塔设备是使通过其内部的气液两相或者液液之间充分接触

1、喷淋设备总结塔设备是使通过其内部的气液两相或者液液之间充分接触，进行质量传递和热量传递的设备，按其作用有精馏、吸收、解吸、萃取、冷却和气体增湿等；吸收塔有多种形式，如板式塔、填料塔、液柱塔、喷淋塔、鼓泡塔、泡沫塔、筛板塔、旋流板塔、文丘里洗涤器、三相吸收器等。无论哪种形式的塔，应当满足以下基本要求：1） 气液间有较大的接触面积和一定的接触时间；2） 气液间扰动强烈，吸收阻力小，吸水性强；3） 操作稳定，要有合适的操作弹性；4） 气流通过的压降要小；5） 结构简单、制造及维修方便、造价低廉、使用寿命长；6） 不结垢、不堵塞、耐磨损、耐腐蚀；7） 能耗少、占地小；8） 自动化控制水平高。处理浓度低

2、，气量大的烟气时，要求瞬间连续不断的进行高效吸湿，因此选用气相为连续相，湍流程度高，相间界面大的吸收塔比较合适，吸收塔按照气液两相的接触形态划分为三类：（1） 气体以气泡形态分散在液相中，包括板式塔、鼓泡吸收塔、搅拌鼓泡吸收塔等；（2） 液体以液滴状分散在气相中，包括喷射器、文氏管、喷雾塔等；（3） 液体以膜状运动与气相进行接触，包括填料塔和湿壁塔等。表1 几种常见的吸收塔性能比较表2 常用吸收塔的技术经济性能目前常用的吸收塔主要是喷淋塔、填料塔、液柱塔、喷射鼓泡塔和文丘里吸收器。（一） 喷淋塔喷淋塔是湿法工艺的主流塔形，通常采用逆流方式布置，烟气从喷淋区下部进入吸收塔，与均匀喷出的吸收液逆流

3、接触，吸收反应在液滴表面进行。烟气流速一般为3m/s,喷淋塔有逆流、顺流、错流以及组合流等多种形式。逆流有利于烟气与吸收液充分接触，但阻力损失比顺流大。喷淋塔下部吸收区域高度为515m，上部设63个喷淋层，每个喷淋层装有多个雾化喷嘴，交叉布置，覆盖率达200%300%，喷嘴入口压力不能太高，在50200kpa之间。喷嘴出口流速10m/s，雾滴直径13203950微米，大水滴在塔内的滞留时间110s，小水滴呈悬浮状态，喷嘴采用碳化硅，耐磨性好，寿命10年以上。喷淋塔结构简单，运行可靠性高，维修和更换喷嘴方便。烟气流速提高后，减小吸收塔直径。在维持高速操作的情况下，大机组可采用大直径单塔，从而大大

4、节约投资和占地面积。采用大直径喷淋塔结构关键是保证烟气分布均匀，以维持高的吸湿率。（二） 填料塔填料塔内装有一定高度的填料层，如所需的填料层高度较高时，可将填料层分为几段。液体沿填料表面呈膜状向下流动，气体自下而上穿过填料层与膜状液体接触，进行质量传递。填料分为两类：散装填料和规整填料。散装填料的主要材质有金属、塑料和陶瓷；规整填料的材质主要有金属薄板或丝网，以及塑料丝网。填料增加了气液两相的接触面积和时间，从而保证了较高的吸湿率。采用顺流方式布置，可在较高流速下运行，压降将逆流的小。（三） 液柱塔液柱塔中的吸收液呈喷泉状，每一个喷嘴形成一个液柱，由下而上喷射出，然后由上而下伞形落下，液柱顶端

5、速度为零。下落的液柱与向上的液滴相互碰撞，形成更密更细的液滴，从而增加气液的接触。当吸收液上喷时，形成紊流，加速吸湿。通常，液柱塔的液气比只有1215l/m3,循环泵的压头1520m，均比喷淋塔的低，因此能耗相对略低。液柱塔结构简单，气液接触面积大，循环泵台数少。外形可做成方形，便于布置喷浆管和防腐内衬的施工维修。（四） 喷射鼓泡塔鼓泡塔又称鼓泡反应器，塔内装满吸收液，气体以各种方式鼓入塔内，气体成分散相，液体是连续相。有害气体治理多用喷射鼓泡塔。烟气通过喷射分配器以一定压力进入吸收液中，形成一定高度的喷射气泡层，可省去再循环泵和喷淋装置，净化后的烟气经上升管进入混合室，除雾后排放。此塔可在低

6、ph值下运行，一般为3.54.5；可通过增大喷射管的浸没深度来提高压降和除湿率。（五） 板式塔中有一定数量的塔盘，气体从塔下部进入塔体，液体从塔顶部进入塔体；上升的气体和下降的液体在每层的塔盘上进行传质。常用的板式塔盘有筛板塔盘，浮阀塔盘，泡罩塔盘。吸收过程的宏观动力学特点是指在有化学反应的吸收中，吸收速率是由扩散控制还是动力学(化学反应)控制，还是两个因素共同控制。在有害气体治理中，处理的是一些低浓度气体，气量大，一般都是选择极快反应或快速反应，过程主要受扩散过程控制，因而选用气相为连续相、液相为分散相的形式较多，这种形式相界面大，气相湍动程度高，有利于吸收。喷淋塔、填料塔、湍球塔、文丘里吸

7、收器等能满足这些要求。因此，在有害气体的治理中，填料塔、喷淋塔等应用较广，在有些场合也应用板式塔及其他塔型。二、填科塔的结构填料塔是气液互成逆流的连续微分接触式塔型。其结构如图 所示，在塔体内充填一定高度的填料，其下方有支承板，上方为填料压板及液体分布装置。气液两相间的传质通常是在填料表面的液体与气体间的相界面上进行的。图4 填料塔结构1气体入口；2液体出口；3支承栅板；4液体再分布器；5塔壳；6填料；7填料压网；8液体分布装置；9液体入口；10气体出口塔壳可由陶瓷、金属、玻璃、塑料等制成。必要时在金属简体内衬以防腐材料。为保证液体在整个截面上均匀分布，塔体应具有良好的垂直度。填料塔不仅结构简

8、单，而且有阻力小和便于使用耐腐材料制造等优点，尤其对于直径较小的塔处理有腐蚀性的物料时，填料塔都表现出明显的优越性。填料塔的性能优劣，关键取决于填料，近年来国内外对填料的研究开发进展较快。继20世纪70年代前使用的普通拉西环、鲍尔环填料之后，英国传质公司于19691972年研制开发的阶梯环填料，它比的尔环通量提高1020，压降低3040。美国norton公司于19761978年间研究开发的金属intalox填料，具有低压降和大处理能力的特点，提高处理能力30。近年来，瑞士苏尔寿公司又研制开发了麦勒派克(mellapak)规整填料，这是一种低压降、大通量填料。我国天津大学在中科院院士、著名化学工

9、程学家余国棕教授的带领下，在国内开发出的整砌填料具有结构简单、流通面积大，阻力小等特点。应用该填料对国内不少的进口装置和国内原有装置进行了大胆的改造，使产品收率大幅度提高，能耗大幅降低，获得了许多成果。(一)填料1对填料的基本要求为使填料塔发挥良好的性能，填料应符合以下几项主要要求。(1)要有较大的比表面积 单位体积填料层所具有的表面积称为填料的比表面积，用表示，单位为m2m3。填料的表面只有被流体的液相所润湿，才能构成有效的传质面积。因此，还要求填料有良好的润湿性及有利于液体均匀分布的形状。(2)要求有较高的空隙率 单位体积填料所具有的空隙体积称为填料的空隙率，用表示，单位为m3m3。一般说

10、填料的空隙率多在045095范围内，当较高时，气、液通过能力大且气流阻力小，操作弹性范围较宽。(3)经济、实用及可靠 要求填料单位体积的质量轻、造价低、坚固耐用、不易堵塞、有足够的机构强度、对于气液两相介质都具有良好的化学稳定性。上述各项条件，未必为各种填料所兼备，在实际应用时，可以依照具体情况选定。2填料类型填料的种类很多，大致可分为实体填料与网体填料两大类。实体填料包括环形填料(如拉西环、鲍尔环和阶梯环)，鞍型填料(如弧鞍、矩鞍)，栅板填料以及波纹填料等以及由陶瓷、金属、塑料等材质制成的填料。网体填料主要是由金属丝网制成的填料，如鞍形网、网、波纹网等。各种填料如图所示。图5 几种填料的形状

11、(二)填料塔的附属结构填料塔的附属结构主要有支承板、液体喷淋装置、液体再分布器和除雾器等。1支承板支承板是支承填料和填料上的持液量的，它应有足够的强度，允许气体和液体自由通过。支承板通常可用扁钢做成栅板形式，也有在栅板上再整砌十字环的，还可另采用升气管式结构，使气体通过升气管上部所开的齿缝上升，液体则自支承板的小孔和齿缝的下沿流下，其气体流通截面甚至可超过塔的截面积。2液体喷淋装置液体喷淋装置是把液体均匀分布在填料层上的装置，常用的有下述三种。(1)管式喷淋器 管式喷淋器一般有四种类型，即弯管式、直管缺口式、多孔直管式、多孔盘管式，如图6所示。6 管式喷淋器(2)莲蓬头式喷洒器 如图7所示。通

12、常取莲蓬头直径为塔径的1513，球面半径为莲蓬头直径的0510倍，喷洒角。80，小孔直径为310mm。莲蓬头喷洒器一般用于直径小于06m的塔。图7 莲蓬头式喷洒器(3)盘式分布器 如图148所示。液体从进口管流到分布盘上，盘上开有筛孔或溢流管，将液体分布在整个截面上。适用于直径大于08m的塔。图8 盘式分布器3液体再分布器液体再分布器是用来改善液体在填料层内的壁流效应的，每隔一定高度的填料层设置一个再分布器。再分布器的形式如图9所示。图9 截锥式液体再分布器4除雾器除雾器用来除去填料层上方逸出的气体中的雾滴。填料塔中因气速较小，气体中的带液量较小，一般可不设除雾器。但当喷淋装置有严重溅液现象时

13、，或操作气速过大、气体中带有较多雾滴、并且工艺中不允许气相带液时，需在塔顶的喷淋装置上方设置除雾器。除雾器种类很多，如图10所示。有折板式、丝网式、填料式、旋流式等。图10 除雾器5气体分布装置气体进口装置应能使气体分布均匀，同时还能防止液体流入进气管。常见的方式是使进气管伸入塔的中心线位置，管端为45向下的斜口或向下缺口，如图11所示。这种装置只能适用于塔径小于500mm的小塔，对于大塔，管的末端可制成向下的喇叭形扩大口或制成多孔盘。图11 气体分布器6排液装置液体从塔内排出时，一方面要使液体能顺利排出，另一方面应保证塔内气体不会从排液管排出，一般采用图12所示的装置，俗称液封。图12 液体

14、出口装置对于选择较好填料的填料塔，其单位体积填料所具有的表面积大，气体通过填料时的阻力较低。为了克服液体流过填料层时向塔壁汇集(塔壁效应)的倾向，以使液体亦能充分润湿塔中心的填料，当填料层高度较大时，常将填料层分成若干段。为了使填料充分润湿，以避免出现干填料状况，一般要求液体喷淋密度在10m3(hm2)以上，并力求喷淋均匀。为了克服塔壁效应，塔径与填料尺寸比值至少在8倍以上，即dd8，每段填料层高度应为塔径的3倍左右。鲍尔环及鞍形填料可取510倍。填料塔的空塔气速不宜过大，一般取0515ms，个别情况可达到2ms。以防发生“液冷现象”。压降通常为01506kpam，液气比(lg)为0520kg

15、kg(溶解度很小的气体除外)。三、板式塔的结构板式塔，顾名思义是在塔体内设置一层层的板作为气液接触元件。(一)评价塔板性能的主要条件(1)气、液负荷要大，即在塔的单位截面上，气体和液体的通过能力要大；(2)分离效率要高；(3)操作稳定，有合适的操作弹性，要使塔能适应气、液负荷在一定幅度内的波动，并使设备具有一定的潜在生产能力；(4)气流通过塔板时的压降要小；(5)结构简单，制作维修方便，造价低廉，还应针对具体情况，要求具有抗腐和防堵能力。板式塔根据塔板的结构形式分为筛板塔、泡罩塔、浮阀塔等多种形式。其中以对浮阀塔板的研究最多，出现了众多的结构形式。(二)塔板类型及结构特点1塔板上的气液接触元件

16、气液接触元件是使气体通过塔板时将其均匀分散在液层中进行传质的气体分布装置。它可采用塔板上开筛孔(如筛板塔)，或在塔板上开大孔再在孔上覆以具有多种结构特点的元件的方式(如泡罩塔、浮阀塔等)。当气体通过这些元件时，被分散成为许多小股气流，这些气流在液层中鼓泡，使气液剧烈湍动，形成气液接触界面，促进传质过程的进行。气液接触元件是塔板形式最基本的特征，也往往作为塔板分类的标志。图13所示为三种最典型的气液接触元件所构成的塔板。图13 三种气液接触元件(1)泡罩塔板 泡罩塔板是由固定在塔板上的升气管顶部的泡罩所组成。操作时泡罩的一部分被塔板上泡沫液体淹没。气体则从升气管上升，流经升气管和泡罩之间的环形通

17、道，再从泡罩下侧所开的气缝中吹出，最后进入板上的液层中鼓泡传质，泡罩塔板的操作弹性大，效率高，至今仍认为是一种性能良好的塔板。但它的选价高，结构复杂，压降较大，维修困难。(2)筛板 筛板是结构最简单的塔板，它只需将塔板按一定中心距开出筛孔，操作时气体穿过筛孔升起，在板上液层中鼓泡传质。它的造价低廉、操作性能良好，是目前广为采用的一种塔板。(3)浮阀塔板 浮阀是一种造价较低、操作弹性大、传质性能良好的元件。这种塔板是按一定中心距在板上开出阀孔，阀孔上附设可以升降的浮阀，浮阀的升降位置取决于阀孔中上升气流动能的大小。气流速度高时，浮阀全部升起，升起的最大高度是由阀脚勾住塔板来限制的；气速低时，浮阀

18、忽升忽降，一部分浮阀升起，另一部分浮阀降至最低位置，再降低气速，全部浮阀处于最低位置，浮阀的最低位置是靠阀底面的几个凸沿支持在塔板上，由于浮阀具有可升可降的特性，塔板上气流通道截面可随气体流量的改变而自行调整，这就使浮阀塔板具有操作弹性大、鼓泡性能良好的特点。目前，根据浮阀的原理，开发出了多种形式的浮阀塔板。2有溢流和无溢流塔板在塔内，液体在重力作用下由上向下流动，但它在塔板上与气体接触传质时，可采取有溢流和无溢流两种流动方式。因此，塔板分为有溢流塔板和无溢流塔板两类。如图14所示，在有溢流塔板上，液体由上一块塔板的降液管流到下一块塔板的受液区，然后横向流过塔板，与自塔板小孔中上升的气流接触传

19、质后，进入此块塔板的降液管中流往下块塔板。在塔板上，气液呈错流方式接触。板上的液层高度靠置于板上流体出口端的溢流堰或气流对板上液体的持液能力来保持。这种塔板的效率高，具有一定操作弹性，生产上广为应用。图14 有溢流和无溢流塔板在无溢流塔板上，气液两相逆向通过塔板上的小孔，气体在塔板上的液层中鼓泡，液体则直接由小孔下落，没有降液管和溢流堰，板上液层高度靠气体托住。塔板上开孔有采用格栅条、大直径筛孔等方式。这种塔板的鼓泡面积所占的比例大，塔板面积利用率高，结构简单，处理能力大，但它的操作弹性较小，生产上采用较少。(三)旋流板塔旋流板塔是一种较新的吸收装置，具有传质强度高，处理气量大，操作弹性好等优

20、点，其结构如图15所示。图15 旋流板塔1盲板；2旋流叶片(24片)；3罩筒；4集液槽；5溢流口；6异形接管；7圆形溢流管；8塔壁四、湍球塔的结构湍球塔首先出现于1959年的美国专利报道，并与当年开始采用，且逐步得到发展。目前它广泛应用于气体及气液分离工程。湍球塔又称流化填料塔，实际上是填料塔的一种特殊结构形式。在设计上与普通填料塔没有根本的区别，所用的附属设备基本上与普通填料塔相似。其结构如图16所示。图16 湍球塔结构示意1支承栅板；2限位栅板；3球形填料；4喷淋器湍球塔的填料为空心或实心小球(也有做成其他形状的，如环状，但阻力大)，小球的材质通常为塑料、多孔橡胶或不锈钢，其直径小于塔径的

21、110(dd10)，相对密度为01504之间。这些小球由塔内开孔率较大的筛板支承和限位，支承板的开孔率为035045，限位板的开孔率为0809。当气流通过筛板时，小球在塔内湍动旋转，相互碰撞，吸收剂自上向下喷淋，润湿小球表面，进行吸收。由于气、液、固三相接触，小球表面的液膜不断更新，增强了气液之间的接触和传质，提高了吸收效率。和普通填料塔不同，由于运行过程中小球呈湍动状态，因此填料层高度(静止床层高度)只取塔段高的1240，即0203m(塔段高115m)。为使小球高度湍动，需要较高的空塔气速约26ms，塔的阻力一般为0212kpa段，整塔阻力(包括除雾器)应小于60kpa。液体喷淋密度一般是2

22、5100m3(m2h)。湍球塔被推荐用于处理含颗粒物的气体或液体以及可能发生结晶的过程。在这种塔中，由于小球剧烈湍动，不易被固体颗粒堵塞，因此，目前有人用于同时除尘、脱硫的试验中。湍球塔的优点是气流速度高、处理能力大、设备体积小、吸收效率高。同样气速下，其压降比填料塔小。其缺点是随小球的运动，有一定程度的返混，塑料小球不能承受高温，易磨损，需经常更换。湍球塔的不足之处还在于当塔径较大或静止床层较高时，会出现填料球的流态化不均匀现象，有时甚至把球吹到栅板的一隅造成气流短路，从而恶化了传质。此时可将上下栅板之间的空间用纵向隔板分隔成方形、矩形或扇形的小空间。湍球塔的另一个缺点是雾沫夹带严重，主要原

23、因是它所使用的气速大(有时高达10ms)。这种情况下可把塔体做成上大下小的锥形，使塔内气体流速到塔顶时逐渐减小到12ms。五、喷淋塔喷淋塔实际上就是喷洒式吸收器的一种，属于空心式喷洒吸收器。之所以单独介绍它，是因为它在近些年来的有害气体治理上有了新的改进和发展。喷淋塔是塔器中出现最早的气液传质设备之一。一般的结构形式如图17所示。图17 喷淋塔结构图中所示为逆流式多层喷淋塔，即带有多层喷嘴的塔型。除此之外，还有多种结构形式，如离心式喷淋塔、并流式喷淋塔、液柱塔等。喷淋塔的优点是结构简单、阻力小、操作简单。但与传统的其他类型的塔相比，处理能力小，因它不能使用较高气速(一般小于15ms)，否则会造

24、成雾沫夹带。另外它的操作性能差，本来液体由喷淋装置中喷出的雾滴直径就大，而在液滴下落的过程中往往又会聚集在一起形成更大的滴液，从而大大减小了气液传质面积，而且液滴内部几乎没有液体的循环，造成液膜的阻力往往会很高。因此喷淋塔只适用于气膜控制的传质，也就是吸收溶解度很大的气体。近十几年来，国外几个著名的公司如德国的诺尔公司、挪威的abb公司、美国的巴布科克公司、法国的比晓夫公司、法国的巴高克公司，还有日本的三菱、日立等，都采用经过改进设计的喷淋塔或称空塔。主要对塔型的结构、流体力学特性、传质传热特性等诸多方面研究取得了许多成果。在空塔结构的研究上，喷嘴是研究的重点。大约有四个研究方向。喷嘴的结构：

25、是采用单相流，还是两相流，这方面各公司有各公司的特色，总的一点是如何保证有大的喷淋密度、细的液滴和使液体分布均匀，增大气液传质面积。喷嘴在塔内的布置，一是布置的层数，二是布置的位置。喷嘴的喷射方向，一般都主张向多个方向喷射，以造成气液在塔内的高度紊流，使气液充分接触，延长接触时间，提高吸收效率。喷嘴的喷射速度，在不影响塔的操作性能的前提下，尽可能提高喷射速度，目的还是造成高度紊流状态，提高液体的吸收能力。目前的喷淋塔采用的空塔气速普遍较高。旧式喷淋塔的最大缺陷之一就是气速低，一般都在15ms以下。现在的喷淋塔的空塔气速一般都在4ms以上，有的高达6ms。但是，我国学者对这一发展方向提出了质疑，

26、认为这个做法是以大量消耗能量来换取高的脱硫率的，这个方向是不可取的。六、喷射鼓泡塔喷射鼓泡塔又称气体喷射鼓泡塔或喷射鼓泡反应器、它是在普通鼓泡塔的基础上发展起来的。喷射鼓泡塔的原理是将待处理气体用特殊的装置(如带小孔或细缝的管子)吹入吸收液中产生大量的细小气泡，在气泡上升的过程中，完成气液传质。图18所示为气体喷射装置，当气体由出气口以520ms的速度水平喷至液体中时，在出气口水平附近形成微细气泡，并在水的浮力下曲折向上。由于喷人的气体具有一定的压力，上浮的气泡会被急剧分散形成喷射鼓泡层。图18 气体喷射装置在喷射鼓泡层中，气体的塔藏量与浸入的深度与释放气速有关，浸入越浅或气速越大，气体的塔藏

27、量越高。一般浸入深度为100400mm时，气体塔藏量为0507m3，气泡直径在320mm范围内。喷射鼓泡塔与板式塔相类似，气相是分散相，所不同的是在这种塔中，气泡还产生了涡流运动，并有内循环的液体喷流作用。x这种气体的分散方法可使表观气速达到数千m3(m2h)，是普遍鼓泡塔的10倍。同时，还产生了一层喷射气泡层，加大了气液传质界面，提高了传质效率。有些喷射鼓泡反应器还设有搅拌器，因为要使气体喷射到液体中时产生直径很小的气泡，喷射器的小孔就必须非常小，这样一方面会增大动力消耗，另一方面容易使小孔堵塞。如果在鼓泡塔中设置了搅拌器，如图19所示，气体正好在旋转的螺旋桨底下喷入，该处桨叶的剪切作用，往

28、往会使较大气泡分裂成细小气泡，以增加传质面积。图19 带机械搅拌的喷射鼓泡塔为了提高处理效果，当一个喷射鼓泡塔不能达到处理要求时，有时会将两个或两个以上的鼓泡塔串联起来使用。七、其他气体吸收器(一)喷洒式吸收器喷洒式吸收器可分为空心式、高气速并流式及机械式三类，现分述如下。1空心喷洒吸收器此种吸收器亦称为喷嘴式喷洒吸收器，也即喷淋塔。图20为几种空心喷洒吸收器的示意。在这种吸收器中，气体通常自下而上运动。液体则由装在塔顶的喷洒器呈喇叭状垂直向下喷洒或与水平面成一定角度喷洒。当塔体较高时，常将喷洒器分层放置。喷洒方向可以是自上而下地直喷或斜喷。也可采取自下而上地喷洒或组合喷洒式。图20(c)所示

29、为内径收缩的吸收器，可以改善气体分布状况，气流通过收缩部分的径口时，速度可达610ms，且阻力也增大，使气体的分布趋于均匀。另外还可以采用旋风式喷洒吸收器，以使气体分布更加均匀。图20 空心喷洒吸收器空心喷洒吸收器中的两相接触表面积与喷淋密度成正比，如果喷洒密度太低，其工作状态是不能令人满意的。因此，此喷洒吸收器通常采用液体循环流程，使喷淋密度一般不低于1020m3(m2h)。空心喷洒吸收器优点是结构简单、选价低廉、具有很低的流体压降，并能用于吸收被玷污严重的气体，其主要缺点是效率低。2高气速并流式喷洒吸收器这类吸收器大致又可分为三类：第一类，液体喷洒出来时是以液流或液膜的方式流动的，这一类吸

30、收器的工作体积通常是有文丘里管的式样，因此这类吸收器常称做文丘里吸收器。第二类是气液并流上升的吸收器，无喷嘴的文丘里吸收器可以作为这一类设备的典型代表，如图21(a)所示。其特点是液体被进入渐缩管的气体抽吸到渐缩管中。这类吸收器中文丘里管截面可以是矩形的，若处理气体量较大，可以并联几个文丘里管，如图121(b)所示。可以不用泵实现液体再循环，如图21(c)所示。第三类是用高速气流冲出液面实现液体喷洒的设备，道尔(doyle)洗涤原理如图22所示。气流喷射速度为1520ms，液体一般低于喷头底边1020mm，气流压降约为15kpa。图21 无喷嘴文丘里吸收器图22 道尔(doyle)洗涤原理3机

31、械喷洒吸收器此吸收器是利用机械部件的回转作用，使液体分溅四周来实现气液接触的一种喷洒吸收器，它的类型很多。图23所示为带有浸入式转动锥体的吸收器。气液两相接触系借附有圆锥形喷洒装置的直轴转动将液体喷散，而气体则沿圆盘形槽间曲折孔道通过机械喷洒吸收器，如图中箭头所示。当液体自上而下通过各层盘形槽流动时，附着于轴上的喷洒装置即将液体截流，而使其依机械喷洒吸收器的截面方向喷洒。如此，不仅使液体通过机械喷洒吸收器的时间延长，主要的作用还在于使气液两相密切接触。图23 机械喷洒吸收器1外壳；2盘形槽；3有喷洒器的轴；4液体进口；5气体进口；6除沫器(瓷杯一层)；7气体出口；8液体出口试验表明，气流的压降

32、随转子转速的增高而加大，空塔气速为05195ms时，每一级的压降为2520pa。其他常见的机械喷洒吸收器还有：常有多转盘喷雾器的离心式空心吸收器、带多孔转筒的吸收器、横向单轴吸收器、离心式吸收器等。机械喷洒吸收器特别适用于少量液体吸收大量气体。其设备尺寸虽小，但效率较高，同时压力降小，受到研究者关注。缺点是结构复杂，需要较高旋转速度，因而能耗较高。此外，它也不适用于处理强腐蚀性的气体和液体。(二)文丘里吸收器文丘里吸收器是近代高效率吸收器之一。通常用在高温烟气的降温和除尘上，也用在有害气体的洗涤上，其结构如图24所示，它是由收缩管、喉管和扩散管组成的。图24 文丘里洗涤器示意1进气管；2收缩管

33、；3喷嘴；4喉智；5扩散管；6连接管文丘里洗涤器的工作原理是：气体由进气管进入收缩管后，流速逐渐增大，气体的静压能逐渐转变为动能，在喉管入口处气速达到最大，一般为50180ms。吸收液通过喉管周边的均匀分布的喷嘴进入，液滴被高速气体雾化和加速，通过液滴的雾化和加速，实现气液充分接触，气体中的溶质迅速被吸收液所吸收，为了使液滴充分雾化，以尽可能扩大气液接触面积，气流入口速度的选择要考虑气体和吸收液的性质以及对吸收效率的要求，并尽可能地降低压力损失。1 吸收塔塔型的选择在湿法脱硫工艺中，吸收塔是一个核心部件，一个湿法脱硫工程能否成功，关键看吸收塔、塔内件及与之相匹配的附属设备的设计选型是否合理可靠

34、。在脱硫工程中运行阻力小、操作方便可靠的吸收塔和塔内件的布置形式，将具有较大的发展前景。目前，在国内的脱硫工程中，应用较多的吸收塔塔型有喷淋吸收空塔、托盘塔、液柱塔、喷射式鼓泡塔等。国内学者曾在实验室里对各种塔型做了实验测试(见图1)，从测试情况看，在塔内烟气流速相同的情况下，喷淋吸收空塔的系统阻力最小，液柱塔的阻力次之，托盘塔的阻力相对较大。由于喷淋吸收空塔塔内件较少，结垢的机率较小，运行维修成本较低，因此喷淋吸收空塔已逐渐成为目前应用最广泛的塔型之一。图2为喷淋吸收空塔(以下简称吸收塔)的结构简图。2 喷淋吸收空塔主要工艺设计参数(1)烟气流速在保证除雾器对烟气中所携带水滴的去除效率及吸收

35、系统压降允许的条件下，适当提高烟气流速，可加剧烟气和浆液液滴之间的湍流强度，从而增加两者之间的接触面积。同时，较高的烟气流速还可持托下落的液滴，延长其在吸收区的停留时间，从而提高脱硫效率。另外，较高的烟气流速还可适当减少吸收塔和塔内件的几何尺寸，提高吸收塔的性价比。在吸收塔中，烟气流速通常为34.5m/s。许多工程实践表明，3.6m/s烟气流速(110%过负荷)4.2m/s是性价比较高的流速区域。(2)液气比(l/g)l/g决定了so2的吸收表面积。在吸收塔中，喷淋雾滴的表面积与浆液的喷淋速率成一定的比例关系。当烟气流速确定以后，l/g成为了影响系统性能的最关键变量，这是因为浆液循环率不仅会影

36、响吸收表面积，还会影响吸收塔的其他设计，如雾滴的尺寸等。l/g的主要影响因素有：吸收区体积、so2的去除效率、吸收塔空塔速率、原烟气的so2浓度、吸收塔浆液的氯含量等。根据吸收塔吸收传质模型及气液平衡数据计算出液气比(l/g)，从而确定浆液循环泵的流量。美国能源部编制的fgd-prism程序的优化计算，l/g以15l/m3为宜，此时，so2的去除效率已接近100%。l/g超过15.5l/m3后，脱硫效率的提高非常缓慢，而且提高l/g将使浆液循环泵的流量增大，增加循环泵的设备费用，同时还会提高吸收塔的压降，加大增压风机的功率及设备费用。(3)吸收塔浆池尺寸吸收塔浆池尺寸可通过以下工艺设计参数确定

37、：1)石膏颗粒(晶种)生长的停留时间湿法脱硫系统中，亚硫酸钙、硫酸钙的析出是在循环浆液的固体颗粒(晶种)表面上进行的，为了晶体的生长和结晶，循环浆池里的石膏颗粒必须有足够的停留时间，反应时间也必须足够长。停留时间的计算公式为：rt(vsc)/tsp其中：rt停留时间(min)；tsp石膏成品产量(干基)(kg/min)；v浆池体积(m3)；浆液密度(kg/m3)；sc浆液含固量(%)。 如生产的石膏要在水泥或石膏行业使用，fgd的石膏成品含水量必须15小时。对于抛弃系统，由于石膏成品要被抛弃，石膏成品含水量可15%，这样系统的停留时间可缩小到10小时左右。2)石灰石溶解的停留时间如要求吸收塔内

38、的石灰石充分溶解，则石灰石在循环浆池内必须有足够长的停留时间。一般来说，石灰石的停留时间须4.3min。石灰石溶解的停留时间按下式计算：t=v/(nrf) 其中：t停留时间(min)；v浆池体积(m3)；n循环泵数；rf单台循环泵流量(m3 /h)。3)氧化反应的体积和氧气从空气转移到液体的深度氧气从空气转移到液体的深度，是指吸收塔浆液池内释放氧化空气的曝气管或喷枪的位置。亚硫酸盐或亚硫酸氢盐的氧化分为两部分，一部分是吸收塔内烟气中的氧气进入浆液液滴的自然氧化，另一部分是空气通过曝气管网进入浆液池后的强制氧化。具体计算时，应先根据烟气中的氧气含量和so2入口浓度，确定自然氧化和强制氧化的比例，

39、计算出强制氧化so2需要的理论空气量，再考虑一定的空气富裕量，即氧硫比。实际空气用量计算公式:实际空气(kg/min)=计算氧化空气(kg/min)氧硫比()根据以上1)、2)，并结合3)可计算出吸收塔浆池的体积，取最大值后根据直径计算出浆液池高度，再根据理论氧化空气量和氧硫比计算出实际空气用量。3 吸收塔的结构尺寸(1)吸收塔吸收区高度(见下表)(2)烟气进口底部至浆液面的距离考虑到浆液鼓入氧化空气和搅拌时液位会有所波动，加之该区间需接进料接管,因此烟气进口底部至浆液面的距离一般定为8001200mm为宜。(3)烟气进出口高度根据进出口烟气流速及烟气量确定进出口面积。一般希望进气在塔内能分布

40、均匀,且烟道呈方形,故宽/高取值较大,而高度尺寸则取值较小。4 吸收塔的内件设计(1)喷嘴喷嘴将循环浆液分散成小液滴以增大气液接触面积，从而冲洗、冷却烟气。喷嘴的类型和材料随湿法脱硫工艺的不同和处理液体性质的变化而变化。一般情况下，喷嘴的类型由湿法脱硫系统的特殊要求等来确定。目前，在湿法脱硫系统中常用的喷嘴有切向喷嘴、轴向喷嘴、螺旋形喷嘴。切向喷嘴(见图3)通常形成中空圆锥喷流型式，这样大部分雾滴喷出时会形成一个环状(见图4)。这种喷嘴是将浆液沿切线方向引入旋转室，并通过与入口成90的孔排出，在旋转室内没有任何部件。由于切向喷嘴价格只有螺旋喷嘴的一半，因此其性能价格比比螺旋喷嘴高。如果在旋流腔

41、的封闭端装有叶片，则会形成实心圆锥喷流型式。轴向喷嘴(见图5)产生的是实心圆锥喷流型式(见图6)。与切向喷嘴相比，轴向喷嘴产生相同粒度的液滴时压降较小，即在压降相同时，其液滴的粒度会更小。螺旋喷嘴(见图7)产生的是一系列同心中空圆锥喷流型式(见图8)。与轴向喷嘴一样，其入口和出口也在同一条中心轴上，但其内部没有微调叶片，而是将喷嘴本身设计成一个直径不断缩小的螺旋形状，从而将液流剪切成两个或更多的同心螺旋环。在喷嘴下面一米处的截面上的喷射模式是由一个或多个同心环构成。只有一个同心环的喷嘴是空心锥；有多个同心环的喷嘴是实心锥。螺旋喷嘴形成的液滴尺寸与中空圆锥喷流型的切向喷嘴差不多，但压降更小。当压

42、力相同，液体流量更大时，螺旋喷嘴比轴向喷嘴更适合一些。但是螺旋喷嘴因结构较脆弱，在对吸收塔进行维护时易被损坏。在湿法脱硫中喷嘴的材料一般有以下几种：1)氮连接碳化硅(snbsc)。用于制造空心锥形喷雾的切线型喷嘴。该材料防腐防锈性能优良，但断裂系数低、抗冲击性能极差。2)反应连接碳化硅(rbsc)。用于制造螺旋型喷嘴。该材料防腐防锈性能优良，断裂系数是snbsc的57倍，不耐冲击。3)钴合金6(cobalt alloy6-ams 5387)。用于制造螺旋实心锥形喷雾喷嘴。该材料防腐防锈性能优良，抗冲击能力强。4)聚氨酯(polyurethane)。该材料防腐防锈性能优良，所有的mp和th系列喷

43、嘴都可以采用聚氨酯材料制造。相对而言，反应连接的碳化硅材料，在湿法脱硫中应用较为广泛。喷嘴的连接型式有法兰连接、丝扣连接和承插连接三种。如喷浆管用frp或pp材料，则宜采用后两者连接方式。(2)喷淋层吸收塔喷淋层的设计，应使喷淋层的布置达到所要求的喷淋浆液的覆盖率，使吸收浆液与烟气充分接触，以保证在适当的l/g条件下能可靠地实现所要求的脱硫效率，且在吸收塔的内表面不产生结垢。一个喷淋层由带连接支管的浆液母管和喷嘴组成(见图9)。浆液循环一般采用单元制设计，每个喷淋层配一台吸收塔再循环泵，从而保证吸收塔内所要求的浆液喷淋覆盖率。各层喷嘴在上下空间上应错开布置，应保证浆液重叠覆盖率至少达170%2

44、50%，即喷嘴顶端下0.9m的锥形喷雾覆盖的面积乘以每层的喷嘴数，应等于能覆盖170%250%的吸收塔横截面的面积。为保证选择的喷嘴在工作流量条件下能满足对烟气的喷淋效果，每一层喷淋层的所有喷嘴在设计布置时，应进行仔细计算，反复调整，以避免出现喷淋死角。另外，喷嘴的设计还应保证每个圆形螺旋形区域具有相同的喷雾密度。(3)除雾器1)除雾器功能简介除雾器用来分离烟气所携带的液滴。在吸收塔内，由上下二级除雾器(水平式或菱形)及冲洗水系统(包括管道、阀门和喷嘴等)组成。经过净化处理后的烟气，在流经两级卧式除雾器后，其所携带的浆液微滴被除去。从烟气中分离出来的小液滴慢慢凝聚成较大的液滴，然后沿除雾器叶片

45、往下滑落至浆液池。在一级除雾器的上、下部及二级除雾器的下部，各有一组带喷嘴的集箱。集箱内的除雾器清洗水经喷嘴依次冲洗除雾器中沉积的固体颗粒。经洗涤和净化后的烟气流出吸收塔，最终通过烟气换热器和净烟道排入烟囱。2)除雾器的要求在湿法脱硫系统中，对除雾器的一般要求为：在正常运行工况下除雾器出口烟气中的雾滴浓度应不大于75mg/m3；尽可能地将15m的微滴除掉；系统的压力降要小；无堵塞；容易清洗。其中，无堵塞、高效率是选择除雾器的关键。3)除雾器的形式除雾器从工作原理上可分为折流板和旋流板两种形式。在大湿法中折流板除雾器应用的较多。折流板除雾器中两板之间的距离为3050mm，烟气中的液滴在折流板中曲

46、折流动与壁面不断碰撞凝聚成大颗粒液滴后在重力作用下沿除雾器叶片往下滑落，直到浆液池，从而除去烟气所携带的液滴。工作原理如图10所示。折流板除雾器从结构形式上，又可分为平板式和屋顶式两种(见图11、图12)。其中，平板式除雾器一般设两层,由多片波形板组成,整齐地铺设在支承梁上。其材料要求有一定刚度, 在气体通过时不会波动变形,安装、检修人员踩压在上面时也不会歪塌。欧洲国家的脱硫装置,为改善耐温性能,当温度90时,首选材料是添加了滑石粉的增强聚丙烯,美国一般用玻璃纤维增强塑料(frp) ,而在我国，这两种材料均有应用。屋顶式除雾器是近年来兴起的一种高效除雾器，其优点是允许更高的空塔速度和较高的除雾

47、效率，提高了塔内烟气扰度和湍流烈度，提高了脱硫效率。(4)氧化空气管网在大湿法中，氧化空气进入吸收塔浆液池的形式一般有氧化曝气管和喷枪两种。其中，喷枪的形式较为简单。而氧化曝气管是一种带许多小孔的开放式管路，由于采用多重进口设计，可在操作过程中实现对喷管的冲洗，提高运行可靠性；氧化空气通过曝气管上均匀分布的气孔进入浆液池，在搅拌器切割、扰动下与浆液池中的亚硫酸盐进行充分反应生成稳定的硫酸盐。曝气管采用主管侧面开孔、末端开放式端口的形式(液体密封)，以避免扩散管结垢，保证设备正常运行。曝气管的运用可提高氧的利用率，降低设备运行所需的动力。每个曝气管在吸收塔外用一个截止阀与一个冲洗水管相连，以便在

48、正常运行时，对每一组扩散管进行清洗。多个工程的运行显示，在正常工况下，一般不需对氧化曝气管进行清洗。自清洗式氧化曝气管系统的主要特点为：氧化空气分布均匀，氧化性能高，保证石膏的生成效果和质量；系统整体结构简单、压降小，方便检修和清洗；在氧化空气用量较低的情况下，能保证氧化反应的彻底进行；氧化空气分布装置设计独特，具有自清洗功能，可有效防止分布管的堵塞。氧化空气管网的设计要求为：管道强度以及挠度不超过1/400；氧化管网可采用frp或pp管道；所有用于支撑氧化管连接配件的金属材料需防腐或采用耐磨合金。图13为自清洗式氧化曝气管结构简图。(5)搅拌器及滤网为避免吸收塔浆液池内的晶粒沉积，保证氧化空

49、气与亚硫酸盐的充分接触与反应，在吸收塔浆液池内，通常设置侧进式搅拌器(见图14)，侧进式搅拌器的基本要求如下：1)保证塔内石膏浆液离底悬浮，使氧化空气分布最优；2)所有与介质接触的搅拌器材料能耐20000ppm浓度的氯离子，搅拌器叶片和轴材料为1.4529不锈钢；3)轴、轴承能承受浆叶上的作用力，在扭矩和弯矩的作用下，能保持轴刚性；4)搅拌器接口与吸收塔易于安装连接，并能确保在动载荷作用下，接口处浆液不会泄露，可以长期安全可靠运行；5)轴的机械密封能承受腐蚀和磨损，结构上保证在吸收塔正常工作时能进行维修、更换，而不需停车。另外，为防止吸收塔浆液池内大直径固体颗粒进入循环浆液泵或石膏排出泵，引起

50、泵体的磨损及喷嘴和旋流子的堵塞，在这些泵的吸入口，常常设置过滤网(见图15)。滤网及网孔的基本要求如下：1)网孔面积应为泵吸入口面积的3倍以上；2)网孔在筛网半圆柱体及顶部盖板上应按比例分布；3)过滤网的材料一般采用pp、frp或1.4529不锈钢；4)pp、frp板厚度按设计压力6kg/cm2进行计算。5 结语以上扼要介绍了湿法脱硫中较为常见的吸收塔喷淋空塔及塔内件的设计要求、结构参数和材料的选择原则。在进行具体工程设计时，技术人员还应结合煤质状况、锅炉负荷变化、脱硫场地大小及业主的合理要求等因素进行综合考虑。必要时，还应通过计算机软件对所设计的吸收塔内的速度场、温度场、浓度场进行数值模拟计

51、算，以优化、调整塔内件的结构布置，从而设计出脱硫效率较高，能耗较低，运行稳定、可靠的吸收塔。1 填料塔简介填料塔最初出现在十九世纪中叶，在1881年用于精馏操作。填料塔的塔体横截面有圆形，矩形及多边形等，但绝大部分是圆形。塔壳材料可以是碳钢，不锈钢，聚氯乙烯，玻璃钢和砖等。塔内放置着填料（packings）。填料种类很多。用于制造填料的材料有碳钢、不锈钢、陶瓷、聚丙烯、增强聚丙烯等。由于填料与塔体取材面广，故易于解决物料腐蚀问题。填料在填料塔操作中起着重要作用。液体润湿填料表面便增大了气液接触面积，填料层的多孔性不仅促使气流均匀分布，而且促进了气相的湍动。以气液两相的流动情况作对比，气相湍动较

52、好，而液相呈膜状流下，湍动甚差。可幸液体在流过一个填料的表面后，经填料与填料间的接触点流至下一个填料的表面。在接触点处液体经历了混合与再铺展，使液相传质显著增强。其机理解释如下：见图7-1,当液相通过在填料间的接触点处混合均匀后,浓度为c0，在刚流至下一个填料的表面时，只有在气液界面处因气液平衡，液相浓度跃增为ci以外，其余液相浓度仍保持为c0，如图中0时浓度分布曲线所示。随着液体沿该填料表面向下流动，设气液界面处液相浓度ci不变，由于组分扩散，液相浓度逐渐变化，如1、2、3等时刻的浓度分布曲线所示。因传质速率随液相浓度差（cic）的减小而减小，所以，传质速率是随着液体沿该填料向下流动而逐渐降

53、低的。当液体流至该填料与下一个填料的接触点进行混合时，液体似受到一次强制性的扰动，气液界面处的组分迅速传递到液相内部,便又一次实现液相浓度的均匀一致。第二次液相的均匀浓度明显地要高于前次的液相均匀浓度。这就说明填料对液相传质的重要促进作用。填料塔的发展史中最主要的是填料的发展史。早期以碎石为填料，碎石比表面积小，空隙率低，堆积密度大，造成塔体很重，逐渐暴露出其缺点。自二十世纪初至廿世纪中叶，曾兴起了对填料开发、研制的热潮。图7-1 填料表面液层与浓度随时间及与界面距离的变化在这时期，先后出现了拉西环、stedman金属纱网规则填料、弧鞍形填料、鲍尔环及矩鞍形填料等。这些新型填料的出现，使填料塔

54、的操作性能得到显著改进。填料塔操作时存在着气、液相在塔横截面上分布不均匀的问题，即气、液产生偏流，其结果必减少气、液接触机会，影响传质效果。液体的偏流称为“沟流”（channeling）。产生沟流的原因可从两方面考虑，一方面因操作时液体并不能全部润湿填料表面，于是，液体只沿润湿表面流下，形成沟流。另一方面是因为每个填料与相邻填料都有若干个接触点，该填料自某些接触点得到液体，又从某些接触点流走液体。液体来去之间总优先走近路。可见，即使填料表面全部润湿，仍存在液流不均匀问题。另一影响液流分布均匀性的现象是液体有朝塔壁汇集的趋向，即存在“塔壁效应”。液体自一个填料流至下一个填料的过程中，有向四周流开

55、的可能。虽对一个填料来看，液体流向有倾向性，但对填料层整体来说，若不受其它因素影响，液流方向可认为是随机的。但在紧靠塔壁处情况则不同。液体通过填料与塔壁的接触点流至塔壁后，即顺塔壁流下，基本上不再返回填料层中。于是，近塔壁填料处液体往塔壁流动，便导致填料层中液体向塔壁流动。液体流过一段填料层后，填料层中心部位液流量明显减小，甚至出现干填料区。而气体流过填料层时，本来就有优先流过空隙大、阻力小的区域的趋势，液流分布不匀则更加剧这种趋势。实践说明，随着填料塔塔径的增大，塔内气液分布不匀现象更趋严重。这称为填料塔的“放大效应”，或称“放大问题”。长久以来，填料塔“放大问题”一直是限制填料塔向大型化方向发展的障碍。解决填料塔“放大效应”的常见措施有：改进塔顶液体原始喷淋的均匀性，多设喷淋点，在填料层中设置液体再分布器及控制塔径与填料尺寸的比值等。此外，人们对于填料形状对减小沟流的作用已给予了足够的重视。新型高效填料的采用使气液分布情况得到改善。由于采用多种有效措施，目前填料塔的放大问题已得到一定程度的解决。塔径超过10m的填