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除雾器设计概述

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1 液滴的夹带

吸取塔喷嘴产生的喷淋液会被气流夹带,气速越高,可以被夹带的液滴直径越大,因此夹带量就会越大。表1给出了液滴粒径与其带出速度的对应关系[1]

液滴的带出速度

液滴粒径 mm

0.2

0.3

0.4

0.5

1.0

1.5

2.0

3.0

带出速度 m/s

0.7

1.14

1.58

1.99

3.77

5.31

6.72

8.3

目前,随着超大气量的净化处理的需要,喷淋塔空塔气速有不断提高的趋势,对于填料塔,空塔气速有的可高达1.5m/s以上;考虑到喷嘴喷出的液滴粒径的分散度,为降低除雾器的负荷,增大喷淋液滴的粒径,同时缩小粒径分布的分散度成为喷嘴选型的重要因素。但是,对于空塔除尘、蒸发降温或者空塔吸取等工艺,液滴粒径增大将降低液滴的表面积,不利于除尘效率和吸取效率的提高,同时也经增加蒸发降温时间。

有文献[2]对螺旋型喷嘴的液滴直径进行了经验拟合,液滴直径与WeRe、喷雾压力、喉部直径等具有较好的相关性。以D0.1=0.24mmD0.5=0.72mmD0.9=1.35mm,空塔气速为1.2m/s计,约有>10%的喷淋颗粒将被气流夹带。有文献[3]列出了典型工艺过程所产生的雾沫粒度分布,对于液体喷嘴,在7Bar压力下,<60um的为1%<200um的为10%<500um的为50%<1500um的为90%。与上篇文献基本一致。

因此,除雾器的设计和选型,对于降低烟囱吸取液的夹带外排,从而降低对周围环境的二次污染就显得非常关键。

常用的气水分离器有折流板式(又称V型板式)除雾器、旋流板除雾器、丝网层雾沫分离器、旋风分离器等。本文仅讨论折流板和丝网除雾器的相关设计。

折板除雾器

2.1 折板除雾器的工作原理

对于折流板除雾器,带有液滴的烟气进入人字形板片构成的狭窄、曲折的通道时,由于流线偏折产生离心力,液滴撞击板片,部分黏附在板片壁面上形成水膜,缓慢下流,汇集成较大的液滴落下,从而实现气水分离,参见图1

因此,折板式除雾器对气体流速有一定的限制,气速太低不足以分离细小液滴,气速太高会撕裂板片上的液膜,造成二次带水,从而破坏除雾器的正常工作。同时,烟气在整个端面上的气速分布均匀也非常重要,一般偏差<±15%

通常情况下,好科科技选取折板除雾器的中值流速为4~4.5m/s,压损约在100~150Pa

2.2 折板除雾器的结构

对于两级折板式除雾器,通常情况下,第一级接触的烟气液滴含量较大,板片上有较多的浆液要冲除,因此板间距稍宽,约为30~75mm。第二级除雾器为了尽可能多地去除雾滴,提高除雾效率,板间距通常较窄,约为20~30mm

第一级折板除雾器与吸取塔最上层喷淋母管应有足够距离,这样可以提供一个空间,让一些被烟气夹带的较大的液体依靠重力向下坠落。对于垂直流除雾器,建议这一距离为1.2~1.5m。两级之间距离为1.5~1.8m

2.3 折板除雾器的效率

目前普遍采用的二级除雾器可将烟气中的液滴含量降到50mg/m3

有文献[4]对不同板间距下气速、液滴粒径及其除雾效率进行了探讨。对于20mm板间距、3m/s流速下40um液滴的去除率可达100%5m/s25um液滴的去除率也可大90%。但是,对于<10~15um的液滴,流速增加对去除效率影响不大。同时,相同流速下,总除雾效率随板间距变宽而下降,尤其在流速大于4m/s后下降趋势更明显。参见图2、图3

    image.png

同时,加钩片可以提高除雾效率,并随钩片长度的提高而提高。当钩片长度达到4mm,气流速度2m/s时,10um液滴的去除率从原来的7.99%提高到23.14%20um液滴的去除率从原来的31.63%提高到60.49%[5]

2.4 折板除雾器的冲洗

板片上捕集的浆体、固体沉积物等需要定期进行冲洗;另外,冲洗水还是塔体补水的途径之一。

对于设置两级折板除雾器的系统,一级折板除雾器正面背面都要冲洗;二级不建议冲洗背面。

喷嘴离除雾器表面远些可以减少所需喷嘴数量,如果离得太远,烟气流的作用可能使喷射的水雾形状发生畸变,造成有些区域得不到充分的冲洗。一般情况下,喷嘴离除雾器表面0.6~0.9m比较合理。喷嘴建议采用液滴较大的型式,喷射角一般≯90°,以缩短冲洗水抵达除雾器的时间。冲洗覆盖率一般控制在≥150%,并尽量减少对除雾器横梁的直接冲洗。

经验表明,垂直除雾器第一级迎风面的冲洗水流量应为1L/(sxm2),第一级背面和第二级迎风面的冲洗水流量应为0.34L/(sxm2)。冲洗水压根据喷嘴特性及距离确定,一般为1.4~2.8Bar较为合适。

2 丝网除雾器

3.1 丝网除雾器的工作原理和结构

丝网除雾器用来分离直径>3~5um的液滴。丝网除雾器将适应材质的细丝编织成网,细丝丝径<0.1~0.4mm。夹带在气相中的细小液滴经过丝网时,雾滴碰到除雾器丝上,被粘附或吸附下来,经过多次反复过程,逐渐聚结成为大的液滴并在重力作用下滴落。

同折板除雾器一样,气流速度是影响除雾器性能的主要因素,气速增大除雾效果增大。对于层厚100mm的丝网,无论总液滴量或10um以下的液滴量,其达到100%除雾效率时的气速范围[6]3~6m/s。通常与折板除雾器4~4.5m/s取值一致即可。


根据上述原理,液体粘度越大、网层厚度越高,则除雾效率越高。但是,由于上部网丝拦截的液滴数降低,过厚的网层对捕集效率的影响明显下降。通常网层厚度以≯300mm为宜。根据HG/T 21618-1998 《丝网除雾器》标准,丝网层厚度标准有100mm150mm两种。

image.png

                image.png



    [1] 《喷淋洗涤塔、液柱塔及动力波洗涤器》 李秋萍 程建伟 邵国兴 《化工装备技术》 2008年第3

    [2] 《螺旋型喷嘴液滴分布特性及液滴直径经验公式的拟合》 刘乃玲 张旭 《实验流体力学》 20069

    [3] 《塔设备除雾技术》 董谊仁 孙凤珍 《新技术讲座》

    [4] 《除雾器内雾滴运动特性与除雾效率》 郝雅洁等 《化工化学报》 201412

    [5] 《加装双钩片对除雾器流场及除雾性能的影响》  洪文鹏等 《热力发电》 20175

    [6] 《丝网式除雾器的性能试验》 高志昌等 《油田地面工程》 19932


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