火電廠吸收塔的設計與研究

鐘天東

摘 要：隨著我國工業的不斷發展，城市化的不斷推進，整個社會對于電力的需求量越來越大，電力已經成為社會發展所必需的動力能源。但當前由于技術水平以及能源總量的限制，世界范圍內主要使用煤炭進行火力發電。因此電廠的濕法煙氣脫硫技術是電廠正常運轉的重要技術，在此技術中，吸收塔的優化設計研究是當前人們比較關注的問題。因此，作者通過參考電力工廠方面的吸收塔優化文獻，以及總結此方面存在的一些問題，將重點介紹吸收塔優化控制問題。

關鍵詞：板式吸收塔；優化設計；防腐設計

引言

當前社會，各國的發展都受制于能源的限制。我國是一個地廣人多的國家，我國的國土資源面積十分廣闊，但我國的資源總量卻不足，因此，我國的發展主要受到能源重量的限制，這對于我國的社會進步起著極大的阻礙作用。能源和環境是制約當前我國發展的兩大問題，尤其是我國工業主要用電量大，并且我國電廠發電主要使用煤炭進行發電，因此，由于技術原因，這種使用煤炭發電的技術對于環境的破壞極大。如何有效的解決這兩大問題，如何減小電廠發電對于環境的破壞程度是我國研究的主要問題，也是目前我國迫切需要解決的問題。我國的主要使用能源是煤炭資源，在目前為止，使用煤炭資源及進行發電是很難進行改變的，這一方面受制于資源的采集，另一方面主要是使用其他資源進行發電的技術還不成熟，還不能大量推廣，而且使用其他資源進行發電的效率不高，資源浪費量比較大。因此，在不可改變當前我國主要還是使用煤炭資源的現狀，我們的研究重點主要放在優化煤炭火力發電的技術上，其中的吸收塔優化是文章主要的講解重點。

1 吸收塔簡介

吸收塔是實現吸收操作的設備。按氣液相接觸形態分為三類。第一類是氣體以氣泡形態分散在液相中的板式塔、鼓泡吸收塔、攪拌鼓泡吸收塔；第二類是液體以液滴狀分散在氣相中的噴射器、文氏管、噴霧塔；第三類為液體以膜狀運動與氣相進行接觸的填料吸收塔和降膜吸收塔。塔內氣液兩相的流動方式可以逆流也可并流。通常采用逆流操作，吸收劑以塔頂加入自上而下流動，與從下向上流動的氣體接觸，吸收了吸收質的液體從塔底排出，凈化后的氣體從塔頂排出。工業吸收塔應具備以下基本要求：（1）塔內氣體與液體應有足夠的接觸面積和接觸時間。（2）氣液兩相應具有強烈擾動，減少傳質阻力，提高吸收效率。（3）操作范圍寬，運行穩定。（4）設備阻力小，能耗低。（5）具有足夠的機械強度和耐腐蝕能力。（6）結構簡單、便于制造和檢修。吸收塔（absorption tower）用以進行吸收操作的塔器。利用氣體混合物在液體吸收劑中溶解度的不同，使易溶的組分溶于吸收劑中，并與其他組分分離的過程稱為吸收。操作時，從塔頂噴淋的液體吸收劑與由塔底上升的氣體混合物在塔中各層填料或塔盤上密切接觸，以便進行吸收。伴有化學反應的吸收叫化學吸收。按吸收時氣液作用方式吸收塔可分為表面式、膜式、噴淋式和鼓泡式等。

2 吸收塔的設計類型

吸收塔是煤炭資源火力發電中濕法煙氣脫硫技術的關鍵，我們建造設計吸收塔的最終目標是為了大面積吸收二氧化硫的液體，減少煤炭燃燒廢氣排放對于大氣環境的污染。而吸收塔的優化設計目標主要是為了降低節約成本，加強吸收塔對于二氧化硫廢氣的吸收程度。當前我國由于地處環境不同，因此南方與北方，東部與西部之間的發電廠吸收塔的設計類型存在不同，作者總結我國的吸收塔設計類型，發現主要有以下幾種。

2.1 填料塔

它由外殼、填料、填料支承、液體分布器、中間支承和再分布器、氣體和液體進出口接管等部件組成，塔外殼多采用金屬材料，也可用塑料制造。

填料是填料塔的核心，它提供了塔內氣液兩相的接觸面，填料與塔的結構決定了塔的性能。填料必須具備較大的比表面，有較高的空隙率、良好的潤濕性、耐腐蝕、一定的機械強度、密度小、價格低廉等。常用的填料有拉西環、鮑爾環、弧鞍形和矩鞍形填料，20世紀80年代后開發的新型填料如QH-1型扁環填料、八四內弧環、刺猬形填料、金屬板狀填料、規整板波紋填料、格柵填料等，為先進的填料塔設計提供了基礎。

填料塔適用于快速和瞬間反應的吸收過程，多用于氣體的凈化。該塔結構簡單，易于用耐腐蝕材料制作，氣液接觸面積大，接觸時間長，氣量變化時塔的適應性強，塔阻力小，壓力損失為300～700Pa，與板式塔相比處理風量小，空塔氣速通常為0.5～1.2m/s，氣速過大會形成液泛，噴淋密度6～8m3/（m2·h）以保證填料潤濕，液氣比控制在2～10L/m3。填料塔不宜處理含塵量較大的煙氣，設計時應克服塔內氣液分布不均的問題。

2.2 湍球塔

它是填料塔的一種特殊形式，運行時塔內填料處于運動狀態，以強化吸收過程。在塔內柵板間放置一定數量的輕質小球填料（直徑29～38mm），吸收劑自塔頂噴下，濕潤小球表面，氣體從塔底進入，小球被吹起湍動旋轉，由于氣、液、固三相充分接觸，小球表面液膜不斷更新，增加了吸收推動力，提高了吸收效率。

該塔制造、安裝、維修較方便，可以用大小、質量不同的小球改變操作范圍。該塔處理風量較大，空塔氣速1.5～6.0m/s，噴淋密度20～110m3/（m2·h），壓力損失1500～3800Pa，而且還可處理含塵氣體。其缺點是塑料小球不能承受高溫，小球易裂（一般0.5～1年），需經常更換，成本高。

2.3 板式塔

板式塔是在塔內裝有一層層的塔板，液體從塔頂進入。氣體從塔底進入，氣液的傳質、傳熱過程是在各個塔板上進行。板式塔種類很多。大致可分為二類：一類是降液管式，如泡罩塔、篩孔板塔、浮閥塔、S形單向流板塔、舌形板塔、浮動噴射塔等；另一類是穿流式板塔，如穿流柵孔板塔（淋降板塔）、波紋穿流板塔、菱形斜孔板塔、短管穿流板塔等。

2.4 噴淋空塔

噴淋塔的主題設計主要有兩種，圓形或者矩形狀的。這種噴淋塔的設計通常情況下煙氣是由底部進入塔內，然后上流。在這種塔的頂端一般會配置噴淋管網，往下噴水，水珠接觸二氧化硫氣體，起到凈化的作用。

3 吸收塔的優化設計

前文以及提及，由于受我國資源總量的限制，我國的煤炭發電技術存在的問題，使得使用煤炭資源進行發電造成的環境破壞問題十分嚴重，因此，優化吸收塔的設計，解決煤炭發電過程中吸收塔的廢氣排放問題是當前我們研究學者主要的研究問題。吸收塔的優化設計前提是保證性能方面的正常使用，主要有脫硫效率不低于95%，除塵效率不低于80%，以及電耗，裝置運載連續工作七天的電量總消耗平均值不超過3600KWH/H，FGD連續裝載運行七天的石灰石粉消耗總量平均值不超過3.27噸每小時，FGD連續裝載運行七天的水量消耗總量平均值不超過30.6噸每小時。

3.1 優化塔的防腐設計優化

吸收塔的設計材料根據各地區的不同主要建筑材材料也不相同，但是主要使用的還是混凝土和鋼鐵建造，因此，對于吸收塔的防腐設計優化是必須要的。我們對吸收塔的主體腳手架從上到下進行噴砂，噴砂結束后帶清掃干凈后再涂抹刷漆。

3.2 吸收塔內部入口水平煙道設計

吸收塔的煙道布置主要在吸收塔液的上部和塔體吸收的下部之間，這一部位是高溫區，也是與下落漿液的第一接觸區域。因此，這一區域如果把煙道設置成水平形狀，將有利于防止在煙道內堆積沉淀物、有減少壓損體積、有使進入煙道內的氣體平均分布，能夠快速及時排除。

3.3 工程項目氧化形式的優化

由于吸收塔液位較高，為了降低吸收塔的建造成本，在設計時可是對工程進行氧化形式優化。比如講氧化空氣噴槍設計優化成氧化空氣布局管，這樣有利于節約設備的建造成本，又可以達到我們預期的脫硫效率。

4 結束語

隨著人們對于環境保護的認識以及關注，使用煤炭資源進行火力發電的環境破壞問題必須得到改善，而改善的首要優化目標是吸收塔的設計優化。因此，我們對于吸收塔的設計優化需要加緊努力，但當前我們研究的吸收塔優化設計還只是存在于理論階段，現實推廣起來還存在許多問題。因此，這就需要我們的研究人員更加努力，爭取早日解決使用煤炭進行火力發電造成的環境破壞問題。

參考文獻

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