邓 翔

(贵阳铝镁设计研究院有限公司, 贵州 贵阳 550081)



烟气干法净化系统加料方式分析

邓 翔

(贵阳铝镁设计研究院有限公司, 贵州 贵阳 550081)

简要介绍了干法净化系统的各种加料方式，由于投料加料方式和引射加料方式只能靠烟气的湍流作用使物料与烟气混合，混合效果差，气固混合不均匀；喷射加料方式混合效果好，但是额外增加能耗，不利于系统节能减排。无动力加料反应器是一项创新技术，其利用烟气动能推动叶片及加料圆盘旋转加料，无需额外增加能耗，而且加料更均匀，符合国家政策及市场要求。

干法净化； 混合； 均匀； 湍流； 回流； 惯性力<[中图分类号] tf821;="" tf805.3="" [文献标志码]="" b="" class="emphasis_bold">[中图分类号] TF821; TF805.3 [文献标志码] B [文章编号] 1672-6103(2016)05-0059-04[中图分类号] tf821;="" tf805.3="" [文献标志码]="" b=""

1 概述

2 现有加料方式

2.1 重力逆流喷射加料

重力逆流喷射加料是在煤粉燃烧理论的基础上开发出的一种加料反应器，煤粉在锅炉炉膛内燃烧，一方面需要燃烧充分，另外一方面需要将更多产生的热能传递给炉膛壁(锅炉水冷壁)，因此煤粉与炉膛内空气充分均匀混合至关重要。干法净化系统中氧化铝与烟气反应同样需要使氧化铝与烟气均匀混合，该加料方式从最初喷射加料演变成喷射+回流加料，该加料方式实现3个目标：a.输送管内物料分布均匀，加入到反应器烟气中的氧化铝在各个方向分布均匀，避免加入的氧化铝因方向不同而加料量不同(加料方向分配不均匀)； b.通过喷射加料实现快速、主动混合的初步目标(原有加料混合模式为通过烟气湍流作用被动混合)； c.加料回流圆盘使烟气产生回流卷扫作用，将喷射到圆盘上方的氧化铝卷入至烟气中，延长了喷射距离，解决了由于烟气流速过快、加入到烟气中的氧化铝喷射有效距离不够、无法实现大管径横截面全截面覆盖充分混合的问题。该反应器通过助吹及回流，控制氧化铝的运动使之“主动”与烟气混合，实现了“瞬间”混合均匀的目标(见图1、图2)。

粉尘与烟气混合检测结果见表1，由于试验测试系统稳定性控制不足，粉尘浓度偏差率<20%。

2.2 无喷射回流加料

无喷射回流加料反应器在重力逆流喷射加料反应器的基础上进行了简化，该反应器取消了重力逆流喷射加料反应器的喷吹供气管道，直接利用重力作用将氧化铝添加堆积到回流圆盘上，利用氧化铝的流动性向四周扩散，通过加料回流圆盘使烟气产生回流卷扫作用，将喷射到圆盘上方的氧化铝卷入至烟气中。该加料方式减少了喷吹用高压风供气，因此减少了高压风机及其耗能，氧化铝混合均匀性及效果接近重力逆流喷射加料反应器，但因其加料

1—壳体；2—加料管；3—高压风管；4—回流圆盘；5—纠偏斗图1 重力逆流喷射加料反应器

图2 重力逆流喷射加料反应器应用效果

点采用堆积分散方式，试验及实际应用结果显示：由于缺少了高压风的助推作用，加料量受到限制，加料量较大时，无法实现加料目标，系统不能正常运行。该加料方式只适用于循环次数两次以下的加料系统。

2.3 VRI加料

VRI(Vertical Radius Injection)即垂直径向喷射加料。该反应器是加拿大铝业公司专利技术。从反

混合 Legendre-球面调和谱方法数值求解 Navier-Stokes方程 ····宋 洋 黄 伟 (4,602)

表1重力逆流喷射加料反应器加料混合粉尘浓度实测表

单位2#采样点3#采样点4#采样点5#采样点平均值标况体积L92.699.5105.898.997.893.692.688.796.2烟气温度℃323232323232323232采样嘴直径mm555555555采时min555555555尘重g1.86541.82771.89491.60331.5331.53141.92271.70491.7354烟尘浓度mg/m3201451836917910162111567516361207631922118082烟尘浓度偏差率%11.41.6-1-10.3-13.3-9.514.86.3

应器中部向四周喷射加料，加料孔口直径25 mm，12个加料孔均布，属于“主动”混合加料。静态(无烟气流速试验)加料时，可以实现充满烟气流道，当烟气达到正常流速时，无法实现直接达到边界(壁面)的目标，加料效果见图3。

图3 VRI反应器加料效果

国内部分企业在使用该反应器时，由于缺乏了解，往往供气量和供气压力不足，导致加料不正常，甚至有时被“误解”为溢流加料或引射加料。

2.4 引射加料

引射加料同样属于“被动”混合加料，通过系统负压作用，将氧化铝抽吸至烟气管道中，氧化铝在烟管中与烟气依靠烟气湍流扩散作用实现混合，混合均匀需要时间及空间。引射方式有(管道)中间引射加料和(管道)四周引射加料两种形式，中间引射加料方式是将氧化铝送至管道中心，通过引射孔将其混入烟气中，该加料方式类似单点投料。四周引射加料是将氧化铝从管道四周加入，目前最佳方式是在溢流加料口设置小型环形溜槽(见图4)，通过小型环形溜槽控制烟道周围料位高度一致，并实现管道四周供料一致、加料一致且均匀供料。试验证明：由于惯性力作用，一根管道环烟管多点加料的方式并不可行。

1—反应器壳体；2—加料装置；3—干粉吸附剂图4 四周引射加料

2.5 反应塔

反应塔是应用于干法脱硫系统最广泛的干法净化加料反应器，前期的反应塔，底部设置有文丘里喉口，喉口上部扩大形成回流。氧化钙加入到反应器中后，与烟气接触混合，大颗粒在重力作用下，向侧壁移动并逐步沉降，回流到反应塔侧下部，流动或漂浮至文丘里出口，再次进入到烟气流中。由于氧化钙与二氧化硫反应速度相对较慢，充分反应需要有一个固体传质的过程，吸附反应需要更多时间才能完成，因此塔体设计时考虑了氧化钙在设备内停留更长的循环使用时间。

新型反应塔在原塔基础上做了改进，将反应塔底部入口文丘里管由单管改成多根小管组合(见图5)，这种形式减小了由于大管气流分布不均匀导致塔内气流偏转对净化效率的影响，同时管束结构避免了因喉口流速不均、系统工况波动导致落料现象。

1—回流塔体；2—小喉管束；3—反应塔入口前弯管图5 反应塔

2.6 其他加料方式

除上述加料设备以外，还有部分简易加料方式，如文丘里加料器、简易加料装置等。其中文丘里加料器更多应用在小型干法净化系统，如成型烟气净化系统。由于管道直径较小，总烟管可以设计较长，混合吸附时间较长，系统可以通过湍流作用实现均匀混合。

简易加料装置(见图6)同样需要通过烟气湍流作用进行气固混合，需要较长的混合吸附段，在铝电解烟气净化系统中，最初的混合吸附反应时间设计为2 s。设备可以设置在垂直管段上，但更多设置在水平管段上，水平直管段过长时，由于重力作用，物料基本集中在管路管道的底部1/3高度处，但气固混合并不均匀。对于净化效率要求很高的净化系统，该净化加料方式并不可取。

图6 简易加料装置

3 无动力自离散加料技术

无动力自离散加料技术是在重力逆流喷射加料反应器的基础上发展的新型反应器，取消了加料反应器供风系统，保留纠偏、回流功能及相关部件，同时增加了设备旋转离散功能。该设备将回流圆盘做成可旋转部件，同时在回流圆盘外侧等分增加叶片，叶片带有一定同方向角度，当烟气通过加料反应器时，烟气对叶片产生推动力，叶片带动回流圆盘转动，回流圆盘带动上方的氧化铝旋转，氧化铝在离心惯性力作用下，被“甩”入到管路系统中的烟气中。

分别进行了2、3、4、6片叶片对比试验，试验结果6片叶片转动速度过快，且轴承受力较大；2片叶片转动速度较慢，加料不能正常运行；4片叶片配置旋转平衡稳定性较差；3片叶片为设备最佳组合，该加料方式实现了物料与烟气“主动”混合的目标(见图7)，并实现了粉尘与烟气的均匀混合，混合检测结果见表2。

表2中数据显示：粉尘不均匀性偏差最大为6.49%，实现了偏差<10%的目标。

无动力自离散加料反应器与其他加料设备相比，由于增加了叶片、转动的回流盘、轴承等运动部

图7 无动力自离散加料反应器加料效果

表2无动力加料反应器加料混合粉尘浓度实测表

单位2#采样点3#采样点4#采样点5#采样点平均值标况体积L22.422.322.422.622.522.522.622.522.5烟气温度℃242424242424242424采样嘴直径mm666666666采时min555555555尘重g1.63471.73191.55651.58321.67921.77131.59381.74051.6614烟尘浓度mg/m372977.777663.769486.670053.174631.178724.470522.177355.673926.8烟尘浓度偏差率%-1.285.05-6.01-5.240.956.49-4.614.64

件，设备制造要求更高，同时维修维护工作量增加。另外，工作环境使轴承的设计、选择制造要求更高。

4 结语

以往的加料混合方式大多为依靠烟气湍流作用进行气固混合的“被动”混合方式，混合过程不可控，混合效果较差，净化效率较低。后期开发的加料混合设备为可控的物料“主动”与烟气混合的方式，气固混合更加均匀，净化效率更高，但需要增加外部动力，产生相应能耗，导致净化系统总能耗升高。无动力加料反应器虽然利用烟气本身的动力，系统不需要增加额外的动力设施，但轴承选择及设计要求较高，设备维修维护工作量较大。新型加料反应器的开发，不仅要提高混合效果，而且还要减少设备能耗，提高制作水平，减少维修维护工作量。

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[2] 刘宝庆，钱路燕，陈明强等. 新型大双叶片搅拌器功率与混合特性的数值模拟[J].化工学报，2013，(3)：849-857.

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Analysis of charging mode of off-gas dry cleaning system

DENG Xiang

This paper briefly introduces all kinds of charging modes of the offgas dry cleaning system. In case of “feeding” or “injecting” mode of charging, the material is mixed with offgas only by the offgas turbulent effect, so the mixing effect is poor and gas-solid is mixed unevenly, mixing effect of injecting mode is favorable, but it requires additional energy consumption and is adverse to the system’s energy conservation and emission reduction. Unpowered charging reactor is an innovative technology, in which the blade and feeding disk is pushed to rotate by offgas kinetic energy to fulfill feed. No additional energy consumption is required and the feeding is more evenly, which is in line with the national policy and market demand.

offgas dry cleaning; mixing; uniform; turbulent; backflow; inertia force

邓 翔(1973—)，男，湖南宁乡人，硕士，教授级高级工程师，主要研究方向：工业废气污染治理。

2016-06-22

1672-6103(2016)05-0059-04

B [文章编号] 1672-6103(2016)05-0059-04

TF821; TF805.3 [文献标志码] B [文章编号] 1672-6103(2016)05-0059-04