脫硫吸收塔的直徑和噴淋塔高度設計

1、吸收塔的直徑和噴淋塔高度設計脫硫工藝選用的吸收塔為噴淋塔，噴淋塔的尺寸設計包括噴淋塔的高度設計、 噴淋塔的直徑設計噴淋塔的高度設計噴淋塔的高度由三大部分組成，即噴淋塔吸收區(qū)高度、噴淋塔漿液池高度和噴淋塔除霧區(qū)高度。但是吸收區(qū)高度是最主要的，計算過程也最復雜，次部分高度設計需將許多的影響因素考慮在內。而計算噴淋塔吸收區(qū)高度主要有兩種方法：(1)噴淋塔吸收區(qū)高度設計(一)達到一定的吸收目標需要一定的塔高。通常煙氣中的二氧化硫濃度比較低。 吸收區(qū)高度的理論計算式為h=H0XNTU(1)其中：H0為傳質單元高度：H=G/(k ya) (ka為污染物氣相摩爾差推動力的總 傳質系數，a為塔內單位體積中有效

2、的傳質面積。)NTU為傳質單元數，近似數值為 NTU=(y-y2)/ ym,即氣相總的濃度變化除于平均推動力 ym=( Ayi-Ay2)/ln( yi/y/NTU是表征吸收困難程度 的量，NTUB大，則達到吸收目標所需要的塔高隨之增大。根據(1)可知：h=HOX NTU=Gm-*1-y2 -Gm*y-y2kyaymkya (Yl Yl ) (丫2 丫2 )*Yi Yi、ln(7)Y2 Y2kya = kYa=xiO 4G0.7W0.25 4kLaW82 4(2)其中：y1,y 2為脫硫塔內煙氣進塔出塔氣體中 SO組分的摩爾比，kmol(A)/kmol(B)Yi*, y2為與噴淋塔進塔和出塔液體

3、平衡的氣相濃度，kmol(A)/kmol(B)kya為氣相總體積吸收系數，kmol/(m3.h . kpa)x2, X1為噴淋塔石灰石漿液進出塔時的 SO組分摩爾比，kmol(A)/kmol(B)G氣相空塔質量流速，kg/(m2 . h)W液相空塔質量流速，kg/(m2 . h)yx=mx, y 2X =mx (m為相平衡常數，或稱分配系數，無量綱)k為氣體膜體積吸收系數，kg/(m2 . h - kPa)kLa為液體膜體積吸收系數，kg/(m2 . h . kmol/m3)式(2)中為常數，其數值根據表24表3溫度與值的關系溫度/1015202530采用吸收有關知識來進行吸收區(qū)高度計算是比較

4、傳統(tǒng)的高度計算方法，雖然計算步驟簡單明了，但是由于石灰石漿液在有噴淋塔自上而下的流動過程中由于石灰石濃度的減少和亞硫酸鈣濃度的不斷增加，石灰石漿液的吸收傳質系數也在 不斷變化，如果要算出具體的瞬間數值是不可能的，因此采用這種方法計算難以得到比較精確的數值。以上是傳統(tǒng)的計算噴淋塔吸收區(qū)高度的方法，此外還有另外一種方法可以計 算。(2)噴淋塔吸收區(qū)高度設計(二)采用第二種方法計算，為了更加準確，減少計算的誤差，需要將實際的噴淋塔運行狀態(tài)下的煙氣流量考慮在內。而這部分的計算需要用到液氣比(L/G)、煙氣速度u (m/s)和鈣硫摩爾比(Ca/S)的值。本設計中的液氣比L/G是指吸收劑石灰石液漿循環(huán)量與

5、煙氣流量之比值(L/M3)。如果增大液氣比L/G,則推動力增大，傳質單元數減少，氣液傳質面 積就增大，從而使得體積吸收系數增大，可以降低塔高。在一定的吸收高度內液 氣比L/G增大，則脫硫效率增大。但是，液氣比L/G增大，石灰石漿液停留時間 減少，而且循環(huán)泵液循環(huán)量增大，塔內的氣體流動阻力增大使得風機的功率增大， 運行成本增大。在實際的設計中應該盡量使液氣比 L/G減少到合適的數值同時有 保證了脫硫效率滿足運行工況的要求。濕法脫硫工藝的液氣比的選擇是關鍵的因素，對于噴淋塔，液氣比范圍在8L/m3-25 L/m 3之間5,根據相關文獻資料可知液氣比選擇 12.2 L/m 3是最佳的 數值56。煙氣

6、速度是另外一個因素，煙氣速度增大，氣體液體兩相截面湍流加強，氣 體膜厚度減少，傳質速率系數增大，煙氣速度增大回減緩液滴下降的速度，使得體積有效傳質面積增大，從而降低塔高。但是，煙氣速度增大，煙氣停留時間縮 短，要求增大塔高，使得其對塔高的降低作用削弱。因而選擇合適的煙氣速度是很重要的，典型的 FGD兌硫裝置的液氣比在脫硫 率固定的前提下，逆流式吸收塔的煙氣速度一般在 -5ms范圍內56,本設計方案 選擇煙氣速度為3.5m/s o濕法脫硫反應是在氣體、液體、固體三相中進行的，反應條件比較理想，在脫 硫效率為90%Z上時(本設計反案尾 5% ,鈣硫比(Ca/S) 一般略微大于1,最佳 狀態(tài)為，而比

7、較理想的鈣硫比(Ca/S)為，因此本設計方案選擇的鈣硫比 (Ca/S) 為。(3)噴淋塔吸收區(qū)高度的計算含有二氧化硫的煙氣通過噴淋塔將此過程中塔內總的二氧化硫吸收量平均到 吸收區(qū)高度內的塔內容積中，即為吸收塔的平均容積負荷一一平均容積吸收率,以表示。首先給出定義，噴淋塔內總的二氧化硫吸收量除于吸收容積，得到單位時間 單位體積內的二氧化硫吸收量KoCh其中C為標準狀態(tài)下進口煙氣的質量濃度，kg/m3為給定的二氧化硫吸收率，%；本設計方案為95%h為吸收塔內吸收區(qū)高度，mKo為常數，其數值取決于煙氣流速 u(m/s)和操作溫度(C);K=3600uX 273/(273+t)由于傳質方程可得噴淋塔內

8、單位橫截面面積上吸收二氧化硫的量網為：G(yi-y 2)=kya XhX ym(4)其中：G為載氣流量(二氧化硫濃度比較低，可以近似看作煙氣流量)，kmol/( Y,y2分別為、進塔出塔氣體中二氧化硫的摩爾分數(標準狀態(tài)下的體積分數)ky單位體積內二氧化硫以氣相摩爾差為推動力的總傳質系數，kg/(m3 s)a為單位體積內的有效傳質面積，n2/m3.ym為平均推動力，即塔底推動力， ym= (Ay1-Ay2)/ln( yzy2)所以=G(y1-y 2)/h(5)吸收效率 =1-y1/y2,按照排放標準，要求脫硫效率至少 95%二氧化硫質量濃度應該低于580mg/nm (標狀態(tài))所以 y i 1%

9、(6)又因為 G=X (273+t) /273=u(流速)將式子(5)的單位換算成kg/( 2 ,可以寫成=3600X a * 273 u * y1 / h(7)22.4 273 t在噴淋塔操作溫度100 50 75 C下、煙氣流速為u=3.5m/s、脫硫效率 = 2前面已經求得原來煙氣二氧化硫 SO2質量濃度為a （mg/ m3）且a= x 104mg/m3而原來煙氣的流量（145 C時）為20X 104 （m3/h）換算成標準狀態(tài)時（設為Va）已經求得 V a = xi05 m3/h=36.30 m 3/s故在標準狀態(tài)下、單位時間內每立方米煙氣中含有二氧化硫質量為mSO2 =x X 104

10、 mg/mi3 = X 104mg =428.3gVSO2 = 428.3g22.4 L/mol =149.91L/s=0.14991 m 3/s 0.15 m 3/s64 g / mol則根據理想氣體狀態(tài)方程，在標準狀況下，體積分數和摩爾分數比值相等一0 15故 y1=- 100% 0.41%36.30又煙氣流速 u=3.5m/s, y 產,0.95,t 75 C總結已經有的經驗，容積吸收率范圍在-6.5 Kg （m3, s）之間7,取=6 kg/ （n3. s）代入（7）式可得6=（ 3600 -64-2733.5 0.041 0.95 ） /h22.4 273 75故吸收區(qū)高度h= 18

11、.3m（4）噴淋塔除霧區(qū)高度（h3）設計（含除霧器的計算和選型）吸收塔均應裝備除霧器，在正常運行狀態(tài)下除霧器出口煙氣中的霧滴濃度應 該不大于75mg/m 9 。除霧器一般設置在吸收塔頂部（低流速煙氣垂直布置）或出口煙道（高流速 煙氣水平布置）,通常為二級除霧器。除霧器設置沖洗水，間歇沖洗沖洗除霧器。 濕法煙氣脫硫采用的主要是折流板除霧器，其次是旋流板除霧器。除霧器的選型折流板除霧器折流板除霧器是利用液滴與某種固體表面相撞擊而將液滴凝 聚并捕集的，氣體通過曲折的擋板，流線多次偏轉，液滴則由于慣性而撞擊在擋 板被捕集下來。通常，折流板除霧器中兩板之間的距離為20-30mm對于垂直安置，氣體平均流速

12、為2-3m/s；對于水平放置，氣體流速一般為6-10m/so氣體流速過高會引起二次夾帶旋流板除霧器氣流在穿過除霧器板片間隙時變成旋轉氣流，其中的液滴在 慣性作用下以一定的仰角射出作螺旋運動而被甩向外側，匯集流到溢流槽內，達到除霧的目的，除霧率可達90% 99%。噴淋塔除霧區(qū)分成兩段，每層噴淋塔除霧器上下各設有沖洗噴嘴。最下層沖 洗噴嘴距最上層噴淋層（）m,距離最上層沖洗噴嘴（）mi除霧器的主要設計指標a.沖洗覆蓋率：沖洗覆蓋率是指沖洗水對除霧器斷面的覆蓋程度。沖洗覆蓋 率一般可以選在100 0%300 %之間。n h tg沖洗覆蓋率=*100%A式中 n 為噴嘴數量，20個；a為噴射擴散角，9

13、0A為除霧器有效通流面積，15 m 2h為沖洗噴嘴距除霧器表面的垂直距離，0.05mn h tg *dnno/ 200.052 12所以 沖洗覆蓋率=： 100%= 100% =203%A15b.除霧器沖洗周期：沖洗周期是指除霧器每次沖洗的時間間隔。由于除霧器 沖洗期間會導致煙氣帶水量加大。所以沖洗不宜過于頻繁，但也不能間隔太長，否則易產生結垢現象，除霧器的沖洗周期主要根據煙氣特征及吸收劑確定。c.除霧效率。指除霧器在單位時間內捕集到的液滴質量與進入除霧器液滴質 量的比值。影響除霧效率的因素很多，主要包括：煙氣流速、通過除霧器斷面氣流 分布的均勻性、葉片結構、葉片之間的距離及除霧器布置形式等。

14、d.系統(tǒng)壓力降。指煙氣通過除霧器通道時所產生的壓力損失 ，系統(tǒng)壓力降越 大，能耗就越高。除霧系統(tǒng)壓降的大小主要與煙氣流速、葉片結構、葉片間距及 煙氣帶水負荷等因素有關。當除霧器葉片上結垢嚴重時系統(tǒng)壓力降會明顯提高 ， 所以通過監(jiān)測壓力降的變化有助把握系統(tǒng)的狀行狀態(tài) ，及時發(fā)現問題，并進行 處理。e.煙氣流速。通過除霧器斷面的煙氣流速過高或過低都不利于除霧器的正常 運行，煙氣流速過高易造成煙氣二次帶水，從而降低除霧效率，同時流速高系統(tǒng) 阻力大，能耗高。通過除霧器斷面的流速過低，不利于氣液分離，同樣不利于提高 除霧效率。設計煙氣流速應接近于臨界流速。根據不同除霧器葉片結構及布置形 式，設計流速一般

15、選定在5.5m/ s之間。本方案的煙氣設計流速為 6.9m/s。f.除霧器葉片間距。除霧器葉片間距的選取對保證除霧效率，維持除霧系統(tǒng)穩(wěn)定運行至關重要。葉片間距大，除霧效率低，煙氣帶水嚴重，易造成風機故 障，導致整個系統(tǒng)非正常停運。葉片間距選取過小，除加大能耗外，沖洗的效果 也有所下降，葉片上易結垢、堵塞，最終也會造成系統(tǒng)停運。葉片間距一般設計 在2095mm目前脫硫系統(tǒng)中最常用的除霧器葉片間距大多在 3050mmg.除霧器沖洗水壓。除霧器水壓一般根據沖洗噴嘴的特征及噴嘴與除霧器之間的距離等因素確定，噴嘴與除霧器之間距離一般小于1m,沖洗水壓低時，沖洗效果差，沖洗水壓過高則易增加煙氣帶水，同時降

16、低葉片使用壽命。h.除霧器沖洗水量。選擇除霧器沖水量除了需滿足除霧器自身的要求外，還 需考慮系統(tǒng)水平衡的要求，有些條件下需采用大水量短時間沖洗，有時則采用小 水量長時間沖洗，具體沖水量需由工況條件確定，一般情況下除霧器斷面上瞬時 沖洗耗水量約為1-4m3/除霧器的最終設計參數本設計中設定最下層沖洗噴嘴距最上層噴淋層3m距離最上層沖洗噴嘴3.5m。1）數量：1套x 1units二套2）類型：V型級數：2級3）作用：除去吸收塔出口煙氣中的水滴，以便減少煙囪出煙口灰塵量。4）選材：外殼：碳鋼內襯玻璃鱗片；除霧元件：阻燃聚丙烯材料（PP）;沖洗管道：FRP沖洗口嘴：PR表4除霧器進出口煙氣條件基于鍋爐

17、 100%BMCR況進行設計除霧器出口煙氣量 溫度 C50-煙氣壓力mmAq11393霧滴含量 mg/nmN(D) =x (m3/s)=(m 3/s)(標準狀態(tài)下)(3)氧化空氣剩余氮氣量 V3 (m 3/s)在噴淋塔內部漿液池中鼓入空氣，使得亞硫酸鈣氧化成硫酸鈣，這部分空氣對 于噴淋塔內氣體流速的影響是不能夠忽略的，因此應該將這部分空氣計算在內。假設空氣通過氧化風機進入噴淋塔后，當中的氧氣完全用于氧化亞硫酸鈣，即 最終這部分空氣僅僅剩下氮氣、惰性氣體組分和水汽。理論上氧化1摩爾亞硫酸 鈣需要摩爾的氧氣。(假設空氣中每千克含有千克的氧氣)又 Vso=0.15 m/s質量流率 Gso=01151000 64g / s=0.42857kg/s 0.43 kg/s22.4根據物料守衡，總共需要的氧氣質量流量G2=x 0.5kg/s=0.214Kg/s3 2該質量流量的氧氣總共需要的空氣流量為 G空氣=Go2/=0.932 Kg/s標準狀態(tài)下的空氣密度為1.293kg/ m故