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1、技术与装备l Technology&Equipment 我国动力波洗涤技术的发展及应用现状 介绍了动力波洗涤器的装置结构、工作原理，动力波技术的优点和应用，同时概 述了动力波技术在我国的应用现状。 文I孟凡伟 -_r 动 力波烟气脱硫技术是美国杜 邦公司在20世纪7O年代研发 成功的全新烟气洗涤技术，主 要应用于工业废气的处理。20世纪80年 代，孟山都环境化学公司取得该技术的 许可证，并应用于硫酸净化工艺的标准 设计，取得了极大的成功。该技术具有设 备结构简单、效率高、对烟气的适应范围 广、运行稳定、不易结垢等优点，被越来 越多的冶炼、发电、化工等企业用来处理 烟气中的SO ，使排放的烟气达
2、到环保要 求【l 】。目前，世界上已有数百套工业装 置应用于废酸回收、冶炼烟气处理、硫酸 净化工艺、粉煤锅炉尾气处理，以及二氧 化钛酸解等4O多个不同的生产领域。 动力波洗涤技术介绍 动力波洗涤技术是湿法洗涤法中的 一种，是烟气净化领域的一项新技术，具 有可靠、新型、实用、综合效益高等优点。 1动力波洗涤器装置结构及工作原理 动力波洗涤器有逆向喷射洗涤器、 同向喷射洗涤器及泡沫塔洗涤器3种类 型。每一种均应用泡沫洗涤原理，按不同 工艺要求而设计制造，其中应用最为广 泛的是逆向喷射洗涤器。 动力波洗涤器装置主要由带锥形喷 口、圆柱形洗涤器、旋流板、分离塔、进 排气管、动力波循环泵、输液管等组成，
3、 如图1所示。在循环槽的上部分别设有 一个动力波洗涤管和出气管，在动力波 洗涤管中设有一个上喷嘴和一个下喷嘴， 46世界有色金属201 0 September 在动力波洗涤管中的下部还设有一个混 合器。在出气管中设有一个除沫器。在动 力波洗涤管出口处下侧的循环槽内设有 一个挡板，该挡板与动力波洗涤管的出 口成一定的夹角斜向放置在循环槽。洗 涤液喷头是动力波洗涤器的一个核心部 件，它的设计和选用对洗涤器洗涤效果 及运转费用的影响很大。目前，我国的技 术相对落后，通常这些关键部件需要从 国外进口。 动力波洗涤的基本过程是：高速液 体射向逆向流动的气体，利用烟气的动 量在逆喷管内使洗涤液四散飞溅，洗
4、涤 液与烟气达到动平衡处形成相对稳定的 强湍流泡沫柱。在此区域，气液充分接 触，随接触面高速更新，烟气中的粉尘及 有 如 图1动力波洗涤器 SO，等被湍流的液膜包裹、溶解，并随洗 涤液-一起进入气液分离槽。在此过程中， 烟气被冷却至绝热饱和状态。该技术允 许气量在50以上范围内波动，除尘效 率可保持在95以上，能够很好地适应 转炉烟气波动大的特点。动力波装置设 有大孔径喷嘴，不但可使喷出的洗涤液 不易雾化，减少了气体中夹带的细小液 滴，而且允许洗涤液的含固量高达20， 大大减少了污酸的排放量，减轻了污酸 处理的负荷，从而达到净化目的 。 2动力波洗涤器的优点 动力波洗涤器是一种新型的气液相 直
5、接接触的高效传质与传热设备，也可 应用于气液相反应与洗涤除尘、增湿等 过程，和其它同类设备相比较，它具有以 下突出优点： (1)两相的接触面积大，净化效率 高，其除尘效率高达99以上，净化效 率高于空塔等传统设备，用于硫酸的净 化工艺，效果非常明显。能降低物料消 耗，提高经济效益。 (2)设备投资少，造价低廉，安装方 便，且占地面积小，节约宅间。据有关 专家介绍，较常规洗涤系统可节省大约 30投资。 (3)由于喷嘴的特殊结构，管内流速 大，气、液流畅通，不易结晶，也不会因 为含固革高而堵塔，设备的可靠性好，运 行周期长。 (4)排放尾气达标，可以减少环境污 染。 (5)配置灵活，适用范围广。经
6、过适 当设计，动力波洗涤器几乎可以用于任 何气体净化过程。 (6)动力波装置不仪有极高的除尘效 技术与装备l TechnologyEquipment 归 动力波洗涤装置的脱硫率最高；钙硫比明显比其它 装置要大很多，说明循环洗涤液中的石灰含量比较 高；占地面积小，适应范围广，运行费用最少，设 备费较低，只是比喷淋塔、湿式旋风装置和湍球塔 要高。 率，且工作过程不会受温度和压力的影 响，所以可在任何温度和压力条件下稳 定可靠运行。 总之，动力波洗涤装置是一种极有 前途的新型高效气固、气液传质、传热分 离装置，也是一种成本低廉的新型环保 设备。 3动力波逆向喷射洗涤器与其它湿式洗 涤犍霞的比较 目前
7、，国内采用石灰水作为洗涤液 的脱硫设备有多种，如文丘里水膜装置、 喷淋塔、湍球塔、湿式旋风装置等。动力 波逆向喷射洗涤器与其它湿式洗涤装置 在脱硫率、钙硫比、占地面积以及设备和 运行费用等方面的对比情况见下表。 从下表中可以看出：动力波洗涤 装置的脱硫率最高；钙硫比明显比其 它装置要大很多，说明循环洗涤液中的 石灰含量比较高；占地面积小，适应范 围广，运行费用最少，设备费较低，只 是比喷淋塔、湿式旋风装置和湍球塔要 高。由此可见，动力波洗涤装置具有很 好的应用前景，目前的主要问题是技 术引进费用相当高，从而使该技术在 国内推广较慢。 表动力波逆向喷射洗涤器与其它湿式洗涤装置的对比情况 各甍 运
8、行甍用 装置篙袍 脱硫率 钙硫比 占地面积 适用范围 (兀m ) (元12) 文丘里水膜装置 40 i1i2 9g O 0l 大 适用范围广 喷淋塔 60 1113 32 ()01 犬 适于中、小锅炉 湿式旋风装置 50 1O13 45 O01 由 适于中、小锅炉 塔板式装置 70 i l_1 L 48 0012 中 适用范围广 冲击鼓泡式装置 5070 I213 64 00l 较大 适于中、小锅炉 湍球塔 80 lJi1 38 O01 5 较大 适于小型锅炉 动力波洗涤塔 8590 2225 49 0006 小 适用范围广 动力波洗涤技术的应用 1冷却 动力波洗涤器的容积传热系数远大 于空塔
9、，能够迅速冷却1200的高温气 体，因此对于处理相同气量和人口温度 的烟气，为达到相同的烟气出口温度，空 塔的容积要远大于动力波洗涤器喷射筒 的容积，同时，动力波洗涤器出口烟气的 湿含量基本达到饱和，而空塔的出口烟 气湿饱和度一般为8090。所以， 选用动力波洗涤器的冷却效果优于空塔。 2除尘 目前，动力波洗涤技术已经应用于 粉煤锅炉、煅烧炉、水泥厂、硫酸厂及冶 炼厂的烟气净化工序和化工厂的尾气中 处理过程中。一般情况下，能采用湿法收 尘的系统原则上也可以采用动力波洗涤 器。 3脱硫 在硫酸厂 冶炼厂、石油精炼厂和 二氧化钛酸解槽的尾气处理过程中已采 用动力波技术来脱硫。一般有采用烧碱、 石灰
10、石、氨气和氢氧化镁等作为洗涤液。 采用烧碱吸收SO 是脱除SO 的最简单 的方法，此时装置要求较小且反应迅速。 但是烧碱的价格昂贵，而且它产生的副 产物难以处理。石灰石的反应活性没有 烧碱高。在采用石灰石吸收SO 时，必须 首先把石灰石溶解于溶液中，石灰石的 溶解通常是SO 转化为硫酸钙的整个过 程的控制步骤。采用石灰石脱除SO 所 需费用较少，但脱除SO 要比烧碱困难 一些，同时又要处理泥浆。除了烧碱、石 灰石以外，还可以采用氨等其它的吸收 2010 September世界有色金属47 技术与装备l TechnologyEquipment 图2动力波洗涤器实物图 剂来吸收SO：。 总之，在化
11、学吸收烟气脱硫中，吸收 剂的性质决定了SO 吸收的效率，因此，所 选用的吸收剂具有以下几个方面的要求： (1)吸收能力强。吸收剂要对SO 具 有较高的吸收能力，以提高吸收速率，减 少吸收剂的用量，减少设备体积以及降 低能耗。 (2)选择性能好。吸收剂要对SO 具 有良好的选择性能，对其它组分不吸收 或吸收能力很低，以保证对SO 具有较 高的吸收能力。 (3)挥发性低，无毒，不易燃烧，化 学稳定性好，凝固点低，不发泡，易再生， 粘度小，比热小。 (4)不腐蚀或腐蚀小，以减少设备投 资及维护费用。 (5)来源丰富，容易得到，价格便宜。 (6)便于处理及操作，不易产生二次 污染。 在工业生产中，很难
12、选择到完全满 足上述要求的吸收剂，通常根据实际情 况，权衡多方面因素加以选择。石灰、氢 氧化钙、碳酸钙是烟气脱硫较为理想的 吸收剂，因而在国内外烟气脱硫中得到 了广泛的应用。 动力波洗涤技术在国内的发展 我国自1991年首次提出在冶炼烟气 48世界有色金属201 0 September 制酸的净化工序中引进动力波洗涤技术， 目前，已经在金隆铜业公司的“闪速炉一 转炉”混合烟气制酸系统、贵溪冶炼厂的 硫酸系统、株洲冶炼集团的铅烧结烟气 治理系统、宝山钢铁厂的废酸再生系统、 铜陵有色金属公司的尾气脱硫治理等系 统中得到了应用。 2001年7月铜陵有色金属公司第一 冶炼厂动力波尾气净化系统一次性试车
13、 成功，这是国内首次将美国孟山都公司 的动力波洗涤技术成功地应用于硫酸装 置的尾气处理。 2003年云南锡业股份有限公司环保 部张成明在对锡冶炼烟化炉烟气性质分 析的基础上，探讨目前用于烟化炉SO 治 理设备的运行情况及存在缺陷，介绍动 力波洗涤器在云锡公司3 烟化炉SO，烟 气治理中的运用情况。采用动力波洗涤 技术，以石灰石乳为洗涤剂，SO 去除率 689872，设备阻力132OkPa， SO 烟气净化效果较好 】。 大冶有色金属公司冶炼厂硫酸四系 列净化工序引进美国孟山都技术，由中 国有色工程设计研究总院设计，采用两 级动力波洗涤器进行烟气净化。生产实 践证明，该流程工艺先进，设备性能好且
14、 抗腐蚀性强，自动化程度高，对转炉烟气 适应性强，能满足净化工序降温、除尘、 除酸雾等工艺要求 】。北方铜业股份有限 公司冶炼厂硫酸二系统的尾吸也采用了 先进的动力波洗涤器。生产运行表明，尾 气排放完全达到了国家排放标准，彻底 解决了冶炼烟气对环境的污染问题，做 到了清洁、文明生产。 我国现有工业燃煤设备4O万台，煤 炭消费总量为世界第一，每年向大气中 排放大量SO 和粉尘，环境污染严重。 2005年湘潭大学化工学院黄笃树等人介 绍了动力波逆向喷射洗涤器的构造及基 本原理，设计并优化了其喷头结构，将其 用于烟气脱硫，取得了较好的效果。动力 波逆向喷射洗涤器装置中的洗涤筒由有 机玻璃制成，直径为
15、52毫米，喷嘴直径 为4毫米，其关键部件是液体喷嘴(内含 旋转片)，为自行设计，由于121径大，故 循环洗涤液中即使有较高的固含量(可达 20)，运行中也不会堵塞。考察了洗涤 液pH、烟气中SO 含量、液气比等因素 对脱硫率的影响，确定了最佳操作条件： 采用石灰水作为洗涤液时的烟气脱硫率 的影响，在pH为92、液气比为0024条 件下，脱硫率可达到90【4】。 自从我国引进动力波技术以来，国 内几家设计研究和设备制造单位，对净 化原理、关键技术和设备结构等进行了 研究和国产化，在国内的应用领域迅速 扩大，除用于制酸烟气净化外，在建材、 钢铁及其它冶金炉窑烟气除尘脱硫上逐 步推广。 展望 动力波
16、洗涤技术是国际烟气净化领 域一项十分先进的技术，目前在制酸工 艺中普遍采用，在主流程中用于SO：炉 气除尘已经非常成熟。同时，动力波技术 的应用是多方面的，但我国现阶段的技 术还十分的不成熟，所以我国科技工作 者应加大研发力度，不断引进消化国外 动力波技术，努力创新，使动力波技术及 其设备能够国产化。 动力波逆向喷射洗涤器的结构比较 简单，占地面积小，其活动部件少，操作 维护方便，与其它湿式洗涤装置相比有 很大优势，动力波洗涤技术因其可靠、新 型、实用、综合效益高等优点，具有十分 广阔的应用前景。固 (本栏目由江西理工大学协办) 团 _ 0 毒 1】李志坚自动控制在动力波脱硫系统中的 应用J江西理工大学学报，2008，29(3)： 27 2张成明云锡公司烟化炉烟气S02治理 实践fJ有色金属，2003，55(增刊)： 17l173 f3肖万平，董四禄，黄祥华有色金属冶
