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VOC治理在喷淋塔上采用旋流板除雾的误区

发布时间:2019-12-02 09:55内容来源:网络整理 点击:

  喷淋塔是VOC治理中的一种常用设备。在常规的喷淋塔中废气从塔底进入喷淋塔中从下往上流动,而吸收剂/吸附剂溶液通过喷离散成小颗粒后自上向下流动,气液两相逆向而行,同时为了增加气液两相的传热、传质通常在喷淋塔中还装有填料。经过净化后的废气从塔顶流出,吸附剂/吸收剂溶液在重力和浮力的共同作用下向下流动并汇集在塔底。

  由于喷淋塔制造简单、价格便宜,因此被广泛地应在各种VOC治理工程中。但由于其处理效率有限,因此通常只能作为预处理手段,为了达到排放标准,下游通常还需要配置活性炭吸附、UV光解、低温等离子、沸石转轮等系统,这些系统都对废气的湿度都有一定的要求。

  而喷淋塔为了达到一定的去除效率,液气比不能太低,所以经过喷淋塔的废气不仅是湿饱和的,而且还会带有显性液体颗粒。 为了尽可能减少废气对液滴颗粒的夹带,通常喷淋塔都设有除雾器,主要的类型有旋流板、折板、丝网除雾器等。

  其中旋流板除雾有的比较多。喷淋塔中采用旋流板来除雾是借鉴自旋流板塔的除雾功能。旋流板塔是浙江大学化工系谭天恩教授在上个世纪七十年代发明的。塔板叶片如固定的风车叶片,气流通过叶片时会产生高速旋转和离心运动,从而达到除尘/除雾的效果。

  下图是CFD模拟的流动动画。

  本文将从流动的角度来讨论一下喷淋塔采用旋流板除雾的一些误区。

  误区一:内向板和外向板的选择

  旋流板塔有两个功能一个是类似于喷淋塔的吸收/反应功能(即传热传质),另一个就是除尘/除雾功能。旋流板也分为两种:一种是内向板,一种是外向板。内向板适用于吸收/反应功能,而外向板适用于除尘/除雾。

  下图左侧为内向板,右侧为外向板。


图1—内向板和外向板的实物照片

  作者分别对单层的内向板和外向板做了CFD模拟。分别截取了中心截面的速度矢量图,展示如下。


图2-内向板和外向板中心截面速度矢量图

  (为了让大家能清楚地看到流动的方向,作者在矢量图上加了红色箭头,两侧是对称的,方便起见只标了一侧。) 从图中可以看到,经过内向板后气体先向内旋转,之后在离心力的作用下才逐步向外运动,气体的运动轨迹较长。

  而气体经过外向板后直接向外运动将液体或者固体颗粒甩向壁板。因此外向板更适用于除雾、除尘。(文章开头处的动画中的旋流板就是外向板)但遗憾的是在喷淋塔中大多数都采用了内向板来除雾,因此并没有发挥出旋流板的最大功效。

  误区二:出口形状

  由于喷淋塔内速度较低,而出口管道速度一般在10m/s左右,因此出口要做变径。下面我们以外向板为例看一下出口变径形状对流场的影响。


图3—中心截面速度

  上图左侧仅模拟了单层外向旋流板,右侧模拟了旋流板和出口变径段。两张图均为中心截面的速度云图。从图中可以看出当仅有旋流板的时候废气经过旋流板后由于旋转和离心力的作用使得大多数的废气都集中在塔壁附近;而增加出口变径后由于出口的挤压效应,高速区从塔壁迁移到了中心,因此削弱了除尘、除雾功能。

  这是否意味着出口就不能变径了?也不是。只是如果要提高除尘/除雾效果,变径段的形状要进行优化设计。

  误区三:旋流板+丝网除雾的结合

  前文提到由于大多数下游设备对废气的湿度有一定的要求,因而很多工程中喷淋塔的除雾、除尘还是比较重要的。这时大家就会想到采用多重除雾结合的方式来提高除雾、除尘效率。

  其中有很多会采用旋流板除雾+丝网除雾结合的方式。但是从模拟的结果看实际上1+1≠2。我们以内向板为基础来比较一下增加丝网除雾器前后的区别。


图4-中心截面速度矢量图

  上图左边是没有丝网除雾器的速度矢量图,在上文中已经分析过了废气经过旋流板后先向内旋转之后在离心力的作用下向外运动,将液滴/固体颗粒甩向壁面。而增加丝网除雾器后废气的流向被改变了。

  因为丝网除雾器作用相当于多孔介质,有消旋和均流作用。而旋流板之所以能除尘/除雾靠的就是旋转和旋转引起的离心力。一旦旋转被消除了或者减弱了,那么离心力就减小了,除尘/除雾的效果就降低了,此时除雾除尘的功能更多是依靠丝网除雾器。

  误区四:旋流板的设计参数

  旋流板要达到一定的除尘/除雾效率是要满足一定设计参数,其中空塔速度、仰角、盲板尺寸对除尘/除雾效率影响很大。在喷淋塔中空塔速度相对较低,而旋流板塔的空塔流速要略高,所以当喷淋塔采用旋流板除尘/除雾是相比旋流板塔的除尘/除雾效果是要打折扣的。

  另外叶片的仰角也很重要,如下图所示的这种大仰角的叶片,其只徒有旋流板的外形,除尘/除雾的效率是很低的,因为气体旋转不够,不能产生足够的离心力。 

  本文从旋流板类型(内向板/外向板)、出口形状、旋流板与丝网除雾组合的角度分析了喷淋塔采用旋流板除雾、除尘存在的误区。

  实际上旋流板塔的设计有一套的完整的计算方法的。下之后的文章我们将介绍完整的旋流板塔计算,并采用CFD模拟来验证多层旋流板塔除尘、除雾的效果。

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