脫硫吸收塔的直徑和噴淋塔高度設(shè)計

1、吸收塔的直徑和噴淋塔高度設(shè)計 脫硫工藝選用的吸收塔為噴淋塔，噴淋塔的尺寸設(shè)計包括噴淋塔的高度設(shè)計、噴淋塔的直徑設(shè)計1.1 噴淋塔的高度設(shè)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(fù)雜，次部分高度設(shè)計需將許多的影響因素考慮在內(nèi)。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(shè)計（一）達到一定的吸收目標(biāo)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=H0×NTU (1) 其中：H0為傳質(zhì)單元高度：H0=Gm/(kya)（ka為污染物氣相摩爾差推動力的總傳質(zhì)系數(shù)

2、，a為塔內(nèi)單位體積中有效的傳質(zhì)面積。） NTU為傳質(zhì)單元數(shù)，近似數(shù)值為NTU=(y1-y2)/ ym，即氣相總的濃度變化除于平均推動力ym=（y1-y2）/ln(y1/y2)(NTU是表征吸收困難程度的量，NTU越大，則達到吸收目標(biāo)所需要的塔高隨之增大。根據(jù)（1）可知：h=H0×NTU=9.81×10 (2)其中：y1,y2為脫硫塔內(nèi)煙氣進塔出塔氣體中SO2組分的摩爾比，kmol(A)/kmol(B) ,為與噴淋塔進塔和出塔液體平衡的氣相濃度，kmol(A)/kmol(B) kya 為氣相總體積吸收系數(shù)，kmol/(m3hkpa) x2，x1為噴淋塔石灰石漿液進出塔時的SO

3、2組分摩爾比，kmol(A)/kmol(B)G 氣相空塔質(zhì)量流速，kg/(m2h) W 液相空塔質(zhì)量流速，kg/(m2h)y1×=mx1, y2×=mx2 (m為相平衡常數(shù)，或稱分配系數(shù)，無量綱)kYa為氣體膜體積吸收系數(shù)，kg/(m2hkPa) kLa為液體膜體積吸收系數(shù)，kg/(m2hkmol/m3)式（2）中為常數(shù)，其數(shù)值根據(jù)表24 表3 溫度與值的關(guān)系溫度/10152025300.00930.01020.01160.01280.0143 采用吸收有關(guān)知識來進行吸收區(qū)高度計算是比較傳統(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

4、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(zhì)系數(shù)也在不斷變化，如果要算出具體的瞬間數(shù)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(shù)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(shè)計（二） 采用第二種方法計算，為了更加準(zhǔn)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(nèi)。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(shè)計中的液氣比L/G是指吸收劑石灰石液漿循環(huán)量與煙氣流量之比值（L/M3）。如果增大液氣比L/G，則推動力增大，傳質(zhì)單元數(shù)減少，氣液傳

5、質(zhì)面積就增大，從而使得體積吸收系數(shù)增大，可以降低塔高。在一定的吸收高度內(nèi)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(nèi)的氣體流動阻力增大使得風(fēng)機的功率增大，運行成本增大。在實際的設(shè)計中應(yīng)該盡量使液氣比L/G減少到合適的數(shù)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(guān)鍵的因素，對于噴淋塔，液氣比范圍在8L/m-25 L/m之間，根據(jù)相關(guān)文獻資料可知液氣比選擇12.2 L/m是最佳的數(shù)值56。煙氣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(zhì)速率系數(shù)增大，煙氣速度增大回減緩液

6、滴下降的速度，使得體積有效傳質(zhì)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脫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2.5-5m/s范圍內(nèi)56，本設(shè)計方案選擇煙氣速度為3.5m/s。濕法脫硫反應(yīng)是在氣體、液體、固體三相中進行的，反應(yīng)條件比較理想，在脫硫效率為90%以上時（本設(shè)計反案尾5%），鈣硫比(Ca/S)一般略微大于1，最佳狀態(tài)為1.01-1.02，而比較理想的鈣硫比(Ca/S)為1.02-1.05，因此本設(shè)計方案選擇的鈣硫比(Ca/S)為1.02。（3）噴淋塔

7、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(nèi)總的二氧化硫吸收量平均到吸收區(qū)高度內(nèi)的塔內(nèi)容積中,即為吸收塔的平均容積負荷平均容積吸收率，以表示。首先給出定義，噴淋塔內(nèi)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(nèi)的二氧化硫吸收量 (3)其中 C為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下進口煙氣的質(zhì)量濃度，kg/m3 為給定的二氧化硫吸收率,;本設(shè)計方案為95 h為吸收塔內(nèi)吸收區(qū)高度，mK0為常數(shù)，其數(shù)值取決于煙氣流速u(m/s)和操作溫度() ; K0=3600u×273/(273+t)由于傳質(zhì)方程可得噴淋塔內(nèi)單位橫截面面積上吸收二氧化硫的量為： G（y-y）=×h× (

8、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/( m2.s)Y1,y2 分別為、進塔出塔氣體中二氧化硫的摩爾分數(shù)（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積分數(shù)）ky 單位體積內(nèi)二氧化硫以氣相摩爾差為推動力的總傳質(zhì)系數(shù)，kg/(m3s)a 為單位體積內(nèi)的有效傳質(zhì)面積，m2/m3. 為平均推動力，即塔底推動力，ym=（y1-y2）/ln(y1/y2)所以 =G(y1-y2)/h (5)吸收效率=1-y/y，按照排放標(biāo)準(zhǔn)，要求脫硫效率至少95%。二氧化硫質(zhì)量濃度應(yīng)該低于580mg/m3（標(biāo)狀態(tài)）所以 yy-0.0203% (6) 又因為G=22.4×（273+t）/273=u(流

9、速) 將式子（5）的單位換算成kg/( m.s),可以寫成 =3600× (7)在噴淋塔操作溫度下、煙氣流速為 u=3.5m/s、脫硫效率=0.95前面已經(jīng)求得原來煙氣二氧化硫SO質(zhì)量濃度為a (mg/)且 a=1.18×10mg/m而原來煙氣的流量（145時）為20×10(m/h)換算成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)時(設(shè)為V)已經(jīng)求得 V=1.31×10 m/h=36.30 m/s故在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下、單位時間內(nèi)每立方米煙氣中含有二氧化硫質(zhì)量為 =36.30×1.18×10mg/m=42.83×10=428.3g V=149.91L/s=0.149

10、91 m/s0.15 m/s則根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程，在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，體積分數(shù)和摩爾分數(shù)比值相等 故 y= 又 煙氣流速u=3.5m/s, y=0.41%,總結(jié)已經(jīng)有的經(jīng)驗，容積吸收率范圍在5.5-6.5 Kg/（m3s）之間7，取=6 kg/（m3s）代入（7）式可得 6=（）/h 故吸收區(qū)高度h=18.3318.3m（4）噴淋塔除霧區(qū)高度（h3）設(shè)計（含除霧器的計算和選型）吸收塔均應(yīng)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(yīng)該不大于75mg/m3 9 。除霧器一般設(shè)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(shè)置沖洗水，間歇沖洗沖

11、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(zhuǎn)，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，氣體平均流速為23m/s；對于水平放置，氣體流速一般為610m/s。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(zhuǎn)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(cè)，匯集流到溢流槽內(nèi)，達到除霧的目的，除霧率可達9099。噴淋塔除霧區(qū)分成兩段，每層噴淋塔除霧

12、器上下各設(shè)有沖洗噴嘴。最下層沖洗噴嘴距最上層噴淋層（3-3.5）m，距離最上層沖洗噴嘴（3.4-32）m。 除霧器的主要設(shè)計指標(biāo)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 %300 %之間。 沖洗覆蓋率%=式中 n 為噴嘴數(shù)量，20個;為噴射擴散角，90A 為除霧器有效通流面積 ,15 m2h 為沖洗噴嘴距除霧器表面的垂直距離,0.05m 所以 沖洗覆蓋率%= =203%b.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(dǎo)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(chǎn)生結(jié)垢現(xiàn)象,除霧器的沖洗周期主要根

13、據(jù)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(nèi)捕集到的液滴質(zhì)量與進入除霧器液滴質(zhì)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(jié)構(gòu)、葉片之間的距離及除霧器布置形式等。d.系統(tǒng)壓力降。指煙氣通過除霧器通道時所產(chǎn)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(jié)構(gòu)、葉片間距及煙氣帶水負荷等因素有關(guān)。當(dāng)除霧器葉片上結(jié)垢嚴(yán)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(xiàn)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

14、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(shè)計煙氣流速應(yīng)接近于臨界流速。根據(jù)不同除霧器葉片結(jié)構(gòu)及布置形式,設(shè)計流速一般選定在3.55.5m/ s之間。本方案的煙氣設(shè)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(guān)重要。葉片間距大 ,除霧效率低 ,煙氣帶水嚴(yán)重 ,易造成風(fēng)機故障 ,導(dǎo)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(jié)垢、堵塞 ,最終也會造成系統(tǒng)停運。葉片間距一般設(shè)計在 2095mm。目前脫硫系

15、統(tǒng)中最常用的除霧器葉片間距大多在3050mm。g.除霧器沖洗水壓。除霧器水壓一般根據(jù)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/m2.h 除霧器的最終設(shè)計參數(shù)本設(shè)計中設(shè)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(shù)量：1套

16、× 1units=套2)類型：V型 級數(shù)：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(nèi)襯玻璃鱗片；除霧元件：阻燃聚丙烯材料（PP）；沖洗管道：FRP；沖洗噴嘴：PP。表4 除霧器進出口煙氣條件基于鍋爐100%BMCR工況進行設(shè)計除霧器進口除霧器出口煙氣量-溫度50-煙氣壓力mmAq113(1.11kPaG)93(0.91kPaG)霧滴含量mg/m3N(D)-755)霧滴去除率：99.75% 為達到除霧器出口煙氣霧滴含量小于75mg/Nm3（干態(tài)），除霧器的霧滴去除率需要達到99.75% 以上。6)除霧器內(nèi)煙氣流速：6.9m/sa.重散布速

17、度大直徑的霧滴顆?？梢酝ㄟ^除霧器元件慣性作用產(chǎn)生顆粒間碰撞從而去除霧滴。（平均顆粒直徑大小為100200m）。因此，煙氣流速越高，霧滴去除率越高。但是，被去除的霧滴會重新散布，而降低霧滴去除效率。這就是霧滴重散布速度的概念。b通過除霧器的煙氣流速為了使除霧器的霧滴去除率達到99.75% 以上，根據(jù)吸收塔出口端（即除霧器入口端）霧滴顆粒直徑的實際分布狀況，直徑大于17m的霧滴顆粒必須100完全去除。綜上所述，除霧區(qū)的最終高度確定為3.5m，即h3=3.5m（5) 噴淋塔漿液池高度設(shè)計（設(shè)高度為h2）漿液池容量V1按照液氣比L/G和漿液停留時間來確定，計算式子如下： 其中 L/G為 液氣比,12.

18、2L/m3 VN為煙氣標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)濕態(tài)容積，VN=Vg=39.40m3/s T1=2-6 min8,取t1=2.8min=168s由上式可得噴淋塔漿液池體積V!=(L/G) ×VN×t!=12.20×39.40×168=80.02 m3選取漿液池內(nèi)徑等于吸收區(qū)內(nèi)徑，內(nèi)徑D2= Di=3.8m 而V=0.25×3.14×D2×D2×h2=0.25×3.14×3.8×3.8×h2 所以 h2=7.06m（6) 噴淋塔煙氣進口高度設(shè)計（設(shè)高度為h4）根據(jù)工藝要求，進出口流速（一般為12

19、m/s-30m/s）確定進出口面積，一般希望進氣在塔內(nèi)能夠分布均勻，且煙道呈正方形，故高度尺寸取得較小，但寬度不宜過大，否則影響穩(wěn)定性.因此取進口煙氣流速為20m/s，而煙氣流量為36.30 m3/s，可得 所以 h4=1.20m 2×1.20=2.40m(包括進口煙氣和凈化煙氣進出口煙道高度)綜上所述，噴淋塔的總高（設(shè)為H,單位m）等于噴淋塔的漿液池高度h2 (單位m)、噴淋塔吸收區(qū)高度h (單位m)和噴淋塔的除霧區(qū)高度h3（單位m）相加起來的數(shù)值。此外，還要將噴淋塔煙氣進口高度h4（單位m）計算在內(nèi)因此噴淋塔最終的高度為 H= h+h2+h3+ h4=18.47+7.06+3.5

20、0+2.40=31.43m取圓整值32m1.2 噴淋塔的直徑設(shè)計根據(jù)鍋爐排放的煙氣，計算運行工況下的塔內(nèi)煙氣體積流量，此時要考慮以下幾種引起煙氣體體積流量變化的情況：塔內(nèi)操作溫度低于進口煙氣溫度，煙氣容積變?。粷{液在塔內(nèi)蒸發(fā)水分以及塔下部送入空氣的剩余氮氣使得煙氣體積流量增大。噴淋塔內(nèi)徑在煙氣流速和平均實際總煙氣量確定的情況下才能算出來，而以往的計算都只有考慮煙道氣進入脫硫塔的流量，為了更加準(zhǔn)確，本方案將漿液蒸發(fā)水分V2 (m3/s)和氧化風(fēng)機鼓入空氣氧化后剩余空氣流量V3 (m3/s) 均計算在內(nèi)，以上均表示換算成標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)狀態(tài)時候的流量。（1） 吸收塔進口煙氣量Va (m3/s)計算該數(shù)值已經(jīng)由設(shè)計任務(wù)書中給出，煙氣進口量為：36.30(m3/s)然而，該計算數(shù)值實質(zhì)上僅僅指煙氣在噴淋塔進口處的體積流量，而在噴淋塔內(nèi)延期溫度會隨著停留時間的增大而降低，根據(jù)PVT氣體狀態(tài)方程，要算出瞬間數(shù)值是不可能的，因此只能算出在噴淋塔內(nèi)平均溫度下的煙氣平均體積流量。（2） 蒸發(fā)水分流量V2 (m3/s)的計算 煙氣在噴淋塔內(nèi)被漿液直接淋洗，溫度降低，吸收液蒸發(fā)，煙氣流速迅速達到飽和狀態(tài)，煙氣水分由6%增至13%，則增加水分的體積流量 V2 (m3/s)為：V2=0.07×36.30(m3/s)=2.541