文丘里洗涤器对煤灰洗涤性能的研究

发布时间：2020-09-25 15:14

　　以针对煤化工气化炉出口粗煤气脱灰问题所开发的新型文丘里-环流洗涤塔组合净化技术为研究背景,采用实验研究和计算流体力学数值模拟相结合的方法,对关键设备文丘里洗涤器的水力学特性和煤灰洗涤性能开展了系统研究。首先使用扫描电镜(SEM)和Matersizer2000型激光粒度仪获得了原料煤灰颗粒的表面性状和粒径分布,0~50μm占总颗粒质量的80.8%,分析了各段粒径范围的主要成分。基于气液相界面的固体粉尘捕集理论和微米级含尘液滴的分离特点,讨论了低粒径颗粒与空气的跟随性。分析了传统文丘里—鼓泡床水洗对低粒径范围颗粒的捕集难度,提出了文丘里强化捕集与环流水洗强化分离相组合的脱灰机理。在文丘里洗涤器气液两相水力学特性实验中,考察了洗涤器内的两相流型、操作气速、液量和喉管长度对压降及其分布的影响。由结果可知,实验条件下文丘里洗涤器内流型为环状流和弹状流,喉管气速为75m/s~85m/s,喉管长度、液量对压降影响显著。此外,还进行了CFD模拟,模拟结果与水力学数据基本吻合,模拟发现文丘里洗涤器喉管段存在不稳定和稳定阶段,喉管长度75mm的文丘里管的适宜喉管气速为65m/s~90m/s,最优扩张角度为7°,建立了单相压降计算模型,模型计算值与实验值吻合良好。在水力学实验和CFD模拟的基础上,进行了气液固三相煤气脱灰洗涤实验,考察了操作气速、液量和液气比对煤灰颗粒总洗涤效率的影响。总洗涤效率随着操作气速的增加而增大,在高气速下趋近于定值;随着操作液量的增加呈线性增大。实验条件下,洗涤器的最佳洗涤工况为喉管气速130m/s,操作液量1500L/h,喉管长度100mm,总脱除率可达99.99998%,远高于工业要求。此外,还考察了各种操作气速和液量下的出口净化气含尘粒径分布及粒级洗涤效率,并分析了不同粒级效率的主要影响因素。150μm~200μm粒级效率降低主要由多孔玻璃体多孔隙不易被润湿所致,25μm~40μm粒级效率受烧失量影响显著,1μm~3μm粒级效率降低主要由于颗粒过小,颗粒表面被气膜包裹致润湿性下降。
【学位单位】：中国石油大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2016
【中图分类】：TQ545
【部分图文】：

模型图,燃煤飞灰,模型,冷凝作用

图 1.1 R.C.Flagen 燃煤飞灰形成过程模型Fig. 1.1 Coal ash forming process by R.C.Flagenyne 等[3]提出燃煤过程中的不同粒径飞灰的生成机理。其认为煤灰级（0.1μm< Dp<1μm）和超微米颗粒。亚微米级颗粒是由煤粉挥发，并当温度降低后冷凝而成。而超微米级颗粒是由煤炭燃矿物质积累形成，如图 1.2。其模型提出了矿物质冷凝作用对颗人多次证明了冷凝作用对于煤气化飞灰形成的特殊性和重要性。

过程图,燃煤飞灰,过程,冷凝作用

图 1.1 R.C.Flagen 燃煤飞灰形成过程模型Fig. 1.1 Coal ash forming process by R.C.FlagenWayne 等[3]提出燃煤过程中的不同粒径飞灰的生成机理。其认为煤灰颗粒可亚微米级（0.1μm< Dp<1μm）和超微米颗粒。亚微米级颗粒是由煤粉内外矿在高温挥发，并当温度降低后冷凝而成。而超微米级颗粒是由煤炭燃烧体积减少，矿物质积累形成，如图 1.2。其模型提出了矿物质冷凝作用对颗粒形成响，后人多次证明了冷凝作用对于煤气化飞灰形成的特殊性和重要性。

工艺流程图,工艺流程,除尘工艺,洗涤器

表 1.6 工业常用湿式除尘设备Table 1.6 Industrial wet scrubber devices list型洗涤器名称气液相对速度（m/s）液气比（L/m3）dc50（μm）压降（KPa）能耗（MJ/1气相触型喷淋塔 1 0.05~10 ≥1.1 0.2~2 0.36~4.3 0喷射洗涤器 15~25 5~25 0.6~0.9 — 0 离心喷淋洗涤器 25~30 0.8~3.5 0.4~0.6 0.4~1 0.72~1.8 7接触型文丘里管洗涤器 40~150 0.5~5 0.1~0.4 3~20 5.4~25.2 0触型泡沫洗涤器 13~19 0.4~0.5 — 0.6~0.8 — 触型填料塔 — — — — — 型冲击洗涤器 8~15 — 0.7~1 1.8~2.8 3.6~4.32 止目前，煤气化工艺所匹配的粗煤气除尘工艺主要有四种除尘工艺图 1.3 所示，分别是：U-GAS 多级旋风分离煤气净化工艺、GE（T塔工艺、Shell 干式过滤洗涤工艺和 OMB 混合分离工艺。

【引证文献】