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湿法脱硫工艺脱硫塔设计及研究

作者:马丁

欢乐生肖来源:《中国科技博览》2016年第17期

        [摘 要]本文主要对湿法脱硫工艺脱硫塔类型、原理及优缺点进行简单的描述,对脱硫塔的设计计算提供了一些参考,方便设计脱硫塔的最优方案。

        [关键词]湿法脱硫,脱硫塔种类,脱硫塔设计

欢乐生肖        中图分类号:X773 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2016)17-0058-02

欢乐生肖        0 前言

        随着我国经济的高速发展,使我们对能源的需求越来越多,伴随能源的加速利用其中煤炭的利用最为广泛[1],煤炭的大量直接燃烧造成的污染物排放急剧增加,以煤为主的能源造成排放严重,给环境带来了严重污染,实施减排技术并进行排放总量排放是我国持续发展的迫切要求。

欢乐生肖        1 湿法脱硫工艺脱硫塔类型

        1.1 喷淋塔

        原理:脱硫塔吸收液在喷淋塔内经喷嘴雾化,液体与烟气充分接触吸收并除去其中的;脱硫效率可达到95%以上,该塔的有点有结构先对简单,操作难度小,压损小,系统阻力小,脱硫过程中除尘降本一并操作。缺点是气液很难充分接触,混合不均匀,喷嘴易结垢堵塞等。

        1.2 填料塔

欢乐生肖        原理:吸收液在填料塔内沿着填料表面向下流动形成液膜,与烟气接触后吸收并去除其中的脱硫效率达到95%以上,其结构相对复杂,对填料的选择可以多样化,耐腐蚀,耐高温,耐持久性,操作弹性大,系统稳定可靠。缺点是易形成液泛,自控水平较低,填料检修麻烦,系统阻力大,长时间运转后,效率较低,较难清洗。

欢乐生肖        1.3 鼓泡塔

欢乐生肖        原理:吸收浆液在塔底以液层形式存在,通过鼓泡反应器将烟气鼓入,形成泡状,气液接触后吸收并去除其中的SO2,其脱硫效率高达95%以上,其优点为成本低,耐腐蚀,较其他形式脱硫塔,吸收容量大,气液接触时间长,运行稳定可靠。缺点是空塔气速低,只适用于中小量烟气,塔底液较多时,压损大,系统阻力较大,耗能增加。

        1.4 板式塔

        原理:脱硫浆液逐板往下,烟气逐板往上,逐流接触后吸收并除去其中的SO2。脱硫效率高达95%以上,结构简单,成本低,空塔气速高,处理气量大,脱硫过程中除尘降温一并操作,维护保养方便。缺点是制造工艺要求高,安装严谨,操作弹性小,容易发生偏流侧流,效率降低。

欢乐生肖        1.5 液柱塔

        液柱塔作为一种新兴的脱硫塔型,其特点为气液接触比较充分,脱硫的效率较高,烟气进入塔后在上升过程中穿过吸收液区域,其反应区域是含有脱硫剂的循环吸收液在塔的中部向上喷射,通过逆流与烟气顺流的液柱相接触,然后在顶部分离,最后形成自上而下与烟气逆流的液滴,液柱塔中的液滴的平均直径要比喷淋塔中的大,而且,在整个气液流场中,液滴的分离和聚集不停的交替。

欢乐生肖        2 脱硫塔的设计理论原理

欢乐生肖        脱硫塔的理论设计主要原理是双膜原理,根据双膜原理将喷淋塔的结构参数模拟出来,据此可推算出出该塔的高度直径等重要数,理论上,脱硫塔的设计高度是由传质单元高度及传质单元数决定,而操作线和平衡线的相对位置受液气比影响。脱硫塔本体的外形尺寸主要由塔体的、反应液的体积、吸收及除雾区的高度。其尺寸的大小由进气量、烟气的流速、液气比、喷淋层数等来确定[3]。

        2.1 操作线和液气比

欢乐生肖        目前喷淋塔绝大部分为气液逆流的操作,塔内烟气向上进行流动,吸收液滴向下滴落,充分增加气液接触面积,这里我们设在液相中的摩尔分数x,在气相中的摩尔分数y,那么可以得到:

        (1-1)

欢乐生肖        (1-2)

欢乐生肖        根据物料衡算原理我们可以得到操作线方程:

欢乐生肖        (1-3)

欢乐生肖        吸收剂流量, 载气流量,

欢乐生肖        2.2 吸收区高度

        一般来说,烟气总量一定,随工作负荷变化而小范围波动,但影响不大,而在一定脱硫效率的要求下,脱硫塔高度一定,当烟气量增大时,我们只需将脱硫塔直径增大,那么吸收区的理论计算公式为:

欢乐生肖        (2-1)

        (2-2)

        (2-3)

欢乐生肖        (2-4)

欢乐生肖        其中: H0— 传质单元高度,m

欢乐生肖        表示传质单元数,数值为烟气进出口浓度差与平均推动力的比值,作为一个衡量烟气中吸收难易程度的度量,完成既定吸收量的塔高随该值变大而变大,影响吸收区理论设计高度的因素主要有: 烟速、液气比、吸收液值等内在参数,除此之外,还包括吸收塔的塔径,结构等外在参数。

        2.3 填料塔直径计算

        填料塔的直径DT计算主要是根据烟气的总流量Q和烟气流速μ,公式如下:

        其中: 直径,m Q— 烟气流量, μ-烟气流速,

欢乐生肖        2.4 填料层压力降的计算

        ,与填料的尺寸、堆放、类别方式有关,且随两相的流速而变化。可用最为简单实用的公式来计算:

欢乐生肖        式中:

        2.5 填料层高度计算及塔高的确定

        :

欢乐生肖        令(气相传质单元高度),(气相传质单元数)

欢乐生肖        ,:

        ;;。

欢乐生肖        烟气流速我们一般用泛点气速法、气相动能因子法或气相负荷因子法等确定,这里我们选用泛点关联式计算:

        ——空塔液泛气流速度,m/s g——重力加速度,kg/m3

欢乐生肖        ρc——气相密度, ρL——液相密度,kg/m3

欢乐生肖        μL——液相粘度, qmL——液体质量流量

        qm,G——气体质量流量

        浆液面高度a

        浆液池容积V1

        VN ——标准烟气湿态体积,Nm3/h ——液气比 t1——浆液循环停留时间

        3 总结

        填料塔中的填料增加了烟气与浆液接触的时间,增加了气液的接触面积,但由于填料的存在,结垢严重,且清理起来也较困难,运行和维护比较麻烦。鼓泡塔气液接触时是将气相高度分散到液相中,气液传质较充分,传质的效率高,但烟气阻力大,其内部结构较复杂,容易结构堵塞。液柱塔的脱硫反应区域内,液柱向上喷射同时发散低落,吸收剂液滴之间不断碰撞,又会产生新的表面,又由于液柱是根据气流是在脱硫反应塔内的流场分布的[4],从而气流能够最充分地和吸收剂液滴发生反应,又由于喷淋塔和液柱塔是空塔,阻力小,不易结垢。

欢乐生肖        参考文献

欢乐生肖        [1] 陈鹏 董文渊 王逸之.《浅谈平衡能源开发与生态环境保护》[N]. 2008年海峡两岸生态经济理论与实践研讨会暨生态经济昆明高层论坛 云南省生态经济学会,2008-09-19.

欢乐生肖        [2] 韩香玉.《石灰石/石灰-石膏湿法脱硫塔的设计研究》[M].北京:华北电力大学,2006.

        [3] 徐华春.《660 MW机组脱硫吸收塔设计》[J].发电设备,2010年3期:219-223.

        [4] 郑昌萍.《湿法脱硫中四种常见脱硫塔的综合评价》[J].中国科技纵横,2011年17期:232-232.

        作者简介:

        马丁(1993-09-20)、汉、男、河南开封、船舶与海洋工程、在读硕士研究生一年级、船舶防污染。



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