固阀塔板对煤气化飞灰洗涤净化性能的实验探讨.docx

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固阀塔板对煤气化飞灰洗涤净化性能的实验探讨

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摘要：本文首先介绍了煤气化飞灰的形成，进而分析了固阀塔板的除尘机理，并在此基础上对固阀塔板对煤气化飞灰洗涤净化性能的实验进行研究，通过实验研究表明板式洗涤塔内的气体流量、液体流量以及飞灰颗粒浓度对固阀塔板洗涤效率均具有一定影响。

关键词：固阀塔板；飞灰颗粒；洗涤效率

现阶段，对塔板上气液两相局部流动特性的研究，一般都从浮阀塔板、筛孔塔板、泡罩塔板的层面入手，而很少涉及固阀塔板的研究。泡罩塔板与筛孔塔板是最为常见的塔板，随着对塔板研究的不断深入，这两种塔板的缺陷日益显现。由于筛孔塔板的气速方向与雾沫夹带方向成平行关系，所以易加剧物沫夹带情况，降低操作效果；浮阀塔板的造价较高、结构复杂，并且一些部件会降低塔板抗阻塞能力。相比之下，固阀塔板能够弥补以上三种塔板的弊端，其优势具体体现在以下方面：固阀塔板对阀孔结构进行了特殊设计，使气体经过阀孔平行于板面方向喷出，这样一来，改变了筛孔塔板中气体流动方向平行于雾沫夹带方向的状况，使两者呈90°直角关系，有利于减少雾沫夹带；固阀塔板阀孔的四周开度一致，能够保证气体经过阀孔均匀分散，进而产生均匀气泡，增强泡沫层的稳定性；固阀塔板是一种优异的塔板，虽然传质性能与浮阀塔板一样良好，但是其造价却明显低于浮阀塔板。

在固阀塔板上，其周围气液接触状况较为复杂，使得气泡行为或气液两相局部流动特性能够对固阀塔板性能的好坏起到决定性作用。要想分析气液两相流动情况就会必须了解气液两相局部流动特性，而现有的文献只对其进行了定性描述。为此，本文通过实验对固阀塔板对煤气化飞灰洗涤净化性能进行研究。

1.煤气化飞灰的形成概述

在煤气化的过程当中，除了会产生出合成气之外，还会随之产生出大量的颗粒物，这些颗粒物即飞灰。相关研究结果表明，粒径分布是飞灰最为重要的物质性质，它对气化炉的气化效率、飞灰脱除以及灰的综合利用均有一定的影响[1]。相关研究结果表明，当煤气化飞灰的粒径过大时，非常容易引起气化炉管路堵塞和炉内积灰等问题，同时，飞灰的粒径过小则很难被脱除，这样一来飞灰便会随着合成气进入到下游的工段当中，因细小的飞灰颗粒容易出现富集痕量元素，从而会加剧设备腐蚀和磨损，并且还可能引起催化剂中毒等问题。通常情况下，煤粉在正常燃烧或是气化的过程中，会生成两类飞灰，即细灰和残灰，这两类飞灰颗粒的形成机理完全不同。

1.1细灰的形成机理

在高温燃烧气氛中，煤的气化产物会持续不断地向外扩散，当这些产物在焦炭的边界区域遇到氧之后，会出现氧化反应，进而生成对应的氧化物[2]。而无级蒸汽饱和时，部分气分会形成非常细小的颗粒，还有一部分会凝结在周围已经形成的颗粒之上，当颗粒之间发生互相碰撞后，会出现凝并现象，此时的颗粒便会不断增大，由此可知，气化与凝结是细灰形成的主要过程。

1.2残灰的形成机理

在煤气化的过程中，占主导地位的残灰颗粒一般都是微米级，而残灰本身属于焦炭燃烧后下剩余的固体残渣，其来源为煤中的矿物，焦炭燃烧时表面会出现碳化反应，其中的矿物颗粒便会随之显露，并在高温的作用下形成球状灰滴，随着燃烧的不断进行，焦炭会逐步缩小，其表面上相邻的飞灰颗粒便会互相接触，进而聚合到一起形成粒径较大的飞灰，这便是残灰颗粒的形成过程。

2.固阀塔板的除尘机理分析

固阀塔板归属于鼓泡接触型洗涤塔的范畴，位于塔板上的液体全部都是经由降液管流到塔板上，再由开孔区与气体鼓泡相接处，而经过净化处理的洗涤液则是从另一条降液管流到下一层的塔板上。脱离开液层的气体会持续不断地上升到上一层塔板上，再次进行洗涤，经过若干层塔板和多次气液分离后，便可以达到预定的洗涤效果。有上述分析可知，板式洗涤塔主要是利用单元集尘体的方式来完成气体除尘的。气泡集尘体捕集飞灰颗粒的方式主要由以下几种：惯性碰撞、热泳作用、拦截等等。

2.1惯性碰撞

当含有飞灰的气流在气泡内自由循环时，因飞灰的惯性力大于气体分子，所以飞灰将会脱离气体流线，并继续向前运动直至与集尘体相碰撞，这个过程即惯性力沉降，它是捕获粒径较大飞灰的主要机理。

2.2热泳作用

当气体介质中存在温度梯度时，在力的作用下，微粒的方向会从热指向冷，这里所指的力主要是由微粒热侧与冷侧分子碰撞后产生的结果[3]。相关实验显示，在热区当中的介质分子运动非常剧烈，并且在单位时间内颗粒碰撞的频率也相对较高，而在冷区当中的介质分子运动较为缓慢，颗粒之间的碰撞频率也相对较低，由此使得两侧分子之间的碰撞次数存在差异，最终便会导致微粒从高温区不断地向低温区运动。这个过程即热泳作用，其也被称之为温差泳，如图1所示。

图1热泳作用示意图

2.3拦截捕获

这种捕获方式是在不考虑飞灰颗粒本身质量以及颗粒之间互相碰撞的基础上，