噴淋塔是VOC治理中的一種常用設備。在常規的噴淋塔中廢氣從塔底進入噴淋塔中從下往上流動,而吸收劑/吸附劑溶液通過噴離散成小顆粒后自上向下流動,氣液兩相逆向而行,同時為了增加氣液兩相的傳熱、傳質通常在噴淋塔中還裝有填料。經過凈化后的廢氣從塔頂流出,吸附劑/吸收劑溶液在重力和浮力的共同作用下向下流動并匯集在塔底。
由于噴淋塔制造簡單、價格便宜,因此被廣泛地應在各種VOC治理工程中。但由于其處理效率有限,因此通常只能作為預處理手段,為了達到排放標準,下游通常還需要配置活性炭吸附、UV光解、低溫等離子、沸石轉輪等系統,這些系統都對廢氣的濕度都有一定的要求。
而噴淋塔為了達到一定的去除效率,液氣比不能太低,所以經過噴淋塔的廢氣不僅是濕飽和的,而且還會帶有顯性液體顆粒。 為了盡可能減少廢氣對液滴顆粒的夾帶,通常噴淋塔都設有除霧器,主要的類型有旋流板、折板、絲網除霧器等。
其中旋流板除霧有的比較多。噴淋塔中采用旋流板來除霧是借鑒自旋流板塔的除霧功能。旋流板塔是浙江大學化工系譚天恩教授在上個世紀七十年代發明的。塔板葉片如固定的風車葉片,氣流通過葉片時會產生高速旋轉和離心運動,從而達到除塵/除霧的效果。
下圖是CFD模擬的流動動畫。
本文將從流動的角度來討論一下噴淋塔采用旋流板除霧的一些誤區。
誤區一:內向板和外向板的選擇
旋流板塔有兩個功能一個是類似于噴淋塔的吸收/反應功能(即傳熱傳質),另一個就是除塵/除霧功能。旋流板也分為兩種:一種是內向板,一種是外向板。內向板適用于吸收/反應功能,而外向板適用于除塵/除霧。
下圖左側為內向板,右側為外向板。
圖1—內向板和外向板的實物照片
作者分別對單層的內向板和外向板做了CFD模擬。分別截取了中心截面的速度矢量圖,展示如下。
圖2-內向板和外向板中心截面速度矢量圖
(為了讓大家能清楚地看到流動的方向,作者在矢量圖上加了紅色箭頭,兩側是對稱的,方便起見只標了一側。) 從圖中可以看到,經過內向板后氣體先向內旋轉,之后在離心力的作用下才逐步向外運動,氣體的運動軌跡較長。
而氣體經過外向板后直接向外運動將液體或者固體顆粒甩向壁板。因此外向板更適用于除霧、除塵。(文章開頭處的動畫中的旋流板就是外向板)但遺憾的是在噴淋塔中大多數都采用了內向板來除霧,因此并沒有發揮出旋流板的*大功效。
誤區二:出口形狀
由于噴淋塔內速度較低,而出口管道速度一般在10m/s左右,因此出口要做變徑。下面我們以外向板為例看一下出口變徑形狀對流場的影響。
圖3—中心截面速度
上圖左側僅模擬了單層外向旋流板,右側模擬了旋流板和出口變徑段。兩張圖均為中心截面的速度云圖。從圖中可以看出當僅有旋流板的時候廢氣經過旋流板后由于旋轉和離心力的作用使得大多數的廢氣都集中在塔壁附近;而增加出口變徑后由于出口的擠壓效應,高速區從塔壁遷移到了中心,因此削弱了除塵、除霧功能。
這是否意味著出口就不能變徑了?也不是。只是如果要提高除塵/除霧效果,變徑段的形狀要進行優化設計。
誤區三:旋流板+絲網除霧的結合
前文提到由于大多數下游設備對廢氣的濕度有一定的要求,因而很多工程中噴淋塔的除霧、除塵還是比較重要的。這時大家就會想到采用多重除霧結合的方式來提高除霧、除塵效率。
其中有很多會采用旋流板除霧+絲網除霧結合的方式。但是從模擬的結果看實際上1+1≠2。我們以內向板為基礎來比較一下增加絲網除霧器前后的區別。
圖4-中心截面速度矢量圖
上圖左邊是沒有絲網除霧器的速度矢量圖,在上文中已經分析過了廢氣經過旋流板后先向內旋轉之后在離心力的作用下向外運動,將液滴/固體顆粒甩向壁面。而增加絲網除霧器后廢氣的流向被改變了。
因為絲網除霧器作用相當于多孔介質,有消旋和均流作用。而旋流板之所以能除塵/除霧靠的就是旋轉和旋轉引起的離心力。一旦旋轉被消除了或者減弱了,那么離心力就減小了,除塵/除霧的效果就降低了,此時除霧除塵的功能更多是依靠絲網除霧器。
誤區四:旋流板的設計參數
旋流板要達到一定的除塵/除霧效率是要滿足一定設計參數,其中空塔速度、仰角、盲板尺寸對除塵/除霧效率影響很大。在噴淋塔中空塔速度相對較低,而旋流板塔的空塔流速要略高,所以當噴淋塔采用旋流板除塵/除霧是相比旋流板塔的除塵/除霧效果是要打折扣的。
另外葉片的仰角也很重要,如下圖所示的這種大仰角的葉片,其只徒有旋流板的外形,除塵/除霧的效率是很低的,因為氣體旋轉不夠,不能產生足夠的離心力。
本文從旋流板類型(內向板/外向板)、出口形狀、旋流板與絲網除霧組合的角度分析了噴淋塔采用旋流板除霧、除塵存在的誤區。
實際上旋流板塔的設計有一套的完整的計算方法的。下之后的文章我們將介紹完整的旋流板塔計算,并采用CFD模擬來驗證多層旋流板塔除塵、除霧的效果。
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