濕法煙氣脫硫塔湍流提效裝置的阻力特性研究

劉寧

摘 要：隨著煙氣排放標準的提高，現有的濕法脫硫系統需要進行提效改造。該文試驗研究了脫硫塔湍流提效裝置的阻力特性，探討了氣流速度、液氣比、湍流裝置結構參數對湍流裝置阻力特性的影響。實驗結果表明，隨著氣流速度和液氣比的提高，湍流層阻力增加，而隨著水平間距和垂直間距的增加，阻力有所下降。在試驗條件下，湍流裝置的阻力可控制在600Pa以下。

關鍵詞：濕法煙氣脫硫 湍流裝置 阻力 試驗研究

中圖分類號：X701.3 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）09（a）-0085-03

20世紀70年代，濕法煙氣脫硫裝置誕生[1]，但裝置本身存在易堵塞等問題，且綜合效率低。直到20世紀80年代，日趨嚴格的排放標準促使了脫硫技術的進一步發展和推廣[2]。濕法煙氣脫硫的主要工藝方法是石灰石/石膏法[3]，現階段該技術以其獨特的優勢得到進一步改善和提高，并得到越來越廣泛的應用[4]。

目前，濕法煙氣脫硫技術是煙氣脫硫工藝中應用比較廣泛的脫硫技術[5]。現階段改善脫硫工藝[6]，提高脫硫效率是主要課題。而塔內阻力是系統的主要因素，其特性研究直接設計系統輔助設備的選型以及系統運行狀況[7]。因此，阻力特性的研究對湍流式噴淋塔的設計及運行有很重要的意義[8]。文章采用空氣-水介質進行試驗，探究煙氣脫硫塔中湍流裝置阻力特性的影響因素和規律。

1 試驗裝置及試驗內容

1.1 試驗裝置

試驗吸收塔如圖1所示，塔直徑為1.0 m，總高度為3.4 m，塔內設置有湍流層、5層噴淋及二級除霧器；湍流層由兩排圓管交錯排列而成，通過設計適當的垂直間距和水平間距來實現氣液的湍流。試驗時，水從塔體上方五層噴淋層噴下，至塔底集液池；氣體從塔體下部煙道進入塔體，在湍流層處與液體逆向流動充分接觸，經噴淋層及塔體除霧器后排空。

1.2 測試方法

氣流速度采用型號MP120的風速儀進行測定；液體流量采用電磁流量計直接進行控制，每層噴淋布置一臺電磁流量計，型號為LDB-100L-H2F012；湍流層上下阻力參數采用U型管壓力計及數顯壓力速度測定儀測量，實驗過程對塔內湍流層裝置進口、湍流裝置出口兩個斷面的氣體壓力進行測定。

1.3 試驗參數

試驗工況參數為：氣流速度為2～4.0 m/s，實驗流量范圍為0～350 m3/h，湍流裝置水平和垂直間距為0.08～0.13 m。

2 實驗結果與討論

2.1 氣速對阻力特性的影響

噴淋量一定時，改變氣流速度，得到氣體流速與湍流層壓降關系的曲線，同時改變湍流層結構的垂直間距（垂直間距B>A），得到不同的關系曲線。試驗結果如圖2所示。

由圖2可見，液體噴淋量一定時，湍流層壓降隨著氣速的增加而增加。這是因為隨著氣速的增大，氣體分子之間的碰撞加劇，同時氣液兩相之間的摩擦增大，導致湍流層阻力增大。試驗條件下，湍流層阻力最小為110 Pa，隨著噴淋量和氣流速度的增加，湍流層阻力也隨之增大，最大能達到620 Pa；隨著液體量的增加，氣流速度對湍流層壓降的影響較小。液體噴淋量較小時，同時氣體流速較小，特別是小于臨界氣體流速時，湍流層處于穩定狀態，氣體流速增加，湍流層壓降迅速增加；當氣體流速大于臨界氣體流速時，湍流層出現劇烈震動，氣體流速對壓降影響較小，此時液體的噴淋量是主要因素，故而氣體流速增加時，湍流層壓降變化不大。

2.2 液氣比對阻力特性的影響

氣流速度一定時，改變液氣比，得到液氣比對湍流層壓降的影響。同時改變湍流層結構的垂直間距（垂直間距B>A），得到不同的關系曲線。試驗結果如圖3所示。湍流層阻力最小為110 Pa，最大能達到620 Pa。在氣量不變的情況下，液氣比增加與噴淋量增加是一樣的，這就意味著單位體積內噴淋液體量與湍流層的接觸增加，單位體積內湍流層持液量增加，湍流層壓降增加。高的氣體流速與低的氣體流速相比，液氣比的增加對湍流層阻力的增幅增加。這主要是因為在液氣比相對固定時高的氣體流速對應著大的噴淋量，雖然湍流層單位體積內氣液接觸頻繁，但湍流層表面液膜厚度不再變化。在實際的濕法脫硫工藝中，增加液氣比確實能增加氣液接觸，提高脫硫效率，但高液氣比意味著阻力更大，增加設備成本。

2.3 水平間距對阻力特性的影響

垂直間距一定，且氣流速度及噴淋量一定時，水平間距（水平間距C>B>A）與湍流層阻力的關系。（見圖4）

由圖4可知，在不同的氣速條件下，湍流層阻力隨水平間距的變化規律相同。在同一氣體流速、液氣比條件下，隨著水平間距的減小，湍流層的壓降增加。湍流層阻力最小為310 Pa，最大能達到720 Pa。這是因為在氣體流速、液氣比一定時，噴淋層的噴淋量一定，從而湍流層上的持液量一定，隨著水平間距或垂直間距的減小，湍流層孔隙率變小，對氣流造成的阻力增大，最后表現為湍流層壓降增加。

2.4 垂直間距對阻力特性的影響

水平間距一定，且氣流速度及噴淋量一定時，得到垂直間距（垂直間距C>B>A）與湍流層阻力的關系。（見圖5）

由圖5可知，在不同的氣速條件下，湍流層阻力隨垂直間距的變化規律相同。在同一氣體流速、液氣比條件下，隨著垂直間距的減小，湍流層的壓降增加。湍流層阻力最小為260 Pa，最大能達到650 Pa。這是因為在氣體流速、液氣比一定時，噴淋層的噴淋量一定，從而湍流層上的持液量一定，隨著水平間距或垂直間距的減小，湍流層孔隙率變小，對氣流造成的阻力增大，最后表現為湍流層壓降增加。

3 結語

（1）隨著氣體流速、液氣比的增加，湍流層阻力增加。在噴淋條件下，氣體流速對湍流層阻力的影響減弱。

（2）隨著垂直間距和水平間距的增加，湍流層孔隙率增加，湍流層阻力降低。

（3）試驗條件下，湍流層阻力最小為110 Pa，最大達到730 Pa。通過改變湍流裝置結構參數，其阻力可控制在600 Pa以下。

參考文獻

[1] 肖辰暢，李彩亭，崔簫，等.濕法煙氣脫硫技術存在的問題及對策[J].江蘇環境科技，2005，18（1）：7-9.

[2] 王惠挺，鐘毅，高翔，等.濕法煙氣脫硫篩板式噴淋塔阻力特性的試驗研究[J].動力工程，2009，29（11）：1047-1050.

[3] 孔華，高翔，呂同波，等.湍流式濕法除塵脫硫裝置試驗研究及工業性應用[J].燃燒科學與技術，2001（4）：261-263.

[4] 程峰，高翔，駱仲泱，等.湍流式濕法煙氣脫硫除塵技術的試驗研究及工程應用[J].熱力發電，2002（6）：37-39.

[5] 王淑勤，胡滿銀，高香林.湍球塔阻力特性的冷態試驗研究[J].華北電力大學學報，1997（1）：74-78.

[6] 陸建榮，王助良，劉強，等.多孔球三相流化床流動特性的研究[J].工業鍋爐，2006（5）：4-7.

[7] 廖強，陳蓉，朱恂.規則結構多孔填料床兩相流動特性實驗研究[Z].上海：2002：405-408.

[8] 王雪.基于復合噴動煙氣凈化工藝的反應塔流動特性研究[D].哈爾濱：哈爾濱工業大學，2009.