濕法脫硫工藝脫硫塔設(shè)計(jì)及研究

[摘 要]本文主要對濕法脫硫工藝脫硫塔類型、原理及優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行簡單的描述，對脫硫塔的設(shè)計(jì)計(jì)算提供了一些參考，方便設(shè)計(jì)脫硫塔的最優(yōu)方案。

[關(guān)鍵詞]濕法脫硫，脫硫塔種類，脫硫塔設(shè)計(jì)

中圖分類號：X773 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）17-0058-02

0 前言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，使我們對能源的需求越來越多，伴隨能源的加速利用其中煤炭的利用最為廣泛[1]，煤炭的大量直接燃燒造成的污染物排放急劇增加，以煤為主的能源造成排放嚴(yán)重，給環(huán)境帶來了嚴(yán)重污染，實(shí)施減排技術(shù)并進(jìn)行排放總量排放是我國持續(xù)發(fā)展的迫切要求。

1 濕法脫硫工藝脫硫塔類型

1.1 噴淋塔

原理：脫硫塔吸收液在噴淋塔內(nèi)經(jīng)噴嘴霧化，液體與煙氣充分接觸吸收并除去其中的；脫硫效率可達(dá)到95%以上，該塔的有點(diǎn)有結(jié)構(gòu)先對簡單，操作難度小，壓損小，系統(tǒng)阻力小，脫硫過程中除塵降本一并操作。缺點(diǎn)是氣液很難充分接觸，混合不均勻，噴嘴易結(jié)垢堵塞等。

1.2 填料塔

原理：吸收液在填料塔內(nèi)沿著填料表面向下流動(dòng)形成液膜，與煙氣接觸后吸收并去除其中的脫硫效率達(dá)到95%以上，其結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，對填料的選擇可以多樣化，耐腐蝕，耐高溫，耐持久性，操作彈性大，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。缺點(diǎn)是易形成液泛，自控水平較低，填料檢修麻煩，系統(tǒng)阻力大，長時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)后，效率較低，較難清洗。

1.3 鼓泡塔

原理：吸收漿液在塔底以液層形式存在，通過鼓泡反應(yīng)器將煙氣鼓入，形成泡狀，氣液接觸后吸收并去除其中的SO2，其脫硫效率高達(dá)95%以上，其優(yōu)點(diǎn)為成本低，耐腐蝕，較其他形式脫硫塔，吸收容量大，氣液接觸時(shí)間長，運(yùn)行穩(wěn)定可靠。缺點(diǎn)是空塔氣速低，只適用于中小量煙氣，塔底液較多時(shí)，壓損大，系統(tǒng)阻力較大，耗能增加。

1.4 板式塔

原理：脫硫漿液逐板往下，煙氣逐板往上，逐流接觸后吸收并除去其中的SO2。脫硫效率高達(dá)95%以上，結(jié)構(gòu)簡單，成本低，空塔氣速高，處理氣量大，脫硫過程中除塵降溫一并操作，維護(hù)保養(yǎng)方便。缺點(diǎn)是制造工藝要求高，安裝嚴(yán)謹(jǐn)，操作彈性小，容易發(fā)生偏流側(cè)流，效率降低。

1.5 液柱塔

液柱塔作為一種新興的脫硫塔型，其特點(diǎn)為氣液接觸比較充分，脫硫的效率較高，煙氣進(jìn)入塔后在上升過程中穿過吸收液區(qū)域，其反應(yīng)區(qū)域是含有脫硫劑的循環(huán)吸收液在塔的中部向上噴射，通過逆流與煙氣順流的液柱相接觸，然后在頂部分離，最后形成自上而下與煙氣逆流的液滴，液柱塔中的液滴的平均直徑要比噴淋塔中的大，而且，在整個(gè)氣液流場中，液滴的分離和聚集不停的交替。

2 脫硫塔的設(shè)計(jì)理論原理

脫硫塔的理論設(shè)計(jì)主要原理是雙膜原理，根據(jù)雙膜原理將噴淋塔的結(jié)構(gòu)參數(shù)模擬出來，據(jù)此可推算出出該塔的高度直徑等重要數(shù)，理論上，脫硫塔的設(shè)計(jì)高度是由傳質(zhì)單元高度及傳質(zhì)單元數(shù)決定，而操作線和平衡線的相對位置受液氣比影響。脫硫塔本體的外形尺寸主要由塔體的、反應(yīng)液的體積、吸收及除霧區(qū)的高度。其尺寸的大小由進(jìn)氣量、煙氣的流速、液氣比、噴淋層數(shù)等來確定[3]。

2.1 操作線和液氣比

目前噴淋塔絕大部分為氣液逆流的操作，塔內(nèi)煙氣向上進(jìn)行流動(dòng)，吸收液滴向下滴落，充分增加氣液接觸面積，這里我們設(shè)在液相中的摩爾分?jǐn)?shù)x，在氣相中的摩爾分?jǐn)?shù)y，那么可以得到：

（1-1）

（1-2）

根據(jù)物料衡算原理我們可以得到操作線方程：

（1-3）

吸收劑流量， 載氣流量，

2.2 吸收區(qū)高度

一般來說，煙氣總量一定，隨工作負(fù)荷變化而小范圍波動(dòng)，但影響不大，而在一定脫硫效率的要求下，脫硫塔高度一定，當(dāng)煙氣量增大時(shí)，我們只需將脫硫塔直徑增大，那么吸收區(qū)的理論計(jì)算公式為：

（2-1）

（2-2）

（2-3）

（2-4）

其中： H0— 傳質(zhì)單元高度，m

表示傳質(zhì)單元數(shù)，數(shù)值為煙氣進(jìn)出口濃度差與平均推動(dòng)力的比值，作為一個(gè)衡量煙氣中吸收難易程度的度量，完成既定吸收量的塔高隨該值變大而變大，影響吸收區(qū)理論設(shè)計(jì)高度的因素主要有： 煙速、液氣比、吸收液值等內(nèi)在參數(shù)，除此之外，還包括吸收塔的塔徑，結(jié)構(gòu)等外在參數(shù)。

2.3 填料塔直徑計(jì)算

填料塔的直徑DT計(jì)算主要是根據(jù)煙氣的總流量Q和煙氣流速μ，公式如下：

其中： 直徑，m Q— 煙氣流量， μ-煙氣流速，

2.4 填料層壓力降的計(jì)算

，與填料的尺寸、堆放、類別方式有關(guān)，且隨兩相的流速而變化。可用最為簡單實(shí)用的公式來計(jì)算：

式中：

2.5 填料層高度計(jì)算及塔高的確定

：

令（氣相傳質(zhì)單元高度），（氣相傳質(zhì)單元數(shù)）

，：

；；。

煙氣流速我們一般用泛點(diǎn)氣速法、氣相動(dòng)能因子法或氣相負(fù)荷因子法等確定，這里我們選用泛點(diǎn)關(guān)聯(lián)式計(jì)算：

——空塔液泛氣流速度，m/s g——重力加速度，kg/m3

ρc——?dú)庀嗝芏龋?ρL——液相密度，kg/m3

μL——液相粘度， qmL——液體質(zhì)量流量

qm，G——?dú)怏w質(zhì)量流量

漿液面高度a

漿液池容積V1

VN ——標(biāo)準(zhǔn)煙氣濕態(tài)體積，Nm3/h ——液氣比 t1——漿液循環(huán)停留時(shí)間

3 總結(jié)

填料塔中的填料增加了煙氣與漿液接觸的時(shí)間，增加了氣液的接觸面積，但由于填料的存在，結(jié)垢嚴(yán)重，且清理起來也較困難，運(yùn)行和維護(hù)比較麻煩。鼓泡塔氣液接觸時(shí)是將氣相高度分散到液相中，氣液傳質(zhì)較充分，傳質(zhì)的效率高，但煙氣阻力大，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，容易結(jié)構(gòu)堵塞。液柱塔的脫硫反應(yīng)區(qū)域內(nèi)，液柱向上噴射同時(shí)發(fā)散低落，吸收劑液滴之間不斷碰撞，又會(huì)產(chǎn)生新的表面，又由于液柱是根據(jù)氣流是在脫硫反應(yīng)塔內(nèi)的流場分布的[4]，從而氣流能夠最充分地和吸收劑液滴發(fā)生反應(yīng)，又由于噴淋塔和液柱塔是空塔，阻力小，不易結(jié)垢。

參考文獻(xiàn)

[1] 陳鵬 董文淵 王逸之.《淺談平衡能源開發(fā)與生態(tài)環(huán)境保護(hù)》[N]. 2008年海峽兩岸生態(tài)經(jīng)濟(jì)理論與實(shí)踐研討會(huì)暨生態(tài)經(jīng)濟(jì)昆明高層論壇 云南省生態(tài)經(jīng)濟(jì)學(xué)會(huì)，2008-09-19.

[2] 韓香玉.《石灰石/石灰-石膏濕法脫硫塔的設(shè)計(jì)研究》[M].北京：華北電力大學(xué)，2006.

[3] 徐華春.《660 MW機(jī)組脫硫吸收塔設(shè)計(jì)》[J].發(fā)電設(shè)備，2010年3期：219-223.

[4] 鄭昌萍.《濕法脫硫中四種常見脫硫塔的綜合評價(jià)》[J].中國科技縱橫，2011年17期：232-232.

作者簡介：

馬丁（1993-09-20）、漢、男、河南開封、船舶與海洋工程、在讀碩士研究生一年級、船舶防污染。