CN114699906B - 一种半干法脱硫用稳定型文丘里装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种半干法脱硫用稳定型文丘里装置及评价模型。通过流体仿真进行文丘里截面速度稳态分析，优化形成合理的文丘里管，文丘里管放射型并环状排布，形成(1+3*21+3*22+…+3*2n‑1，n为3～8的自然数)孔脱硫塔文丘里装置；渐缩段内设稳流套筒，喉长c为喉径b的1～2倍，角e不小于20°，角d不小于50°，仿真计算形成“蜡烛焰”，气柱对称，速度偏差<10％，满足多负荷条件下稳定运行结构。
Description
技术领域
本发明涉及半干法脱硫技术领域，尤其涉及一种半干法脱硫用稳定型文丘里装置及评价模型。
背景技术
半干法脱硫技术广泛应用于国内发电、烧结等烟气脱硫工艺中，是一种高效环保节水的技术。
常规半干法脱硫技术主要使用单孔文丘里、七孔文丘里装置的脱硫塔，文丘里装置高度多为3米以上，脱硫塔塔体内部为光面，烟气通过文丘里装置进入脱硫塔，与脱硫塔内脱硫物质混合进行脱硫；脱硫塔内对文丘里装置通入的气流稳定性要求极高，如果当塔内压力急速下降数百帕，就会导致塌床，给机组运行带来很大隐患，特别是很多发电、冶金厂的文丘里装置的脱硫塔因无法满足长期稳定运行、达标排放等环保要求而拆除，半干法适用性受到了极大限制。
因此，提供一种稳定型文丘里装置，为脱硫塔输送稳定的烟气流是目前半干法脱硫技术领域亟需解决的问题。
发明内容
为了解决现有技术中的上述问题，本发明提出了一种半干法脱硫用稳定型文丘里装置。本发明旨在通过设计一种稳定型文丘里装置，提高半干法脱硫工艺塔体稳定性及性能，满足半干法塔体满足机组变负荷等条件下仍能满足国家超低排放标准要求，使系统灵活，更能适应机组运行。
第一方面，本发明提出了一种半干法脱硫用稳定型文丘里装置，所述文丘里装置包括依次连通的入口段6、文丘里段和渐扩段4；所述文丘里段内设置有若干文丘里管5，所述若干文丘里管沿所述文丘里段的径向自内向外层状排布；所述文丘里管的扩散段7内设有稳流套筒8。
作为本发明的具体实施方式，所述文丘里段内的文丘里管数量及总层数满足以下公式：
M＝1+3*21+3*22+…+3*2n-1 公式1
式中，M为所述文丘里段内的文丘里管数量；n为3～8的自然数，n为总层数，第i层文丘里管数量为3*2i-1。
作为本发明的具体实施方式，文丘里管的设置方式可以为，例如但不限于，设置为三层时，由中心向外依次，第一层设置1孔，第二层设置6孔，第三层设置12孔，总计19孔文丘里管；设置为四层时，由中心向外依次，第一层设置1孔，第二层设置6孔，第三层设置12孔，第四层设置24孔，总计43孔文丘里管。
文丘里按照上述组合排列方式，文丘里孔交错排布，有利于装置截面气流的均布，喷出的刚性气柱可以有效互补，推动床层及颗粒进入塔体。
作为本发明的具体实施方式，所述文丘里管的尺寸满足：喉管9的喉长c为喉径b的1～2倍，扩散段扩散角e为20-65°，收缩段10收缩角d为50-75°。这种结构可以有效控制文丘里阻力值，扩散角e保证了气柱的刚度。收缩段收缩角d处气流的急速收缩，可以在吼道中心形成刚度极强的气柱。
作为本发明的具体实施方式，相对于文丘里管轴线，第i层相邻文丘里管之间的夹角a为360/(3*2i-1) 公式2
式中，i为大于1且小于等于n的自然数。
夹角的设计保证了各文丘里单体的截面排布。
作为本发明的具体实施方式，所述文丘里装置的文丘里管高度h与总层数n的关系满足：
h＝5.1×kn 公式3
式中，0.5≤k≤0.8。
因此，一般地，文丘里管段高度不高于2.5米。
作为本发明的具体实施方式，所述稳流套筒直径为喉径d的1～1.2倍，高度为0.01-0.1m；所述稳流套筒材质优选为耐磨钢材质。
作为本发明的具体实施方式，所述文丘里收缩段表层设置防磨层；这是因为文丘里收缩段急速收缩时，容易导致壁面横向磨蚀，为减少磨蚀收缩段内壁表层设置防磨层，材质为耐磨钢、耐磨砂浆浇注。
作为本发明的具体实施方式，稳定型文丘里装置渐扩段上沿及脱硫塔位置设置防磨凸起3和环形翼2。
作为本发明的具体实施方式，所述文丘里渐扩段及塔体接触面设置防磨凸起，所述凸起高于附着面3～8cm。
示例性地，在文丘里渐扩段及塔体2米范围表面设置防磨凸起，凸起的形状不限于方形、圆形等，高于附着面大于3cm，凸起可以设置为间断，上下相邻交错、凸起间隔建议不大于凸起高度的20倍。
作为本发明的具体实施方式，所述文丘里装置渐扩段上沿及脱硫塔设置环形翼；所述环形翼为1-3层；所述环形翼与水平面角度大于50°。这样可以使近壁面的脱硫剂颗粒二次尽快汇入塔体中部反应区再次反应。
第二方面，本发明提供了一种评价稳定型文丘里装置的脱硫塔烟气稳态模型。
作为本发明的具体实施方式，根据实际烟气参数，建立1：1的几何模型选择k-e双方程数学仿真模型，稳态计算结果形成“蜡烛焰”。
作为本发明的具体实施方式，“蜡烛焰”形成满足条件为：文丘里管的烟气具有气柱对称，速度偏差<10％。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、本发明的稳定型文丘里装置孔数较多及孔结构排布方式，降低了入口气流分布要求，增加了气流刚度，适用于宽负荷塔设计，更能保证系统稳定运行。结构高度更小，如300MW机组条件下19孔及以上多孔文丘里管(高度低于2.5米)比单孔及7孔文丘里管(3米及以上)塔体结构降低，耗材减少。稳定型多孔文丘里增设稳流套筒，提高了烟气稳定性，消除了文丘里焊缝直接接触颗粒的磨损，提高了设备寿命。进一步渐扩段设置防磨凸起，可以有效降低颗粒物料对壁面的磨损。在渐扩段上沿及脱硫塔上设置环形翼可以将近壁面的颗粒多层次注入到主气流中参与反应，提高塔体物料密度，提高反应效率及运行稳定性。
2、通过实施例表明稳定型文丘里装置脱硫塔适用性更加广泛，在机组运行负荷条件下，稳定型文丘里装置脱硫塔运行稳定性都能得到有效保证，投运一年未发生塌床事故，使用后效果均达到了国家超低排放标准要求。在多塔系统中，塔体入口存在三通或四通条件下，烟气通过稳定型文丘里装置后，脱硫塔系统也能稳定运行，并达到国家超低排放标准要求。
3、本发明的稳定型文丘里装置制备方法简单，和现有大部分脱硫塔匹配性高，市场应用前景广阔。特别是场地紧张及土地集约化利用时，在实施空间有限及异形烟风道等很难保证进塔气流的稳定条件下，稳定型文丘里装置结构可以保证塔体运行稳定并达标运行。
附图说明
图1a为本发明实施例中稳定型文丘里装置正视图；
图1b为本发明实施例中稳定型文丘里装置俯视图；
图2a为本发明实施例文丘里管结构正视图；
图2b为本发明实施例文丘里管结构俯视图；
图3a为本发明实施例X向文丘里装置仿真计算形成的“蜡烛焰”；
图3b为本发明实施例Y向文丘里装置仿真计算形成的“蜡烛焰”；
图4为本发明实施例1的文丘里装置照片；
图5为本发明实施例3的文丘里脱硫塔串并联三维模型图。
其中，1-脱硫塔，2-环形翼；3-防磨凸起；4-渐扩段；5-文丘里管；6-入口段；7-扩散段；8-稳流套筒；9-喉管；10-收缩段。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但并不构成对本发明的任何限制。
本发明各实施例中，所用的脱硫塔为19孔脱硫塔，用于某电厂脱硫使用，负荷满足机组全运行负荷投运；所配机组为300MW机组；满负荷为100％，变负荷可以在30％-100％范围内变负荷。
实施例1
本实施例提供了一种半干法脱硫用稳定型文丘里装置，具体细节如下：
采用三层19孔稳定型文丘里装置，其中由中心向外依次，第一层设置1孔，第二层设置6孔，第三层设置12孔，最外层文丘里管的夹角为30°，文丘里管内部渐缩段设置稳流套筒，文丘里管：喉管9的喉长c为0.8m，喉径b为0.72m(喉长c为喉径b的1.11倍，满足设计要求)，扩散段7扩散角e为22.1°，收缩段10收缩角d为56°，稳流套筒8高度为0.1m，内径0.72m，19孔文丘里管高度为2.1m，稳流套筒高0.05m。
在文丘里渐扩段及塔体接触的2米范围表面设置防磨凸起，凸起的形状为圆形，高于附着面5cm，凸起为间断设置，上下相邻凸起间隔50cm；文丘里装置与塔体交接处还设置环形翼，环形翼为3层，环形翼与水平面角度为75°。
将实施例1的稳定型19孔文丘里装置与进口烟道及脱硫塔1焊接成一体，烟气及再循环净烟气汇合于进口烟道，经过稳定型文丘里装置进入脱硫塔；
当烟气流全负荷为300MW时，脱硫塔塔体压力约为1800Pa；蜡烛焰形成清晰明显；当烟气流负荷将为30％-60％时，脱硫塔塔体压力约为1100Pa；蜡烛焰形成清晰明显；当烟气流负荷变化时，脱硫塔塔体内压力线性稳定波动，瞬间波动小于60Pa，蜡烛焰情况稳定，没有出现塌床现象。
实施例2
本实施例提供了一种半干法脱硫用稳定型文丘里装置，具体细节如下：
采用四层43孔稳定型文丘里，其中由中心向外依次，第一层设置1孔，第二层设置6孔，第三层设置12孔，第四层设置24孔，最外层文丘里管的夹角为15°，文丘里管内部渐缩段设置稳流套筒，文丘里管的尺寸：喉长c为0.55m，喉径为0.5m(喉长c为喉径b的1.11倍，满足设计要求)，扩散段扩散角e为22°，收缩段收缩角d为56°，稳流套筒0.1m，内径为0.5m，43孔文丘里装置总高度为1.5m。
在文丘里渐扩段及塔体接触的2米范围表面设置防磨凸起，凸起的形状为正方形，高于附着面4cm，凸起为间断设置，上下相邻凸起间隔40cm；文丘里装置与塔体交接处还设置环形翼，环形翼为3层，环形翼与水平面角度为80°。
将实施例2的稳定型43孔文丘里装置与进口烟道及脱硫塔焊接成一体，烟气及再循环净烟气汇合于进口烟道，经过稳定型文丘里装置进入脱硫塔。
当烟气流全负荷为300MW时，脱硫塔塔体压力约为1900Pa；蜡烛焰形成清晰明显；当烟气流负荷将为30％-60％时，脱硫塔塔体压力约为1200Pa；蜡烛焰形成清晰明显；当烟气流负荷变化时，脱硫塔塔体内压力线性稳定波动，瞬间波动小于60Pa，蜡烛焰情况稳定，没有出现塌床现象。
实施例3
本实施例提供了一种半干法脱硫用稳定型文丘里装置，具体细节如下：
采用两座实施例1中的三层19孔稳定型文丘里脱硫塔串并联结构，文丘里管高度为2.1m。
稳定型文丘里装置分别与进口烟道及两座脱硫塔焊接成一体，各路原烟气烟道连通汇入两座脱硫塔，两塔净烟气连通汇入两座脱硫塔，烟气及再循环净烟气均先经过稳定型文丘里装置进入脱硫塔，烟道通过挡板门开关保证气流的串通实现两塔的切换、串并联运行。
当烟气流全负荷为600MW时，脱硫塔塔体压力约为1800Pa；蜡烛焰形成清晰明显；当烟气流负荷将为30％-60％时，脱硫塔塔体压力约为1100Pa；蜡烛焰形成清晰明显；当烟气流负荷变化时，脱硫塔塔体内压力值线性稳定波动，瞬间波动小于50Pa，蜡烛焰情况稳定，没有出现塌床现象。
对比例
本对比例提供了一种现有技术中的文丘里装置，此装置用于脱硫塔，具体细节如下：
采用两层7孔文丘里，喉长c为1.45m，喉径为1.22m，扩散段扩散角e为20°，收缩段收缩角d为61°，7孔文丘里装置总高度为3.6m。
对比例的7孔文丘里装置与进口烟道及脱硫塔焊接成一体，烟气及再循环净烟气汇合于进口烟道，经过文丘里装置进入脱硫塔。
当烟气流全负荷为300MW时，脱硫塔塔体压力约为1700Pa；蜡烛焰形成清晰明显；当烟气流负荷将为30％-60％时，脱硫塔塔体压力约为1000Pa；蜡烛焰波动；当烟气流负荷变化时，脱硫塔塔体内压力值直下式陡降趋势，陡降200Pa甚至更大，易出现塌床现象。
将实施例1～3和对比例进行对比，7孔文丘里高度更高，较19孔文丘里高1.5米以上，高负荷、低负荷等条件下仿真发现，7孔文丘里出现“蜡烛焰”的烟道形式较19孔及以上的形式要少，表明运行稳定性变差。7孔文丘里扩口段未设置防磨凸起和环形翼条件下，塔体与扩口段容易发生磨损泄露。
将实施例1～3与对比例的文丘里装置分别用于脱硫塔，测试在全负荷、半负荷、突降负荷的情况下，脱硫塔压力值，具体数据如表1所示：
表1将实施例1～3与对比例的文丘里装置负荷测试数据
综上，稳定型文丘里装置降低了入口气流分布要求，适用于宽负荷塔设计，更能保证系统稳定运行。19孔及以上多孔文丘里比单孔及7孔文丘里结构高度更小，可以有效降低塔体结构，降低系统高度和耗材。稳定型多孔文丘里增设稳流套筒，提高了烟气稳定性，消除了文丘里焊缝直接接触颗粒的磨损，提高了设备寿命。稳定型多孔文丘里布置进一步增加了气流刚度，扩口设置防磨凸起，可以有效降低颗粒物料对壁面的磨损。在扩口及塔体上设置环形翼可以将近壁面的颗粒多层次注入到主气流中参与反应，提高塔体运行稳定性。
稳定型文丘里装置脱硫塔适用性更加广泛，在多负荷和变负荷条件下，脱硫塔运行稳定性都能得到有效保证。在多塔系统中，在塔体的并行运行或者串联运行，塔体系统也能稳定运行。
稳定型文丘里装置制备方法简单，和现有大部分脱硫塔匹配性高，市场应用前景广阔。特别是场地紧张及土地集约化利用时，在实施空间有限及异形烟风道等很难保证进塔气流的稳定条件下，稳定型文丘里装置结构有效解决了相关问题。
在本发明中的提到的任何数值，如果在任何最低值和任何最高值之间只是有两个单位的间隔，则包括从最低值到最高值的每次增加一个单位的所有值。例如，如果声明一种组分的量，或诸如温度、压力、时间等工艺变量的值为50-90，在本说明书中它的意思是具体列举了51-89、52-88……以及69-71以及70-71等数值。对于非整数的值，可以适当考虑以0.1、0.01、0.001或0.0001为一单位。这仅是一些特殊指明的例子。在本申请中，以相似方式，所列举的最低值和最高值之间的数值的所有可能组合都被认为已经公开。
应当注意的是，以上所述的实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明的任何限制。通过参照典型实施例对本发明进行了描述，但应当理解为其中所用的词语为描述性和解释性词汇，而不是限定性词汇。可以按规定在本发明权利要求的范围内对本发明作出修改，以及在不背离本发明的范围和精神内对本发明进行修订。尽管其中描述的本发明涉及特定的方法、材料和实施例，但是并不意味着本发明限于其中公开的特定例，相反，本发明可扩展至其他所有具有相同功能的方法和应用。
Claims (7)
1.一种循环流化床半干法脱硫用稳定型文丘里装置，所述文丘里装置包括依次连通的入口段、文丘里段和渐扩段，其特征在于，所述文丘里段内设置有若干文丘里管，所述若干文丘里管沿所述文丘里段的径向自内向外层状排布；所述文丘里管的扩散段内设有稳流套筒；
所述文丘里装置的文丘里管高度h与总层数n的关系满足：
h=5.1×kn
式中，0.5≤k≤0.8，文丘里管高度h的单位为米；
所述文丘里段内的文丘里管数量及总层数满足以下公式：
M=1+3×21+3×22+…+3×2n-1
式中，M为所述文丘里段内的文丘里管数量；n为3-8的自然数，n为总层数，第i层文丘里管数量为3×2i-1，i为大于1且小于等于n的自然数。
2.根据权利要求1所述的稳定型文丘里装置，其特征在于，所述文丘里管的尺寸满足：喉管的喉长c为喉径b的1-2倍，扩散段扩散角e为20-65°，收缩段收缩角d为50-75°。
3.根据权利要求1所述的稳定型文丘里装置，其特征在于，相对于文丘里段轴线，第i层相邻文丘里管之间的夹角a=360°/(3×2i-1)
式中，i为大于1且小于等于n的自然数。
4.根据权利要求1所述的稳定型文丘里装置，其特征在于，所述稳流套筒直径为喉径b的1-1.2倍，高度为0.01-0.1m；所述稳流套筒材质为耐磨钢材质。
5.根据权利要求1所述的稳定型文丘里装置，其特征在于，所述文丘里管的收缩段表层设置防磨层；所述防磨层材质为耐磨钢、耐磨砂浆浇注。
6.根据权利要求1所述的稳定型文丘里装置，其特征在于，所述文丘里管与脱硫塔体接触位置设置防磨凸起和环形翼。
7.根据权利要求6所述的文丘里装置，其特征在于，所述防磨凸起设置于文丘里装置的渐扩段与脱硫塔体接触面，所述凸起高于附着面3-8cm；和/或
所述环形翼设于文丘里装置与脱硫塔塔体交接处；和/或
所述环形翼为1-3层；和/或
所述环形翼与水平面角度大于50°。
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| CN202210260318.8A Active CN114699906B (zh) | 2022-03-16 | 2022-03-16 | 一种半干法脱硫用稳定型文丘里装置 |
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Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101559323A (zh) * | 2009-06-03 | 2009-10-21 | 周建安 | 一种消化循环流化床烟气脱硫方法及装置 |
| CN202516465U (zh) * | 2012-03-30 | 2012-11-07 | 蓝天环保设备工程股份有限公司 | 一种用于循环流化床半干法脱硫塔的文丘里结构 |
| CN204911221U (zh) * | 2015-09-11 | 2015-12-30 | 中冶赛迪工程技术股份有限公司 | 一种渐缩渐扩角不等的文丘里管束及其cfb吸收塔 |
| CN205730730U (zh) * | 2016-05-07 | 2016-11-30 | 同正环保集团有限公司 | 一种多管文丘里装置 |
| CN106504811A (zh) * | 2016-10-31 | 2017-03-15 | 哈尔滨工程大学 | 一种安全壳长期卸压过滤系统 |
| CN210229473U (zh) * | 2019-05-27 | 2020-04-03 | 上海蓝魂环保科技有限公司 | 用于船舶尾气清洗系统的文丘里集成降温除尘装置 |
| CN212999265U (zh) * | 2020-04-25 | 2021-04-20 | 中瑞环拓有限公司 | 一种脱硫塔文丘里延伸结构及脱硫系统 |
-
2022
- 2022-03-16 CN CN202210260318.8A patent/CN114699906B/zh active Active
Patent Citations (7)
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 袁竹林等编著.《气固两相流动与数值模拟》.东南大学出版社,2013,182-185. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114699906A (zh) | 2022-07-05 |
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