引言活性焦是由碳元素组成的多孔吸附剂，具有独特的物理性能，近年来多被应用于烧结烟气干法脱硫工艺，可用于多种污染物的联合脱除，工艺副产品可以用于制备硫酸，具有耗水量少、无废水排放等特性[1]。活性焦脱硫系统主要由烟气系统、吸附系统、再生系统、活性焦储存及输送系统、硫回收系统等设备组成。再生系统的作用是将吸附SO2达到饱和状态的活性焦进行加热再生，再生的活性焦经筛分后被送入吸附系统进行循环吸附使用。再生系统回收的高浓度SO2混合气体被送入硫回收系统作为生产浓硫酸的原料。吸附SO2的活性焦具有一定的腐蚀性，在再生塔内流动时会对设备造成一定的破坏，特别是出现局部流动死区时，活性焦堆积在某个固定部位，形成板结，阻碍该处活性焦的流动，从而影响循环生产效果。板结活性焦内部温度逐渐升高，所含的带有腐蚀性的成分逐渐增加，可能严重腐蚀钢管。因此，为了确保生产过程中活性焦出料的均匀性和落料的一致性，研究活性焦在再生塔中的流动特性，对安全高效生产具有积极意义[2-3]。1研究概况再生系统中活性焦物料的循环流动极为重要，一般要求活性焦颗粒呈整体流形式，即任意截面上的各处颗粒以相同的速度向下移动，从而得到均匀的出料。出料仓底部出料阀门打开时，物料自由流动，再生塔中的物流出现流动差异，可能会在部分区域产生流动死区，长时间运行容易出现超温、腐蚀的现象。因此，再生塔出料仓设计时，在横向与纵向两个方向进行出口尺寸调整，设计类似锥形的下料斗，同时在出料仓内部设计导流板，减小活性焦流动时各点的流速差异，降低活性焦在流动过程中的互相影响，使活性焦的整体流动最大限度地保持均匀一致。由于活性焦颗粒物理特性不同，且受到设备在制造阶段的误差累计及金属表面光洁度等的影响，每套再生塔出料仓设备的实际运用情况不同，因此在完成设备制造后，需要对出料仓进行针对性的排料试验，能够在保证活性焦在出料仓内为均匀流动的同时，研究出料仓的内部构件及各间距对颗粒流动的影响，保证出料仓内各处的活性焦颗粒流动速度均匀一致。文中项目生产使用的活性焦颗粒为6~9 mm柱状活性焦颗粒[4]。2试验过程试验设备为湖北某钢厂120万t/a球团烟气净化项目再生塔出料仓，进料口为矩形，尺寸2 920 mm×2 260 mm，出料口尺寸2 920 mm×160 mm，出料仓锥形高度为1 900 mm，出料口采用长轴卸料器控制下料速度。影响锥形出料仓活性焦颗粒流动的主要因素是料斗的锥度，根据过去的实验数据以及现场的使用经验，项目一般采用倾角为60°的锥形下料斗，出料仓内的活性焦颗粒可呈整体向下流动状态，不会形成死区。实际生产过程中，不仅要保证再生塔内部活性焦流动不出现死区，同时要确保各处活性焦的流动均匀一致，防止局部流速较缓出现超温及腐蚀现象，从而损坏塔体。因此，需要在出料仓内部设计导流板，均衡各处的流动速度，保证活性焦颗粒可以整体均匀下降、循环使用。将出料仓中充满活性焦颗粒，将物料推平并标记四周高度，使活性焦在实际下落过程中可以随时判断各处的流动速度的差别，同时调整长轴卸料器至实际生产中的转动速度。开始转动下料，对活性焦的流动情况进行观察，间隔一定的时间进行拍照记录，以四周标记高度为基准，观察活性焦水平面的变形情况与变形速率，判断各处的流动速度差别，从而在出料仓内部增设导流件，重复试验，观察导流件对流动速度的影响，做出针对性的优化[5-6]。2.1试验1采用出料仓壳体进行第一次试验，锥形下料斗的倾角为60°，内部不设置任何导流件，装置一定量的活性焦颗粒，推平并记录活性焦颗粒顶部四周一圈的高度，再启动长轴卸料器，调节长轴卸料器至实际生产中的转动方向以及额定的转动频率，观察卸料器运行一段时间后活性焦在出料仓内部的流动情况。试验1结合实际生产过程进行，因为制造误差、安装位置以及出料仓与下部长轴卸料的接口不同，均会对出料仓活性焦的流动产生影响。通过第一次实验判断导流板的设置方式，调节活性焦流动特性。试验1的再生塔出料仓活性焦流动情况如图1所示。在试验1中，活性焦流动会出现轴向与横向两个方向上流动同时不均匀的问题，在横向方向上活性焦流动有快有慢，导致出现波纹波谷情形。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.06.013.F001图1试验1的再生塔出料仓活性焦流动情况（a）试验前 （b）试验中从出料仓俯视角度观察活性焦在下落过程中4个角的相对位置变化，出现角落处高低不一致现象，在同轴线方向的同侧出现一头流动快、另一头流动慢的情形。依据试验1的结果，明确活性焦在出料仓中流动情况为总体均匀、无流动死区、局部较乱、有快有慢，需要解决沿纵向与横向两个方向上的流动问题。针对横向方向上的流动问题，初步思路是通过设置锥形导流板，将横向方向分割成若干个小型下料仓，使“波峰”“波谷”逐渐平缓，达到近似均匀下落的目的。2.2试验2为了减缓出料过程中“波峰”“波谷”的高度，通过在出料仓内部增设导流板，达到减缓中间部位活性焦颗粒流动速度、增加两侧活性焦颗粒流动速度的目的。依照整体出料仓锥形的形状，将导流板截面设计为等边三角形，设置一个较大的三角锥体，安装在出料仓内部偏中间位置，开始实验。与试验1的操作相同，活性焦填料至同样的高度并推平，启动长轴卸料器，调整至相同的转动方向以及转动频率，一段时间后观察活性焦的流动情况。试验2的再生塔出料仓活性焦流动情况如图2所示。记录料仓内活性焦“波峰”与“波谷”的高度差。将实验2中活性焦的流动特性及结果与试验1进行对比，发现设置中间三角导流板后，流动过程中活性焦在横向方向上的高度差大幅度减小。这证明在出料仓内部增加三角导流板对改善活性焦在横向方向上的流动特征具有很好的效果。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.06.013.F002图2试验2的再生塔出料仓活性焦流动情况（a）试验前 （b）试验中通过对比试验1和试验2的结果，明确在活性焦流动过程中，三角导流板的设置会产生积极效果。通过多次重复试验2发现，由于在设备中间设置了三角导流装置，整个出料仓壳体近似被分割成左右两块，形成一定程度上各自独立的相对较小的出料区域。结合试验现象与结果，流动截面越小，活性焦各点在下落时可变化的范围越小，整体下落情况越平缓；左右两侧出料区域被间隔开后，活性焦在各自区域落料的独立性更强，互相之间的摩擦影响减小。2.3试验3通过多次的实验发现了另一个影响活性焦左右落料不均的因素。由于长轴卸料器本身的结构特性，卸料器自身的排料通道不对中，偏向长轴转动方向一侧，影响了上游活性焦的流动过程，导致上部出料仓设备中，靠近排料通道一侧的活性焦流动更顺畅，而另一侧需要经过更长的流动距离，受到更多的活性焦之间的摩擦影响。考虑在三角导流板的下部对已经流过导流板的活性焦进行再分配。为了加强出料仓中左右两侧活性焦在落料过程中的独立性，根据左右两侧落料量的不同，在三角导流板下部设置纵向方向上的隔板；根据实际落料量的不同，也可将隔板设置在中间偏左或偏右位置。将出料仓内部区域完全割开，可以保证活性焦在三角导流板左右两侧各自流动，减小活性焦在流动时的互相影响。试验3三角导流板结构如图3所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.06.013.F003图3试验3三角导流板结构设置垂直的纵向隔板后，重复前几次试验的步骤，验证试验3方案的实际效果，通过调整纵向隔板的尺寸与位置，以满足左右两侧活性焦下落量均等，经过多次试验选择并确定隔板的最佳尺寸。设置纵向隔板，既能够保证两侧活性焦落料均匀，又可以抵消下部长轴卸料器由于转动方向导致的左右两侧落料量不一致问题。2.4试验4经过多次试验及调整，可以得到活性焦在落料仓中的流动规律。为了进一步优化实际生产中活性焦整体的流动效果，增强活性焦在流动时横向方向上的平整性，再设置两件较小的导流板，分布在较大导流板的两侧，将横向方向上相对独立的流动区域由左右两处分割为宽窄大致相等的4处，最大限度地减弱活性焦流动时在横向方向产生的高度差。试验4的再生塔出料仓活性焦流动情况如图4所示。在出料壳体中设置一大、两小的导流板分割落料区域，依据试验3中纵向挡板的设置形式，在小三角导流板下部也设置一条纵向隔板，通过重复试验进行比对调节，活性焦“波峰”与“波谷”的高度差进一步降低。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.06.013.F004图4试验4的再生塔出料仓活性焦流动情况（a）试验前 （b）试验中2.5试验5活性焦落料时在横向方向上流动的均匀性得到较好改善，还需要解决其在纵向方向上的流动问题。结合前几次的试验经验与思路，在纵向方向上通过隔板将活性焦的流动区域分割为若干部分，将一段长的落料区域调整成多段较短的区域，减小流动的不确定性以及流动过程中活性焦的互相影响，通过在三角导流板的纵向隔板位置加装横向隔板以达到均匀分割纵向通道的目的。三角导流板加装横向隔板效果如图5所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.06.013.F005图5三角导流板加装横向隔板效果为了调节纵向通道里每一小段区域里不同的落料速度，采取调整落料间隙的方式，沿着三角导流板两侧的斜板的方向设置调节扁条，进行多次试验，通过试验结果调整三角导流板以及调节扁条的位置，达到理想的落料效果。3结语试验完成后，出料壳体内部导流装置的尺寸已经调整到最佳位置，在现场安装并投入使用后，运行效果良好，目前已正常运行1年，未出现下料不均的现象。再生塔出料壳体内部结构设计方案对改善活性焦流动及实际生产具有重要意义。