脱硫塔的设计

目录1 处理烟气量计算32 烟气道设计33吸收塔塔径设计34 吸收塔塔高设计35 浆液浓度的确定56 喷淋区的设计57 除雾器的设计78 氧化风机与氧化空气喷管99 塔内浆液搅拌设备910 排污口及防溢流管911 附属物设计1012 防腐10脱硫塔的结构设计，包括储浆段、烟气入口、喷淋层、烟气出口、喷淋层间距、喷淋层与除雾器和脱硫塔入口的距离、喷喷嘴特性（角度、流量、粒径分布等）、喷嘴数量和喷嘴方位的设计烟道设计塔体设计：脱硫塔上主要的人孔、安装孔管道孔：除雾器安装孔，每级至少一个；喷淋浆液管道安装孔，至少一个；脱硫塔底部清渣孔，至少一个；烟气入口烟道设置一人孔，以便大修时清理烟道可能的积垢。脱硫塔上主要的管孔：循环泵浆液管道入口，一般为3个；液位计接口，一般为23个，石膏浆液排出口12个；排污口1个；溢流口1个；滤液返回口1个；事故罐浆液返回口1个；地坑浆液返回1个；搅拌机接口26个；差压计接口24个。储液区：一般塔底液面高度h1=6m15m；喷淋区：最低喷淋层距入口顶端高度h21.24m；最高喷淋层距入口顶端高度h3vt，v为空塔速度，m/s，t为时间，s，一般取t1.0s；喷淋层之间的间距h41.52.5m；除雾区：除雾器离最近（最高层）喷淋层距离应1.2m，当最高层喷淋层采用双向喷嘴时，该距离应3m；除雾器离塔出口烟道下沿距离应1m；喷淋泵喷淋头曝气泵1 处理烟气量计算得到锅炉烟气量，根据实际的气体温度转化成当时的处理烟气量。根据燃料的属性计算出烟气中SO2的含量，并根据国家相关环保标准以及甲方的要求确定烟气排放SO2的含量，并计算脱硫效率2 烟气道设计进气烟道中的气速一般为13m/s，排气烟道中的气速一般为11m/s，由此算出截面积，烟道截面一般为矩形，自行选取长宽。3吸收塔塔径设计直径由工艺处理烟气量及其流速而定。根据国内外多年的运行经验，石灰法烟气脱硫的典型操作条件下，吸收塔内烟气的流速应控制在u4.0m/s为宜。(一般配30万kW机组直径为13m14m，5万kW机组直径约为6m7m)。喷淋塔塔径D：则喷淋塔截面面积将D代入反算出实际气流速度u：4 吸收塔塔高设计4.1 浆液高(h1)由工艺专业根据液气比需要的浆液循环量及吸收SO2后的浆液在池内逐步氧化反应成石膏浆液所需停留时间而定，一个是停留时间大于4.5min4.2 烟气进口底部至浆液面距离(c)一般定为800mm1200mm范围为宜。考虑浆液鼓入氧化空气和搅拌时液位有所波动；入口烟气温度较高、浆液温度较低可对进口管底部有些降温影响；加之该区间需接进料接管，4.3 烟气进出口高度根据工艺要求的进出口流速(一般为12m/s18m/s)确定进出口面积，一般烟道均呈矩形，且宽高比较大，即高度尺寸取得较小。但宽度亦不宜过大，否则将会使壳体径向开口太大而影响壳体的稳定性。4.4 烟气进口中心至第一层喷浆管距离(h2)根据烟气通过雾化区上升流速，反应时间算到第一层。层间高差(h4)根据国外用离心式喷雾喷头经验，按1.7m计。喷浆管一般设34层，。4.5 最上层喷浆管至第一段除雾器高差(d)根据喷浆后雾滴大小及烟气上升流速考虑，一般在3m3.5m左右。4.6 除雾器冲洗水喷头距除雾器间距(f)按0.5m0.6m计，两层除雾器之间还设有上下冲水的两层水管，其间隔(A)应考虑到便于安装维修。加上两层波形除雾器高度，最底部上冲水管至最上部下冲水管总高差(g)约3.4m3.5m。以上尺寸适于平铺波纹板式除雾器。如用菱形除雾器，其空间高度(g)将可降1m左右。4.7 搅拌器设置高度(h)离塔底部1.5m1.8m处均布。综上所述：只要定出烟气进出口高度，则塔的有效高H和总高即可得到液面高度+液面到下烟口高度+烟口高度+上烟口到第一层喷淋+n层喷淋高度+除雾段高度=塔高烟气脱硫典型操作条件石灰石灰石浆液固体含量10151015浆液pH7.55.6钙/硫比1.051.11.11.3液/气比/LmN-34.78.8气体流速/ms-13.03.0气体停留时间/s35354.8 脱硫塔上主要的开孔循环泵浆液管道入口，一般为3个；液位计接口，一般为23个，石膏浆液排出口12个；排污口1个；溢流口1个；搅拌机接口26个；差压计接口24个。pH计接口一个；人口：喷浆段和除雾器段的塔体相当部位必须设有安装和检修人员的进出口以及零部件取进，取出的可能，此安装孔一般不得小于800mm和800mm600mm。塔体下部需考虑便于清洗人员操作方便的清扫门，一般不小于800mm1000mm，可视塔径大小情况而定。5 浆液浓度的确定为了保证吸收剂的停留时间和石膏结晶所需的停留时间，浆液中的固体浓度应维持在80g/L180g/L为宜，一般定为120g/L。6 喷淋区的设计6.1 碱液喷淋两量根据液/气比跟气体上升气速，计算出喷淋的总浆液量。将设计的浆液量平均分到每一层喷淋层中，计算出单层喷淋浆液量。6.2 喷嘴的布置通常用于湿式脱硫塔的喷嘴有6种：空心锥切线型、实心锥切线型、双空心锥切线型、实心锥型、螺旋型、大通道螺旋型，通常在0.10.2MPa压力下工作。喷淋管道用于把浆液均匀分布在各喷嘴，形成最佳雾化效果。喷淋管道的材质一般用FRP（玻璃钢管）。在吸收塔外，喷淋管道与循环浆液管道法兰连接。根据单个喷嘴流量，计算脱硫塔中喷嘴的个数；根据经验，单层的喷洒面积是脱硫塔截面积的2倍，计算单个喷头的喷洒面积，进行排列形式以及喷头间距的设计。6.3 浆液循环泵根据流量以及喷淋高度计算出泵的流量以及功率，根据其特征曲线选取合适的泵，通常选四个，三个正常运行，一个用来备用。7 除雾器的设计除雾器系统由除雾器本体及冲洗系统组成。具体为二级除雾器本体、冲洗水管道、喷嘴、支撑架、支撑梁及相关连接、固定、密封件等组成。1 以上可以将所需的面积、类型告诉厂家，由厂家生产以后直接用于安装，无需另设计。2 除雾器冲洗水压如图，设计三层冲洗层，分别为第一层下、第一层上和第二等下。一般情况下，第二级除雾器之间，每级除雾器正面(正对气流方向)与背面的冲洗压力都不相同，第1级除雾器的冲洗水压高于第2级除雾器，除雾器正面的水压应控制在2.5l05Pa以内，除雾器背面的冲洗水压应1.0105Pa。3 除雾器冲洗水量选择除雾器冲水量除了需满足除雾器自身的要求外，还需考虑系统水平衡的要求，有些条件下需采用大水量短时间冲洗，有时则采用小水量长时间冲洗，具体冲水量需由工况条件确定，一般情况下除雾器断面上瞬时冲洗耗水量约为14m3/h。4 冲洗覆盖率冲洗覆盖率是指冲洗水对除雾器断面的覆盖程度。式中：冲洗覆盖率，%；n为喷嘴数量，个；h为冲洗喷嘴距除雾器表面的垂直距离，m；a为喷射扩散角A为除雾器有效通流面积，m2；根据不同工况条件，冲洗覆盖率一般可以选在100300之间。计算出冲洗除雾器所需的喷嘴数量。5冲洗泵根据流量、压力以及冲洗高度计算出泵的流量以及功率，根据其特征曲线选取合适的泵。8 氧化风机与氧化空气喷管吸收SO2后的浆液落入浆池中，使生成的重亚硫酸钙Ca(HSO3)2浆液在过量空气中氧的作用下充分氧化为硫酸钙并结晶生成二水石膏CaSO42H2O。浆液中通入氧化空气的方式有多种，如管道插入式；管道喷雾式；搅拌机管道式；直入管式螺旋搅拌机；插入管式螺旋搅拌机等。通常以管道插入式为主。曝气量与风机选取：根据单位时间要氧化的Ca(HSO3)2计算理论需氧量。根据经验股入的空气中只有10%的氧气能与只发生氧化反应，然后计算实际需要空气量，并根据曝气压力需要选取合适的氧化风机。氧化空气喷管的设置，有与搅拌器设在一起的，即上述情况。也有根据氧化空气需要单独设置的。管上开有多个孔，往浆液内喷入以强制浆液氧化。由于一般塔径较大，且塔内部都有防腐层，喷出空气时会有颤振现象，故要求管子的支承和固定要牢靠，不得有松驰颤抖现象产生。其标高宜在浆液下面4m左右。因为浆液下降到此处氧化过程基本完成。9 塔内浆液搅拌设备为使浆液在浆池内不致沉淀结垢，保证浆液在浆池内与空气中氧充分氧化，浆液处于不停的流动状态。浆池下部设有搅拌器数台，如浆液较高，在浆液的中上部再设一层数台。搅拌器设置的位置与角度搅拌器的设置要求定位精度较高。底部一层一般设在离底部1.5m2.0m之间。中心轴下倾10，与中心径向偏差56。搅拌器的型式为三叶推进式水平搅拌器。叶轮直径在5700mm5800mm之间。有齿轮减速机和皮带轮带动两种形式。10 排污口及防溢流管排污口在脱硫塔最底端（有两个口，一个自然排空，另一个接水泵，用于紧急处理用）通常选取DN=2530cm的钢管。溢流口在设计储液高度以下，防溢流管的最顶端与设计储液高度一致。排污管，溢流管同时接后续废水处理工艺。11 附属物设计附属物包括料箱；熟化池；配浆池；工艺水池；配电室；产物处理室。料箱：按需要设计大小，并带有打震器，螺旋给料器。配浆池：体积为脱硫塔内储料也提及的一半，配有搅拌器。工艺水池：体积自定，内有液下水泵，分别向熟化池、配浆池、除雾器冲洗器供水，适当选择水泵。12 防腐吸收塔本体不同部位及零部件，因其承受多种多样的化学品、温度，湿度的腐蚀和烟尘、浆液的冲刷、磨损等苛刻的工况条件，要求采用相应的既防腐又耐磨损耐冲刷的材料。目前，国际上用于FGD的防腐材料有三种：衬橡胶，涂玻璃鳞片，以镍基合金为基础的衬里。在欧洲主要使用橡胶衬里，在日本几乎全部采用玻璃鳞片涂层，在美国上述三种防腐方式均有使用，由于镍基合金造价昂贵，目前，各国(包括美国)都不趋向采用。橡胶衬里具有弹性和受力变形能力，可吸收固体物料的冲刷力，耐一定程度的温度变化，并有良好的耐磨性能。其缺点是受热应力影响易导致衬层起层开裂，产生扩散性腐蚀。施工要求高，维修不易。烟气进口部位温度较高，远大于橡胶使用温度，不宜用橡胶衬里，需用耐热，耐腐蚀材料补充其不足，有些衬橡胶的吸收塔其烟气进口部位用氟塑料薄膜层作特殊处理。玻璃鳞片具有优良的防渗透性和结合良好的机械程度，即使在180条件下，短时间里仍能集良好的化学稳定性和抗渗透性于一体。施工维修方便，但不能承受较大的温差。据国内已有6年使用经验的工厂反映，未发现任何需要维修的问题，运行正常。近年来从欧洲引进的装置均为橡胶衬里，尚需要国内进一步观察以取得经验。笔者倾向于用玻璃鳞片涂层。根据国外使用经验介绍，如用橡胶衬里，则趋向于用丁基橡胶；如用玻璃鳞片涂层，则趋向于乙烯酯树脂。各部位的具体防腐要求分述如下。12.1 浆池部分池中设有搅拌器和氧化空气配管。浆液中CaSO3在外加空气的强烈氧化和搅拌器的作用下转化成CaSO42H2O(石膏)。为了有利于CaSO3的转化，氧化池内浆液的pH值保持在5左右。浆池的腐蚀工况为酸性条件下SO2-4、SO2-3、Cl-、F-等的腐蚀，在空气和搅拌浆的作用下的浆液磨蚀(浆液中固体颗粒平均粒径20Lm25Lm，少量104Lm)，温度在50左右，采用厚度为3.5mm4.0mm的玻璃鳞片防腐。氧化空气管配置，离底部太近时，则底部应考虑在对氧化空气分配管孔的位置加衬耐酸瓷砖，以增强气体和浆液的强烈冲刷对衬里的机械破坏。12.2 喷浆区由电除尘来的高温(约140)烟气进入塔内与雾化浆液充分接触，喷头喷出的浆液冲刷在塔内侧壁上，造成严重的冲刷磨蚀和腐蚀(据生产6年的工厂经验，5年能冲穿2mm厚的316L壁板并已修衬过23次)。为了提高抗浆液冲刷的能力，据国外