CN1101719C - 气液接触装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的是提供一种气液接触装置，该装置用在湿烟道气脱硫装置以及类似的设备上，它配有重量轻、价格低、有良好的防腐耐磨性的集管，并因此具有高可靠性、低成本。为达此目的，给出一种气液接触装置，它有一根或多根装在有气体流经的塔的主体内的集管，集管上安装有多个雾化喷嘴用来将吸收剂浆液向上喷出，其特征为集管用纤维增强树脂复合材料制成，其外表面和内外表面分别是一层含有陶瓷颗粒的防腐耐磨树脂层。

Description

气液接触装置
本发明涉及一种气液接触装置，它用于湿烟道气脱硫装置以及类似的设备中，具有安装在气体流经的塔的主体内的一根或多根由具有较好的防腐耐磨性的纤维增强树脂复合材料制作的集管，集管上安装了多个雾化喷嘴用来向上喷出吸收剂浆液。
近年来，利用一种吸收剂浆液的吸收将烟道气中存在的二氧化硫除去的湿烟道气脱硫装置的使用越来越普遍。在这种类型的脱硫装置中，重要的是要让烟道气与吸收剂浆液充分接触。所以本申请人以前提出一种烟道气脱硫装置，其构成是让一种吸收剂浆液在气体流经的塔的主体内向上喷出，并因而改善气液接触的效率，减少所需容积，以及简化构造(见日本实用新案公报No.59-53828/84)。图3给出一种典型的使用这样一种结构的气液接触装置的烟道气脱硫装置的基本部分。
这种烟道气脱硫装置设有：一个构筑在吸收塔1底部的容器2，借助一个送浆***把例如含有石灰石的吸收剂浆液S供给此容器2；一个循环泵4，把在容器2中的吸收剂浆液S送到位于吸收塔1的上部的吸收塔主体3中，并使吸收剂浆液和烟道气接触；一根通过一个旋转轴5由容器2的顶板支撑的搅拌棒7，它借助一个马达6带动在容器2内的吸收剂浆液S中水平旋转。此外，通风道8和9是烟道气的进气口和出气口，分别位于吸收塔主体3的顶部和容器2侧部的顶部，这样烟道气流经吸收塔主体3并在容器2内的吸收剂浆液S的表面上流过。
此外，一根或多根集管10放置在吸收塔主体3内，并连接到循环泵4的送出端。这些集管10都装有多个雾化喷嘴11，用于向上以液体柱的形式喷射吸收剂浆液S。这样就构成了一个可以使烟道气和吸收剂浆液S充分接触的气液接触装置。上述脱硫装置中，气液接触装置通常装有多根集管10。
当在相对缓和的环境条件中使用时，例如，在吸收剂浆液S的液体柱的高度不大于1m并且吸收剂浆液S中石膏的重量百分浓度小于15％时，集管10通常由一种纤维增强树脂复合材料(下文简称FRP)，例如通常的玻璃纤维增强聚酯树脂制成，或用具有专为抗腐蚀考虑的一种树脂衬面的碳钢材料制作。然而，当使吸收剂浆液S的液柱高度和/或吸收剂浆液S中石膏的浓度超过上述限制的严酷条件下，通常是使用金属材料(例如不锈钢和耐蚀镍基合金)，它们有很好的硬度和卓越的耐磨性和抗腐蚀性。
在这种烟道气脱硫装置中，未处理的烟道气是通过通风道8送进来，并使其与通过循环泵4送入并从雾化喷嘴11喷出的吸收剂浆液S接触，这样，未处理的烟道气中所含的二氧化硫就通过被吸收剂浆液S吸收而得以去除。吸收之后的烟道气，作为处理过的烟道气通过通风道9排出。从雾化喷嘴11中喷出的吸收剂浆液S在吸收二氧化硫的同时向下流动，进入容器2，在那里，在被搅拌棒7搅动的同时，由空气供应装置(未示出)送入容器2内的吸收剂浆液S中的空气产生大量的气泡，吸收剂浆液S由于与气泡接触而被氧化。这样，产生的石膏做为一种副产品就可以从***中取出。
在这一过程中，吸收剂浆液S从雾化喷嘴11向上喷出形成液柱。喷出的吸收剂浆液S在上升的最高点散开并落下，落下的吸收剂浆液S和喷出的吸收剂浆液S彼此碰撞，产生微小的液滴。这样，同填料式吸收塔一类的设备相比，除了构造简便外，这种装置的每单位体积气液接触面积增加了。
此外，由于烟道气在喷嘴11的周围被充分地裹进喷出的吸收剂浆液S的液流中，吸收剂浆液S和烟道气可以充分混合。这一点也有助于促进气液有效地接触，因此甚至体积不大、结构简单的吸收塔就可以高水平地脱硫而净化烟道气。而且，可以通过控制循环泵4的传送压力或其它参数，来改变从雾化喷嘴11中喷出的吸收剂浆液S的液柱高度，从而可以有效地调整气液接触率及脱硫程度。
在上述传统的气液接触装置中，在吸收剂浆液的液柱高度过大，吸收剂浆液中石膏的浓度过高，和/或吸收剂浆液的循环速率很大以至于在集管10中的液流速度很高的情况下，集管10需要用昂贵的抗腐蚀和抗磨损的材料制作，以防止由于磨损和腐蚀导致可靠性降低。这不利地使得材料和制造或加工的成本增加，并进一步增加了安装成本并导致经济效益下降。更准确地说，当吸收剂浆液S的液柱高度大于1m，吸收剂浆液S中的石膏重量百分浓度大于15％，和/或集管10中的液流速度大于2m/s时，传统上是使用具有高硬度和良好耐磨性的昂贵的金属材料制作集管10，从而要求昂贵的材料、制造和加工成本。而且，当在极严酷的条件下要求抗腐蚀性时，由于必须使用镍基合金而使经济效益显著下降。
考虑到上述现有的技术水平，本发明的目标是提供一种所配装的集管重量轻、价格便宜、有良好的耐磨性和抗腐蚀性、因此可靠性高、经济效益好的气液接触装置。
为了实现上述目标，本发明提供：
(1)一种气液接触装置，这种装置中的一根或多根安装在气体流经的吸收塔主体内的集管上安装了多个雾化喷嘴，用来向上喷射吸收剂浆液，其特征在于，上述集管用纤维增强树脂复合材料制作，外表面是由包含重量百分浓度为5-90％的陶瓷颗粒的树脂所构成的一层防腐耐磨树脂层；以及
(2)一种气液接触装置，这种装置中的一根或多根安装在气体流经的吸收塔主体内的集管上安装了多个雾化喷嘴，用来向上喷射吸收剂浆液，其特征在于，上述集管是由纤维增强树脂复合材料制作，外表面和内表面分别是由包含重量百分比浓度分别为5-90％和5-70％的陶瓷颗粒的树脂所构成的一层防腐耐磨树脂层。
根据本发明，集管的外表面制有防腐耐磨层，或外表面和内表面都制有防腐耐磨层，以减少由于向上喷出的吸收剂浆液下落和撞击所造成的集管外表面的磨损，和/或减少由于吸收剂浆液流动产生的摩擦所造成的集管内表面的磨损。因此，本发明使用了重量轻、价格便宜又具有很高的抗冲击性能的FRP材料作为集管的主体来保证其耐磨性并提高了气液接触装置以及因而提高了脱硫装置的经济效益和可靠性。
图1是依照本发明的一个实施例中的一个气液接触装置主要部分的侧剖视图。
图2是依照本发明的另一个实施例中的一个气液接触装置主要部分的侧剖视图。
图3是一个可使用本发明的气液接触装置的传统烟道气脱硫装置的主要部分简图。
在本发明的装置中，为了减少由于向上喷出的吸收剂浆液下落和撞击集管所造成的磨损，集管是用FRP制作的，它的外表层是含有重量百分比浓度在5-90％的陶瓷颗粒的树脂所构成的一层防腐耐磨层。结果，甚至在喷出吸收剂浆液的液柱高度不小于1m的情况下，也可以减轻由吸收剂浆液下落所造成的磨损。
而且，在高度腐蚀和磨损的环境下(例如送入集管的吸收剂浆液的流速很高，或吸收剂浆液中的颗粒(例如石膏)浓度很高)，除了外表面，集管的内表面也是由包含重量百分比浓度在1-70％的陶瓷颗粒的树脂所构成的一层防腐耐磨层。这样，甚至在送入集管的吸收剂浆液流速大于2m/s和/或吸收剂浆液中的石膏颗粒重量百分比浓度大于15％的条件下，因吸收剂浆液撞击集管内表面而产生的磨损也可以显著减小。
参照图1和图2，在本发明的气液接触装置中，制作集管10使用的FRP是由增强纤维和树脂成分构成，增强纤维例如为玻璃纤维、碳纤维或有机树脂纤维(例如聚酯纤维)，树脂成分包括如为不饱和聚酯树脂的聚酯树脂、环氧丙烯酸酯树脂(＝乙烯基酯树脂)或环氧树脂。其中，FRP最好是由玻璃纤维和聚酯树脂或乙烯基酯树脂组成。
安装在集管10上的雾化喷嘴11的材料可以从金属材料、陶瓷、橡胶以及类似材料中选择耐磨性高的材料选用。
根据本发明由上述FRP制成的集管10，其外表面，或外表面和内表面上的防腐耐磨层的陶瓷颗粒的硬度必须大于吸收剂浆液中所含的石膏颗粒的硬度。例如，最好使用氧化铝、碳化硅、碳化钨和氧化锆。
构成防腐耐磨层使用的陶瓷颗粒的含量应根据吸收剂浆液的性质、流速及其喷射的高度等条件作恰当的选择。因为环境条件不同，其优选值范围在集管的内表面和外表面两者之间稍有不同。适合外表面的含量按重量百分比为5-90％，最好是10-70％。如果重量百分比小于5％，在喷出吸收剂浆液的液柱高度不小于1m的情况下，由吸收剂浆液喷出和下落所引起的磨损就过大。如果重量百分比大于90％，使用防腐耐磨层会变得很困难，会使处理费用增加。另一方面，内表面适合的含量按重量百分比为1-70％，而最好是在5-70％。如果重量百分比小于1％，在送入集管的吸收剂浆液流速不小于2m/s和/或吸收剂浆液中的石膏浓度按重量百分浓度不小于15％的条件下，磨损量会过大。另一方面，由于内表面的磨损通常小于外表面的磨损，重量百分比约为70％含量的内表面可以提供足够的耐磨性。
构成防腐耐磨层的树脂可以使用上述任何一种用于构成集管10的FRP的树脂成分的树脂。防腐耐磨层可以含有，也可以不含有增强树脂。从便于制作的角度而言，防腐耐磨层通常最好是与构成集管10的FRP的树脂成分相同，并且不含有增强纤维。
根据本发明的外表面上形成有含有陶瓷颗粒的防腐耐磨层12的集管10，例如可按如下方法制作。首先，把由一种增强纤维如玻璃纤维、碳纤维或有机树脂纤维组成的编织物、织物或粗纱浸渍上树脂，如环氧树脂、聚酯树脂或乙烯基酯树脂。然后，采用一种技术如手铺法或卷绕法，将其放到或缠绕到一个木模的外表面，该木模的直径和集管的内径相符。这样，一个具有所需壁厚的FRP的集管10就可制成。
接下来，将成分为重量百分比在5-90％、颗粒直径不大于1mm的氧化铝、碳化硅、碳化钨和氧化锆或者它们的混合物等陶瓷材料，同上述任何一种树脂混合，并将得到的混合物用抹刀、刷子、喷枪或其它类似工具涂布于FRP集管的外表面上。如此，就在FRP集管的外表面上形成了一层厚度为0.01-20mm由含有陶瓷颗粒的树脂所形成的防腐耐磨层12。
陶瓷颗粒的表面不必用硅烷混合物等类似的物质进行处理，通常这种处理是为了提高陶瓷颗粒和树脂之间的界面粘着力。表面处理过和未处理过的陶瓷颗粒均可以使用。
所要求的陶瓷颗粒的平均颗粒直径按使用条件而有所不同。因为添加陶瓷颗粒是要提高防腐耐磨层的耐磨性，所以根据气液接触装置的使用条件，所要求的陶瓷颗粒的平均直径会影响防腐耐磨层的预期寿命。当气液接触装置中防腐耐磨层的使用是在石膏浓度很高的吸收剂浆液中使用时，为了延长其使用寿命，应该提高陶瓷颗粒的含量。当陶瓷颗粒的含量如下例所示高达重量百分比为90％时，平均颗粒直径为1mm大小的陶瓷颗粒是不合适的。这是因为颗粒之间的空隙太大，无法由所剩的重量百分比为10％的树脂充填，这样产生的孔隙显著地降低防腐耐磨性。因此，当陶瓷颗粒含量需要很高时，陶瓷颗粒的平均颗粒直径应小到10μm才合适。另一方面，当无需很高的耐磨性时，陶瓷颗粒含量可以较低，这时所用的陶瓷颗粒的平均颗粒直径从小到大的范围可以很大。有必要指出的是大颗粒往往有较好的耐磨性。
防腐耐磨层的厚度可由所需的使用寿命及其耐磨性决定。从制造和经济性的角度而言，防腐耐磨层的厚度实际上是在0.01-20mm的范围内，最好是1-5mm的范围内。因此，从所需的厚度就可以确定平均颗粒直径和陶瓷颗粒的量。
此外，根据本发明的内外表面上形成有含有陶瓷颗粒的防腐耐磨层12和13的集管10，比如，可以用如下方法制造。首先，将颗粒直径不超过1mm的陶瓷材料如氧化铝、碳化硅、碳化钨、氧化锆或它们的混合物按照陶瓷材料含量按重量百分浓度为1-70％，与一种树脂，如环氧树脂、聚酯树脂或乙烯基酯树脂，相混合。然后用抹刀、刷子、喷枪或类似的工具，将得到的混合物涂到一个木模的外表面，该木模的直径应同集管的内直径相一致，涂层的厚度为0.01-20mm。这样，就作出了一个内防腐耐磨层13。
接下来，把由一种增强纤维如玻璃纤维、碳纤维或有机树脂纤维的编织物，织物或粗纱浸渍上树脂，如环氧树脂聚酯树脂或乙烯基酯树脂。然后，采用一种技术，如手铺法或卷绕法，将其置于或缠绕到上述内防腐耐磨层13上。这样，满足所有厚度要求的FRP管10就作成了。最后，按照上述方法，就可以在FRP管的外表面形成由包含陶瓷颗粒的树脂构成并且厚度为0.01-20mm的防腐耐磨层12。
下面，结合一个实施例，更详细地解释一下本发明。在此实施例中，本发明的气液接触装置用于图3所示的烟道气脱硫装置上。
如图3所示，集管10上侧安装了多个雾化喷嘴11，用来在塔的主体3内喷射吸收剂浆液。在本发明的气液接触装置中，集管10由FRP制作，并且其外表面是由含陶瓷颗粒含量按重量百分比为5-90％的树脂所构成的防腐耐磨层12，如图1所示。另外，如图2所示，其外表面是由含陶瓷颗粒含量按重量百分比为5-90％的树脂所构成的防腐耐磨层12，而其内表面是由陶瓷颗粒含量的重量百分比为1-70％的树脂所构成的防腐耐磨层13。使用多个集管时，这些集管并非总是在一个平面上。
在上述脱硫装置中，未处理的烟道气，比如，从通风道8送入，并使其与吸收剂浆液S接触，吸收剂浆液通过循环泵4送入，并从雾化喷嘴11向上喷出，这样，未处理的烟道气中所含的二氧化硫就被吸收剂浆液S吸收而去除。经过吸收处理之后所得到的烟道气就可以通过通风道9作为处理过的烟道气排出。
在这个过程中，集管10外表面上的防腐耐磨层12可以防止由于向上喷出的吸收剂浆液S下落和撞击所造成的FPR的磨损。而且当吸收剂浆液S的循环速率增加以便使集管10中的流速大于2m/s和/或吸收剂浆液S中石膏的重量百分浓度大于15％时，集管13内表面上的防腐耐磨层13可以防止FRP受到磨损。
本发明的气液接触装置使用了价格便宜、重量轻、抗冲击性能高的FRP作为集管的主体来实现防腐耐磨性。而且，虽然采用体积小、结构简单的吸收塔，其烟道气净化的脱硫程度却可以保持和过去一样高。
亦即，根据本发明的FRP集管可以令人满意地承受吸收剂浆液喷出高度超过1m、含石膏的吸收剂浆液的流速大于2m/s、和/或其中的石膏重量百分浓度大于15％这样恶劣的强腐蚀和高磨损的环境条件，提高气液接触装置并进而提高脱硫装置的经济效益和可靠性。
为了显示本发明的效果，特示例如下。其中的陶瓷颗粒的表面是未经处理的。
下面说明示例1。
集管的构造如图2，其耐磨性在具有图3所示结构的测试设备中做测试。所测试的集管制作方法如下。
用双酚基乙烯基树脂和表1所列的陶瓷颗粒，在一个外径为100mm的木模的外表面上作出一个含有陶瓷颗粒、厚度为3mm的内防腐耐磨层13。然后，将浸渍了一种间苯二酸基聚酯树脂的玻璃纤维用手铺法加到防腐耐磨层13上形成厚度为10mm的FRP层10。再利用制作前述内防腐耐磨层使用的同一种双酚基乙烯基树脂和表1中的陶瓷颗粒，形成含有陶瓷颗粒、厚度为3mm的外防腐耐磨层。这样制得的集管的全长为5m，并且其上装有9个间距为0.5m的雾化喷嘴。
为了测试，在图3所示结构的设备中安装了用上述方法制作的集管和同样是用FRP制作的但内外表面不含有陶瓷颗粒的传统的集管。然后，测试设备在下面的条件下运转了6个月：吸收剂浆液S中的石膏的重量百分浓度为10-30％，吸收剂浆液S的喷射高度为1-5m，集管中的吸收剂浆液S的流速为1-3m/s。之后，检测集管的磨损量，内外表面的测量结果分别列在表1和表2中。
表1说明，在吸收剂浆液S中的石膏重量百分浓度不低于15％，吸收剂浆液S的喷射高度不小于1m的条件下，陶瓷颗粒(由氧化铝、碳化硅、或碳化钨构成)含量不低于重量百分比为5％的集管，其外表面仅有轻微磨损，而其它集管则有严重的磨损。
其次，表2说明，在吸收剂浆液S中的石膏重量百分浓度为15％，集管中的流速不低于2m/s时，陶瓷颗粒(由氧化铝、碳化硅、或碳化钨构成)含量不低于重量百分比为1％的集管，其内表面仅有轻微磨损，而其它集管则有严重的磨损。
                                        表1
  试验序号         陶瓷颗粒  外防腐耐磨层中陶瓷颗粒含量(wt.％)  吸收剂浆液中石膏的浓度(wt.％)  吸收剂浆液的喷射高度(m)  6个月试验后的外表面磨损(mm)
    类型   平均颗粒直径(μm)
    1     -     -     0     10     1     0.15
    2     -     -     0     15     1     0.5
    3     -     -     0     30     1     0.8
    4     -     -     0     30     5     5.4
    5     氧化铝(Al2O3)     100     1     15     1     0.2
    6     Al2O3     50     5     15     3     0.25
    7     Al2O3     50     20     20     5     0.2
    8     Al2O3     10     50     30     5     0.15
    9     Al2O3     10     70     30     5     ＜0.1
    10     Al2O3     10     90     30     5     ＜0.1
    11     Al2O3     10     50     30     1     ＜0.1
    12     Al2O3     10     50     20     5     0.15
    13     Al2O3     10     50     30     5     0.15
    14     碳化硅(SiC)     100     5     15     1     0.1
    15     SiC     10     90     30     5     ＜0.1
    16     碳化钨(WC)     100     5     15     1     0.1
    17     WC     10     90     30     5     ＜0.1
    18     Al2O3     100     5     15     3     0.25
    19     Al2O3     50     20     20     5     0.2
                                       表2
  试验序号          陶瓷颗粒   内防腐耐磨层中陶瓷颗粒含量(wt.％)  吸收剂浆液中石膏的浓度(wt.％)   集管中吸收剂浆液的流速(m/s)  6个月试验后的内表面磨损(mm)
    类型   平均颗粒直径(μm)
    1     -     -     0     10     1     0.1
    2     -     -     0     15     2     0.4
    3     -     -     0     30     2     0.7
    4     -     -     0     30     3     2.3
    5     氧化铝(Al2O3)     10     50     15     2     ＜0.1
    6     Al2O3     10     50     15     2     ＜0.1
    7     Al2O3     10     50     20     2     ＜0.1
    8     Al2O3     10     50     30     3     0.1
    9     Al2O3     10     50     30     2     ＜0.1
    10     Al2O3     10     50     30     2     ＜0.1
    11     Al2O3     100     1     30     3     0.35
    12     Al2O3     50     20     20     2     0.2
    13     Al2O3     10     70     30     3     ＜0.1
    14     碳化硅(SiC)     100     1     15     2     ＜0.1
    15     SiC     10     70     30     3     ＜0.1
    16     碳化钨(WC)     100     1     15     2     ＜0.1
    17     WC     10     70     30     3     ＜0.1
    18     Al2O3     100     5     15     2     0.1
    19     Al2O3     50     10     20     2     ＜0.1

Claims (2)

1.一种气液接触装置，它有一根或多根装在有气体流经的塔的主体内的集管，集管上安装有多个雾化喷嘴，用来将浆液向上喷出，其特征为：所述集管用纤维增强树脂复合材料制成，其外表面是一层含有重量百分比为5-90％陶瓷颗粒的防腐耐磨树脂层。
2.如权利要求1所述的气液接触装置，其特征为：所述集管的内表面是一层含有重量百分比为1-70％的陶瓷颗粒的防腐耐磨树脂层。
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