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文档简介
1、2004年12月电力环境保护第20卷第4期烟气脱硫喷淋塔的容积负荷与本体设计ThevolumeabsorbingloadanddesignofasprayscrubberforwetFGD李荫堂,王双,刘艳华(西安交通大学环境工程系,陕西西安710044)摘要:提出了以喷淋塔的容积负荷平均容积吸收率为控制指标的本体设计路线、运行经验基础上,根据烟气的SO2进口浓度、,给出了采用容积吸收率进行喷淋塔本体设计的步骤。关键词:湿法烟气脱硫;吸收塔;喷淋塔;容积吸收率Abstract:Inthepaper,thevolume2absorbingloadaathedesignofasprayscrubb
2、erofwetFGD.Accordingtothedesign,ofasprayscrubbercanbedecidedbySO2concentrationatthewhenthevolumeabsorbingloadischoseninarec2ommendedofthevolume2absorbingloadaregiven,andthedesignstepsofaspraydeKeyD;sprayscrubber;thevolume2absorbingload中图分类号:X701.3文献标识码:B文章编号:1009-4032(2004)04-0017-02随着湿式烟气脱硫吸收塔的运行经验
3、积累,近年来国内外的发展趋势表明,喷淋塔逐渐成为主导塔型。本文以喷淋塔为讨论对象,但设计方法和结论对其他型式的吸收塔也适用。由于吸收塔内气液流动传质、化学反应的复杂性,实际的工程设计主要靠经验。然而,为了使设计精确、完善,对于流动、传质理论的深入研究是不可或缺的。目前国内的大中型烟气脱硫系统大多是从国外引进的,有关吸收塔的设计制造尚在消化吸收、开发探索阶段。不少文章介绍了采用喷淋塔的烟气脱硫系统的调试和运行,但报道喷淋塔本体设计、研究的1文章不多。王祖培对喷淋塔及其系统设计的主要2方面进行了讨论;郭毅等对喷淋塔本体设计中主此过程中塔内总的SO2吸收量平均计算到吸收区高度内的塔内容积中,即为吸收
4、塔的容积负荷平均容积吸收率,以表示。可以从两个角度给出定义:(1)喷淋塔内总的SO2吸收量除以吸收区容3积,得单位时间单位体积内的SO2吸收质量:=K0(1)Vh式中C为标准状态下进口烟气SO2质量浓度,kg/m3;为按要求给定的SO2吸收效率,%;h为吸收区高度,m;由于一般喷淋塔的操作温度、烟气流速变化不大,K0基本上为常数,其值取决于烟气流速);K0=3600uu(m/s)和操作温度t(273/(273+t)。要参数的理论和经验性设计进行了分析。本文提出用喷淋塔的容积负荷平均容积吸收率作为设计本体尺寸的控制指标,在确定喷淋塔的本体容积时,以容积吸收率为依据。文中阐述了不同角度的容积吸收率
5、的定义、物理意义以及设计中的应用,给出了设计步骤。(2)由传质方程可得喷淋塔内单位截面积上吸4收的SO2总量:ymG(y1-y2)=Kyah(2)式中G为载气流量,因SO2浓度很低,可近似看作是烟气流量,kmol/(m2s);y1、y2分别为塔进、出口处烟气中SO2的摩尔分数(标准状态下的体积分数);Kya为单位体积内SO2以气相摩尔差为推动力的总传质系数,kmol/(m3s),a为单位体积内的有效传质面积,m2/m3;ym为平均推动力,即塔底推动力y1=y1-y13与塔顶推动力y2=y2-y23171喷淋塔的容积负荷含有SO2的烟气通过吸收塔,塔内喷淋浆液将烟气中的SO2浓度降低到符合排放标
6、准的程度。将 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 2004年12月电力环境保护第20卷第4期4的对数平均值,y3为SO2在气膜侧的平衡浓度。由此,定义容积吸收率为:=G(y1-y2)/h(3)即吸收塔单位横截面积上的总吸收量除以吸收区高度,所表示的是单位时间体积内的污染气体平均吸收量。吸收效率=1-y2/y1,即y1=y1-y2,按排放标准,烟气中SO2质量浓度应低于1200mg/m3(标态),即体积分数为0.042%,这就要求:(4)y1y1-0.042%式中y1
7、以体积分数表示。又,由G与流速之关系:G.空气中的剩余氮气使得烟气体积流量增大。2.1.1吸收塔进口烟气量根据燃用煤种、过量空气系数,以及湿空气携带水分,可算出喷淋塔进口烟气量。这部分计算可由锅炉的热力计算结果给出。例如,某种无烟煤,低位发热量为24.28MJ/kg,设过量空气系数为1.5,008kg/kg,则产生烟气10.2m3/kg()。若耗123t/,1254.6103m3/h;150,则实际进1944103m3/h。50,则这部分烟气体积流量为1484103m3/h。2.1.2浆液蒸发水分烟气在喷淋塔内被浆液淋洗,温度降低,吸收液蒸发,烟气迅速达到水分饱和状态。设烟气水分由6%增至12
8、%,则增加水分体积为89103m3/h。即蒸发水量为53.2t/h。2.1.3氧化空气剩余氮气量在塔下部浆池中鼓入空气,使CaSO3尽可能完全氧化成CaSO4;若不考虑烟气中过量空气剩余的氧量以及自然氧化因素,鼓入的空气量只考虑单位时间内全部脱除SO2,设完全氧化,则1kgSO2需0.5kg的氧气。例如,煤的硫分为2.5%,脱硫效率95%,则脱除SO25842.5kg/h需鼓入氧化空气质量流量(1kg空气含0.23kgO2)为:12701kg/h;氧化之后所剩氮气加入烟气,并因湿饱和而有水蒸发,则50时的湿氮气流量为11.27103m3/h。这样,塔内总的湿烟气体积流量为Vg=1584103m
9、3/h。2.2确定喷淋塔内径将式(3)2h)表示,可写作=3uy1/h22.4273+t以体积分数表示,则=0.0261(y1-0.042%)/h如果以mg/m3为单位,则式(6)变为=0.00913(y1-1200)/h(5)比如,取操作温度为50,流速为3m/s,且y1(6)(7)这表明,在排放标准给定的情况下,吸收任务取决于烟气进口SO2浓度;若吸收任务给定,则容积吸收率与吸收区高度呈反向变化。取定值,即可确定吸收区高度h。2喷淋塔本体设计步骤本文提出的喷淋塔本体尺寸的设计步骤是:在计算出运行工况下实际的烟气流量,选定塔内烟气流速,并据此确定了塔内径或塔内横截面积之后,根据吸收任务G(y
10、1-y2),以及操作温度t等,选定容积吸收率,据以确定吸收区高度h。以往的设计是在塔内横截面积确定之后,根据烟气流速、塔内停5留时间来确定高度的。例如,塔内流速为3m/s,设喷淋塔截面为圆形。按上述实际运行烟气体积流量Vg选取烟速u,则塔内径为:D=2气液反应时间为25s,则h=615m。这样的设计很粗糙,取t=2s或4s,高度会相差1倍。2.1计算运行工况下的烟气流量600u(8)根据锅炉排放的烟气,计算运行工况下的塔内烟气体积流量,此时需要考虑以下几种引起烟气体积流量变化的情况:塔内操作温度低于进口烟气温度,烟气容积减小;浆液蒸发水分,以及塔下部送入18如上例,若取u=3m/s,计算得D=
11、13.67m;可取D=13.5m。2.3确定吸收区高度在吸收任务G(y1-y2)中,喷淋塔的横截面积已定,G由Vg算出,再由u取代;由排放标准给定(下转第56页) 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 2004年12月电力环境保护第20卷第4期力求高效实用,解决催化反应技术中这两个关键问题,具有重要的实用意义。参考文献:1FujishimaA,HondaK1ElectrochemicalPhotolysisofWaterataSemi2conductorElectro
12、deJ1Nature,1972,238(5358):37-3812贺飞,唐怀军,赵文宽,等1纳米TiO2催化剂负载技术研究J1terizationofTiO2photocatalysissupportedonvariousrigidsupports(glass,quartzandstainlesssteel),ComparativestudiesofphotocatalyticactivityinwaterpurificationJ1ApplCatalB:environ,1995,(7):49-63110程小苏,曾今可,黄浪欢,等1TiO2光催化涂膜的制备及性能研究J1华南理工大学学报(自然科
13、学版),2003,31(4):56-60111曹亚安,陈咏梅,管自生,等1纳米TiO2粒子膜的表面态性质及环境污染治理技术与设备,2001,4(2):47-5813孟耀斌,黄霞,史汉昌,等14-氯苯甲酸纳的光催化氧化降解及其光催化活性研究J1,1999,17(2):100-103112符小荣,1T2Si薄膜的制备与光催化其影响因素J1重庆环境科学,2001,23(3):33-3714邓南圣,吴峰1环境光化学M1北京:化学工业出版社,2003,308-30915唐玉朝,胡春1TiO2光催化反应机理及动力学研究进展J11(3):234-2401,1-J1材料导,(3)-1,1TiO2光催化剂固定化
14、载体及固化方法J1唐进展,2002,14(3):192-19316吴越1催化化学M1北京:78217HaarstricA,KutO,T2of2mentallyUsingaNovelFlu2idizedBed.&Technol,1996,(360):817-82418蔡乃才,王亚平,曹银良1负载型Pt-TiO2光催化剂的研究J1山师范学院学报,2001,23(5):31-32115谢翼飞,李国欣,李旭东1TiO2光催化反应器处理废水的研究现状与进展J1给水排水,2002,28(8):63-65116江立文,李耀中,周岳溪1负载型TiO2固定相光催化氧化剂固定化技术研究J1工业水处理,2000,2
15、0(8):8-111收稿日期:2004206216;修回日期:2004209214作者简介:张志翔(1979-),男,山东莒南人,东华大学硕士研究生,主要从事水处理技术及环境规划等研究。催化学报,1999,20(2):177-18019FernandzA,LassalettaG,JimennezVM,etal.Preparationandcharac2(上接第18页)G由Vg算出,再由u取代;由排放标准给定,y21200mg/m3,当y1给定,就等于给定了喷淋塔应达到的最低吸收效率,参见式(4)。(7)所示。当y1给喷淋塔的容积负荷如式(6)、定,即可由值确定吸收区高度h。总结已有经验,容积吸
16、收率的范围一般为=5.56.5kg/(m3h)。在一般条件下,如浆液性质、液气比、雾化状况,以及u、t、pH值等在正常范围,若取定值,则对于不同的进口浓度y1,就要求相应的吸收区高度h。从技术角度来说,应尽量取小值,但h会相应升高,经济性降低;反之亦然。、y1、h之间的关系如图1所示。3结语(1)采用平均容积吸收率作为设计指标,喷淋塔的设计更加合理、准确。(2)在一般工艺条件下,平均容积吸收率与进口烟气SO2浓度、吸收区高度的关系可用式(6)或式(7)表达。(3)本文提出了以作为设计指标的喷淋塔本体尺寸设计的具体步骤,具有一定的实用价值。参考文献:1王祖培1火电厂烟气湿法脱硫装置吸收塔的设计J1煤化工,2002,(5):44-4812郭毅1烟气脱硫喷淋塔本体设计与分析J1热力发电,
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