【纺织新科编者按】
洪欣的[读者来信]稿件，旨在建议重视泡沫净化器的开发研究。今将来稿登载于下。
他把长期从事的废气净化环保研究与成果介绍给大家，此信，表达了他对环保事业的期望：泡沫净化器优点很多，可用的场合也很多，如果合理组合、使用得当，可以取得预期效果。今年他已经八十多岁了，希望我国环保事业在十二五期间能有更多的创新和发展。欢迎读者交流。
无尘车间采用湿式处理新工艺设想yd14132
——介绍湿式消烟除尘器”泡沫净化器”
作者：洪欣
通讯地址：邮编：201103
地址：上海青杉路龙柏五村21号301室
电话：021-34313270
收信日期：2011.10.30
一、泡沫净化器的开发与应用简介
目前国内外在建设无尘车间，对净化空气投入资金大而设备复杂，今建议采用湿式除尘器数台串连而成，达到消除空气中一切杂质，不仿一试。今说明如下:
本人洪欣退休前在上海纺织建筑设计研究院从事环保工作，在进院前、中、后从事同一工作，共二十二年，以炉窑废气净化为一生，当时设计了一套消烟除尘设备，采用水处理吸附炉气，空气净化后达到国家废气排放指标。后知，这台烟气湿处理设备不仅是中国唯一一台合格产品，也是在世界上唯一尚存的湿式除尘产品。
1975年产生第一台，到1979年作为正式产品定名为“SFH泡沫净化器”。业界评论，此项产品有四大优点：1、除尘效率高；2、化学反应快（消除SO2）；3、占地面积小；4、投资费用少。
二、与前期成果有关的若干材料
材料一、1981年上海市府办的《上海环境保护》通讯。有详细介绍泡沫净化器测试数据及内容[1]
材料二、实物照片与配套工艺流程示意图[2] （实物照片见下图，配套工艺流程示意图，参见附件论文，图1）
材料三、投放市场的SFH型泡沫净化器（消尘净化器，除尘净化器）[3]
材料四、除尘净化器（泡沫净化器）的技术鉴定证书[4]
材料五、96年总结从事湿式除尘经验，发表论文[5] (注：此文作为附件列后)
材料六、美国[6]、俄国[7]，分别转载了我的技术论文
材料七、二台泡沫净化器并联使用组图[8]（见下图）
三、开发湿式除尘的一点心得
19世纪后期，工业革命之后，到了20世纪初，由于工业发展迅速，针对随之而来的水污染、大气污染、工业废渣（统称三废），社会兴起了治理要求。本人从事大气治理也就不谈其他。大气治理，首先是燃煤炉窑，当时绝大多数是设计了各种类型的湿式设备，水处理成本低，便于推广，到了上世纪60年代因湿式处理废气的效果不能满足指标要求，随之而来的有：布袋除尘、颗粒除尘、静电除尘，但这些干法处理设备，共同的缺点是SO2无法消除，因此都要外加一组水吸附。
本人在75年设计除尘器时，决定采用湿式，还要同时消除SO2。在检索了多种资料之后，最后采用泡沫除尘器原理，加大阻力与风压，在不断试验改进后取得成功。
SFH泡沫净化器的重量为0.4吨，占地面积为1.5平米，空气流通量一万立方米/小时.处理后的烟气，含尘量为140.6mg/m3除尘效果为96%；二氧化硫含量从61.7mg/m3降为1.1mg/m3，81年投资费用不到一万二千元/台。
泡沫净化器，可以串联或并联、配套使用，能适应多种场合的：废气排放、粉尘消除、空气净化等处理要求，建议业内同仁继续深入研究开发，取得丰硕成果。
四、有关材料注释：
[1] 实现废水循环回用的新型泡沫净化器，《上海环境保护》1981，5， 10/3
[2] 1990年安装在上海市闸北区深井机械厂铸工车间（与化铁炉配套）的泡沫净化器（风量一万立方米/时设备）。
[3]浙江省诸暨市除尘机械厂生产的SFH型泡沫净化器（消尘净化器，除尘净化器）产品说明书。
[4]在1994年在浙江省通过的技术鉴定证书
[5]泡沫净化器用于冲天炉的探讨，<中国铸造装备与技术>1997年第5期;31-33。
[6]世界著名科技情报刊物收录信息转告，北京霍尔传感器联合公司等1999，4
[7]中国铸造装备与技术1997/5;31-33俄文刊物摘录，湖北省图书馆外方书刊部，1998
[8]1982-1990上海煤碳设计院沪定路分厂实验车间用除尘设备组图
[附件]
泡沫净化器用于冲天炉的探讨
洪欣
收稿日期：1997-02-03
原载：《中国铸造装备与技术》1997年第5期;31-33
【摘要】介绍了泡沫净化器的设计及完善过程、泡沫净化器不同产品型号的各自特点以及污水、污泥的不同处理方法。
【主题词】泡沫净化器
除尘 污水处理 环境卫生设备
用于冲天炉的除尘设备中，长期以来干式除尘器主要由于回收粉尘方便较受欢迎。湿式除尘器因回收的粉尘是湿的污泥，影响环境卫生，清洁时劳动强度大，而且在污水处理时如管理疏忽会产生二次污染，由此而使用户有一定顾虑。但湿式除尘器具有除尘效率高和投资费用低等优点，仍有不少单位乐于采用。要推广湿式除尘设备，首先要把污泥及污水处理完善，使用户无后顾之忧。
1975年，笔者设计了一套用于冲天炉的湿式除尘设备FD型泡沫净化器，用在上海纺织机电厂铸造车间，测试报告废气含尘量140.3mg/m3，S02含量8mg/m3。1978年曾被上海市环境保护室(当时未建环保局)列入重点介绍项目，至今已有2O余年了。1980年作为正式产品，定名为“SFH泡沫净化器-Ⅱ型”。第二台产品用于上海彭浦机器厂铸造车间，1981年5月10日的《上海环境保护》报曾以“实现废水循环回用的新型泡沫净化器”作过专题报道。该产品列入上海机电设备供应公司经销,这是泡沫净化器从科研成果转化为商品进入市场的过程。
1 泡沫净化器的设计和完善过程
1.l 泡沫净化器的初步设计及完善过程
泡沫净化器最初是参考实物泡沫除尘器及有关资料并听取使用单位意见而设计的。经分析认为,直接用泡沫除尘器处理烟气粉尘,不能达到技术要求，因此有必要重新设计。首先把风机由低压风机改用高压风机,把泡沫层厚度从6cm增加到16-18cm,由此效果十分显著并达到了技术要求。这是上海市第一台能达到国家排放标准(200mg/m3)的湿式除尘设备,名称定为泡沫净化器-I型。
1979年前后，各单位根据供应图样自行制造了10余台泡沫净化器,使用效果均不甚理想,因社会需要，同行建议，需定点制造。此后,参考国内外有关气体吸收理论方面的资料,如溶质渗透理论和界面动力状态等理论,尤其是双膜理论的论点给予启发为最大。双膜理论是1923年由怀特曼(Whitman)提出的,通过学习并在实践中应用,有以下3点体会:
a.双膜理论说明液、气两相在力的作用下靠紊流等形式在流体中得到传递,在运动扩散过程中,两相各自存在一层保护膜,因而影响了传递速度,这取决于气液两相界面每侧产生的扩散作用的大小。
b.为了对双膜理论作形象化理解,作出以下假设：如液气两相在力的作用下在泡沫箱内各自形成独立球状体,同时再假设在这特定条件下突然使之固定静止,这时液气两相各自保持独立而互不渗透,因此就不存在气相组织在吸收液中的溶解度,此时是双膜理论的平衡状态。
c.气液两相在运动中每一个单体都有膜包围着,这些单体内部分子呈情性状态。因而两相之间的运动近似摩擦,此过程类似两相膜面在相互滚动,亦可想象为液单体在清洁气单体的膜面,收效甚微。因此,唯一的方法就是要设法击破这个膜面,把它一分为二、二分为四不断地分裂,才能达到冲破双膜的表面张力,扩大两相的接触面积。
l.2 泡沫净化器的设计及其特点
泡沫净化器在设计方面不断改进的中心内容,重点是泡沫层的厚度和液气两相的分散度。泡沫净化器内设置上下2块筛板(也可用l块或多块),筛板上端有1根放水管,运行时有2个操作顺序。
a.开启水泵,循环水流入净化器筛板上,通过筛板孔自由下落。
b.开启引风机,气流在净化器里由下通过筛板孔上升,气流运动因受到筛孔上升,气流运动因受到筛板孔截面积的缩小而产生加速,此压力阻止了循环水下落。水在筛板上积累与气流的冲击而形成泡沫状,因水不断增加而形成的泡沫层在不断上升。在水的容量增加的同时因受重力的影响,它必然有一个下降能量。当气流上升能量与水下降能量平衡时,所形成的泡沫层厚度应是稳定不变的。但水继续增加而破坏了能量平衡,水的超平衡的量需要释放,其方式是通过筛板孔下落。以上现象可通过泡沫净化器的观察窗看到。泡沫层保持一定高度呈奶化状翻滚。在技术上为满足不同排放标准,可以改变泡沫层的厚度而获得。
2 泡沫净化器不同产品型号的特点
从1975年至今,根据生产需要及技术进步,泡沫净化器前2种型号I型和Ⅱ型已经淘汰,目前编制有3种型号,各有特点以满足不同的技术要求。
2.l 泡沫净化器2000-Ⅲ型的设计
有1层筛板,风机选用9-26鼓风机,最大风量为30000m3/h,排放标准不大于250mg/m3。
2.2 泡沫净化器2O××-Ⅳ型的设计
风机在箱体顶上,把风机壳体设计成一整体以达到风量大、噪声低的效果。筛板有2层,风机选用4-72低压风机,最大风量7000m3/h、排放标准不大于250mg/m3。特点是占地面积小、成本低。
2.3 泡沫净化器2O××-V型的设计
筛板有2层,风机选用9-26鼓风机,排放标准不大于190mg/m3,风量7000-30000m3/h。此型号可用于10t/h以下各种冲天炉。1994年10月通过了由浙江省机械工业厅组织的技术鉴定。
3 污水污泥处理及改进前后比较
这套设备曾用于其他炉窑的废气处理,应在污水中投放化学药品以达到中和效果,是行之有效的方法。因此把改进前投放化学药品工艺也作一介绍(泡沫净化器同时可用于其他炉窑)。
3.l 投放化学药品中和污水处理工艺
此工艺的工艺流程图见图1所示。
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图1 泡沫净化器示意图 图注：1.循环水泵 2.吸热器(热交换器〉 3.泡沫净化桶 4.出风消声器5.引风机 6.进风消声器 7.存灰小车 8.循环水箱 |
污水中和处理循环流程如下:水泵→泡沫净化器→集灰车→循环水箱→水泵(再循环)。
污水处理工艺：在循环水箱内投放烧碱(NaOH),主要用于消除污水中的S02。化学反应如下:
2NaOH+SO2
-→Na2SO3+H20
Na2SO3+SO2+H2O-→2NaHSO3
2NaOH+SO3==Na2SO4+H2O
投放烧碱是处理污水的行之有效的方法,但在实际生产中未得到严格执行,经常少投或不投,以致造成二次污染。
3.2 以废治污水工艺
此工艺的工艺流程图见图2。
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图2 除尘净化器示意图 图注：1.循环水池 2、7.水泵
3.冲夫炉 4.吸烟气咀 5.泡沫净化器 6.热交换器 8.热水水箱 9.芯管旋风除尘器 10.消声器11.盛灰桶 12.风机
13.水封器 14.冲炉渣水管 15.炉渣池 |
对图中废水循环路线作如下说明(废气运动路线不变)。废水运动流程:水泵2→泡沫净化器→水封器→冲炉渣水管→炉渣池→循环水池→水泵2(继续循环)。
污水处理工艺进行了改变,把原来投放化学药品来中和污水,改为以废治废。同时污水中的粉尘也得到处理,绝大部分污水中的粉尘滞留在炉渣池里,在清除炉渣时一并解决。
3.3 利用污水裂化炉渣以治理三废
冲天炉冶炼时,投料中的辅助材料石灰石用作造渣材料,它在炉内高温条件下发生如下反应:
CaCO3加热→CaO+C02↑
氧化碱(CaO)在冲天炉内浮在炽热的铁液表面,基本上凝聚了所有灰分与垃圾,此后从渣口流至渣棺,当遇到循环污水冲刷时立即裂化成小颗粒。其成分主要是氧化碱(CaO),而污水的主要成分为亚硫酸(H2S03),二者接触后反应如下:
CaO+H2SO3==CaSO3+H2O
反应所生成的CaSO3是不溶于水的颗粒,排入下水道不再产生二次污染,这是以废治污水行之有效的措施。
4 其他
4.l 充分利用废水
水是宝贵的自然资源,停炉后的废水应加以充分利用。参见图2,通过水泵2把废水注入橡胶管用于冲浇仃炉后底铁及浇洒场地。
4.2 芯管旋风除尘器的应用
旧式旋风除尘器,气流进入筒体后在离心力作用下粉尘被分离出来,气流顺中心管排出。气流在筒内流动的状态是先旋转再突然上升,由于这种不规则运动而产生紊流,影响了除尘效率,同时也增加了
力损耗。芯管旋风除尘器(图2中件9)的示意图可见,在上升的导管上增加了4块导向板,气流的运动被理顺了,除尘效率达90%左右,内阻下降为700-800Pa。这套装置对提高除尘效率影响不大,主要为减少循环水含尘量,并延长了水泵寿命。若用户在场地及费用上有困难,也可省去。
4.3 热交换器余热利用是节能的好措施
冲天炉的热效率是很低的,余热完全可以利用。图2吸风咀后安装1台热交换器,余热利用效果显著。例如3t/h冲天炉工作5h,水温一般保持在45℃左右,可加热4-5m3水,能满足50人洗澡用水。
4.4 出灰问题
实际上已不存在问题。在循环水冲刷炉渣时,水中颗粒滞留在炉渣池内。虽有少量流入循环水池里,但这部分小颗粒在流动水中呈悬浮状,停炉后沉入池底的数量极少,一般每月清理2-3次。清除方法是开动水泵同时用木棒把水搅混,抽出废水即可。
5 参考文献
[1]洪欣,SFH泡沫净化器用于冲天炉的探讨,机械工业工业炉窑污染防治技术文集,北京,1985;机械工业部环境保护办公室编
[2]江研因,工业废气净化,环境技术讲座汇编,上海,1983;上海市环抚科学学会编
[3]博尼科・西奥多,气态污染物工业控制设备,北京,化学工业出版社,1982
[4]李炯远,破碎筛分车间除尘,北京,冶金工业出版社,1978