功能,是典型的一体化设备。

正因为流化填料净化塔具有上述特点,所以在废气污染治理工程中大量使用,尤其在除尘、脱硫、净化酸雾和有机气体方面应用较广。

流化填料净化塔的净化效率,在很大程度上取决于塔内进行的流体力学过程。而这种过程属于由气相、液相和固相组成的三相体系的流体动力学。

由于三相悬浮物系理论发展的不完备性,要完全从机理上来描述流化填料净化塔的流体动力学特性还是比较困难。本文根据作者设计的已运转多年的13台流化填料净化塔((8台用于燃煤锅炉烟气除尘脱硫,3台用于盐 酸酸雾治理,2台用于硫酸酸雾治理)的有关实测数据,对流化填料净化塔的流体动力学特性作一些实验性的探讨。

经观测,流化填料净化塔存在4种流体动力学状态:初始的、中间的、充分的和“液泛”的。在塔的操作初期,当气速增加到一定值时,可观测到塔中心的填料轻微向上涌动,四周填料由静止变为蠕动。

在中间的流态化状态中,塔中心的小球向上喷动后,向四周分散,靠近塔壁附近的填料向下运动,并向塔的中心转移。

在充分的流态化状态中。塔中所有的小球都处于流态化状态,中心部分的小球向上运动,靠近塔壁的向下运动,形成良好的循环。塔内的持液量大幅度增加,形成气、固、液充分接触的三相悬浮系统。

继续提高气速,填料小球就开始离开流态化床层向限位板靠拢,塔就开始在类似固定填料塔的“液泛点”下工作。此时,整个塔的水力阻力急剧增加,塔顶流出的气体中夹带有大量的液沫,净化系统的风机负荷显著增大。


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