吸收塔的设计和选型

1、烟气脱硫工艺主要设备吸收塔设计和选型4.1 吸收塔的设计吸收塔是脱硫装置的核心,是利用石灰石和亚硫酸钙来脱去烟气中二氧化硫 气体的主要设备,要保证较高的脱硫效率,必须对吸收塔系统进行详细的计算, 包括吸收塔的尺寸设计,塔内喷嘴的配置,吸收塔底部搅拌装置的形式的选择、 吸收塔材料的选择以及配套结构的选择(包括法兰、人孔等).4.1.1 吸收塔的直径和喷淋塔高度设计本脱硫工艺选用的吸收塔为喷淋塔,喷淋塔的尺寸设计包括喷淋塔的高度设计、喷淋塔的直径设计4.1.1.1 喷淋塔的高度设计 喷淋塔的高度由三大局部组成,即 喷淋塔吸收区 高度、喷淋塔浆液池高度和喷淋塔除雾区高度.但是吸收区高度是最主要的,计

2、 算过程也最复杂,次局部高度设计需将许多的影响因素考虑在内. 而计算喷淋塔 吸收区高度主要有两种方法：(1)喷淋塔吸收区高度设计(一)到达一定的吸收目标需要一定的塔高.通常烟气中的二氧化硫浓度比拟低.吸收区高度的理论计算式为h=H0XNTU(1)其中：H0为传质单元高度：H0=Gm/(kya) (ka为污染物气相摩尔差推动力的总 传质系数,a为塔内单位体积中有效的传质面积.)NTU为传质单元数,近似数值为 NTU=(y1-y2)/ Aym,即气相总的浓 度变化除于平均推动力4 ym= (Ay1-Ay2)/ln(Ay1/Ay2)(NTU是表征吸收困难程 度的量,NTU越大,那么到达吸收目标所需要

3、的塔高随之增大.根据(1)可知：h=H0XNTU=-Gm*1y2 -Gm*y-y2kyay mkya (丫1 .) (丫2 、2)*y yln(r)y2 y2kya = kYa=9.81X10 4G07W0.25 4kLaW0.82 4(2)其中：y1,y2为脱硫塔内烟气进塔出塔气体中 SO2组分的摩尔比,kmol(A)/kmol(B)y；, y2为与喷淋塔进塔和出塔液体平衡的气相浓度,kmol(A)/kmol(B)kya为气相总体积吸收系数,kmol/(m3.h . kpa)x2, xi为喷淋塔石灰石浆液进出塔时的 SO2组分摩尔比,kmol(A)/kmol(B)G气相空塔质量流速,kg/(

4、m2 . h)W液相空塔质量流速,kg/(m2 . h)yix =mxi, y2X=mx2 (m为相平衡常数,或称分配系数,无量纲)kYa为气体膜体积吸收系数,kg/(m2 . h - kPa)kLa为液体膜体积吸收系数,kg/(m2 - h . kmol/m 3)式(2)中为常数,其数值根据表24表3温度与值的关系温度/10152025300.00930.01020.01160.01280.0143采用吸收有关知识来进行吸收区高度计算是比拟传统的高度计算方法,虽然计算步骤简单明了,但是由于石灰石浆液在有喷淋塔自上而下的流动过程中由于石灰石浓度的减少和亚硫酸钙浓度的不断增加,石灰石浆液的吸收传

5、质系数也在 不断变化,如果要算出具体的瞬间数值是不可能的,因此采用这种方法计算难以得到比拟精确的数值.以上是传统的计算喷淋塔吸收区高度的方法,此外还有另外一种方法可以计 算.(2)喷淋塔吸收区高度设计(二)采用第二种方法计算,为了更加准确,减少计算的误差,需要将实际的喷淋塔运行状态下的烟气流量考虑在内.而这局部的计算需要用到液气比(L/G)、烟气速度u (m/s)和钙硫摩尔比(Ca/S)的值.本设计中的液气比 L/G是指吸收剂石灰石液浆循环量与烟气流量之比值 (L/M3).如果增大液气比L/G,那么推动力增大,传质单元数减少,气液传质面 积就增大,从而使得体积吸收系数增大,可以降低塔高.在一定

6、的吸收高度内液 气比L/G增大,那么脱硫效率增大.但是,液气比 L/G增大,石灰石浆液停留时 间减少,而且循环泵液循环量增大,塔内的气体流动阻力增大使得风机的功率增 大,运行本钱增大.在实际的设计中应该尽量使液气比L/G减少到适宜的数值同时有保证了脱硫效率满足运行工况的要求.湿法脱硫工艺的液气比的选择是关键的因素,对于喷淋塔,液气比范围在8L/m3 -25 L/m3之间5,根据相关文献资料可知液气比选择 12.2 L/m3是最正确的数 值阿6.烟气速度是另外一个因素,烟气速度增大,气体液体两相截面湍流增强,气 体膜厚度减少,传质速率系数增大,烟气速度增大回减缓液滴下降的速度, 使得 体积有效传

7、质面积增大,从而降低塔高.但是,烟气速度增大,烟气停留时间缩 短,要求增大塔高,使得其对塔高的降低作用削弱.因而选择适宜的烟气速度是很重要的,典型的FGD脱硫装置的液气比在脱硫 率固定的前提下,逆流式吸收塔的烟气速度一般在 2.5-5m/s范围内阿6,本设计 方案选择烟气速度为3.5m/so湿法脱硫反响是在气体、液体、固体三相中进行的,反响条件比拟理想,在脱 硫效率为90%以上时(本设计反案尾5%),钙硫比(Ca/S)一般略微大于1,最正确 状态为1.01-1.02,而比拟理想的钙硫比(Ca/S)为1.02-1.05,因此本设计方案选择 的钙硫比(Ca/S)为1.02.(3)喷淋塔吸收区高度的

8、计算含有二氧化硫的烟气通过喷淋塔将此过程中塔内总的二氧化硫吸收量平均到 吸收区高度内的塔内容积中,即为吸收塔的平均容积负荷一一平均容积吸收率,以 表小0首先给出定义,喷淋塔内总的二氧化硫吸收量除于吸收容积,得到单位时间 单位体积内的二氧化硫吸收量Q C=K.(3)V h其中 C为标准状态下进口烟气的质量浓度,kg/m3为给定的二氧化硫吸收率,;本设计方案为95%h为吸收塔内吸收区高度,mK0为常数,其数值取决于烟气流速 u(m/s)和操作温度(C);K0=3600uX273/(273+t)由于传质方程可得喷淋塔内单位横截面面积上吸收二氧化硫的量网为：G (yy2)=kyaXhX 丫由其中：G为

9、载气流量(二氧化硫浓度比拟低,可以近似看作烟气流量),kmol/( m2.s)Y1,y2分别为、进塔出塔气体中二氧化硫的摩尔分数 (标准状态下的体积分数)ky单位体积内二氧化硫以气相摩尔差为推动力的总传质系数,kg/(m3 . s)a为单位体积内的有效传质面积,m2/m3ym为平均推动力,即塔底推动力, ym= (Ay1-Ay2)/ln(Ay1/Ay2)所以=G(y1-y2)/h(5)吸收效率 =1-y1/y2,根据排放标准,要求脱硫效率至少 95%.二氧化硫质量浓 度应该低于580mg/m3 (标状态)所以yi"-0.0203%(6)又由于 G=22.4X (273+t) /273

10、=u(流速)将式子(5)的单位换算成kg/( m2.s),可以写成64273-=3600 X *u * y1 / h(7)22.4 273 t在喷淋塔操作温度100 50 75 C下、烟气流速为u=3.5m/s、脱硫效率 =0.95 2前面已经求得原来烟气二氧化硫SO2质量浓度为a(mg/m3)且a=1.18x104 mg/m3而原来烟气的流量(145 C时)为20X 104 (m3/h)换算成标准状态时(设为Va)已经求得 Va =1.31X105 m3/h=36.30 m3/s故在标准状态下、单位时间内每立方米烟气中含有二氧化硫质量为 ,一 一 4.3 _ 4V =V SO2 =428.3

11、g64g / molmSO2 =36.30X 1.18X 10 mg/m =42.83x 10 mg =428.3g33 .22.4 L/mol =149.91L/s=0.14991 m /s= 0.15 m /s那么根据理想气体状态方程,在标准状况下,体积分数和摩尔分数比值相等“=瑞 100%0.41%又 烟气流速 u=3.5m/s, y1 =0.41%,0.95,t 75 C总结已经有的经验,容积吸收率范围在 5.5-6.5 Kg/ (m3 . s)之间7,取=6 kg/(m3 . s)代入(7)式可得c /64273、6= ( 3600 3.5 0.041 0.95 ) /h22.4 2

12、73 75故吸收区高度h=18.33= 18.3m(4)喷淋塔除雾区高度(h3)设计(含除雾器的计算和选型)吸收塔均应装备除雾器,在正常运行状态下除雾器出口烟气中的雾滴浓度应该不大于75mg/m3 9.除雾器一般设置在吸收塔顶部低流速烟气垂直布置或出口烟道高流速 烟气水平布置,通常为二级除雾器.除雾器设置冲洗水,间歇冲洗冲洗除雾器. 湿法烟气脱硫采用的主要是折流板除雾器,其次是旋流板除雾器.除雾器的选型折流板除雾器折流板除雾器是利用液滴与某种固体外表相撞击而将液滴凝 聚并捕集的,气体通过曲折的挡板,流线屡次偏转,液滴那么由于惯性而撞击在挡 板被捕集下来.通常,折流板除雾器中两板之间的距离为20

13、-30mm,对于垂直安置,气体平均流速为23m/s；对于水平放置,气体流速一般为 610m/s.气 体流速过高会引起二次夹带.旋流板除雾器气流在穿过除雾器板片间隙时变成旋转气流,其中的液滴在 惯性作用下以一定的仰角射出作螺旋运动而被甩向外侧,聚集流到溢流槽内,达到除雾的目的,除雾率可达90% 99%.喷淋塔除雾区分成两段,每层喷淋塔除雾器上下各设有冲洗喷嘴.最下层冲 洗喷嘴距最上层喷淋层3-3.5 m,距离最上层冲洗喷嘴3.4-32 m.除雾器的主要设计指标a.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.冲洗覆盖 率一般可以选在100 %-300 %之间.n h2tg2冲洗覆盖率=

14、100%式中 n为喷嘴数量,20个;a为喷射扩散角,90A为除雾器有效通流面积,15 m2h为冲洗喷嘴距除雾器外表的垂直距离,0.05mn h2tg22 2所以冲洗覆盖率 = 100%= 15 100%=203%b.除雾器冲洗周期：冲洗周期是指除雾器每次冲洗的时间间隔.由于除雾器 冲洗期间会导致烟气带水量加大.所以冲洗不宜过于频繁,但也不能间隔太长,否那么易产生结垢现象,除雾器的冲洗周期主要根据烟气特征及吸收剂确定.c.除雾效率.指除雾器在单位时间内捕集到的液滴质量与进入除雾器液滴质 量的比值.影响除雾效率的因素很多,主要包括:烟气流速、通过除雾器断面气流 分布的均匀性、叶片结构、叶片之间的距

15、离及除雾器布置形式等.d.系统压力降.指烟气通过除雾器通道时所产生的压力损失,系统压力降越大,能耗就越高.除雾系统压降的大小主要与烟气流速、叶片结构、叶片间距及 烟气带水负荷等因素有关.当除雾器叶片上结垢严重时系统压力降会明显提升 , 所以通过监测压力降的变化有助把握系统的状行状态,及时发现问题,并进行处 理.e烟气流速.通过除雾器断面的烟气流速过高或过低都不利于除雾器的正常 运行,烟气流速过高易造成烟气二次带水,从而降低除雾效率,同时流速高系统阻 力大,能耗高.通过除雾器断面的流速过低,不利于气液别离,同样不利于提升除雾 效率.设计烟气流速应接近于临界流速.根据不同除雾器叶片结构及布置形式,

16、设计流速一般选定在3.55.5m/s之间.本方案的烟气设计流速为 6.9m/s.f.除雾器叶片间距.除雾器叶片间距的选取对保证除雾效率 ,维持除雾系统稳 定运行至关重要.叶片间距大,除雾效率低,烟气带水严重,易造成风机故障, 导致整个系统非正常停运.叶片间距选取过小,除加大能耗外,冲洗的效果也有所 下降,叶片上易结垢、堵塞,最终也会造成系统停运.叶片间距一般设计在20 95mm.目前脱硫系统中最常用的除雾器叶片间距大多在 3050mm.g.除雾器冲洗水压.除雾器水压一般根据冲洗喷嘴的特征及喷嘴与除雾器之 间的距离等因素确定,喷嘴与除雾器之间距离一般小于1m,冲洗水压低时,冲洗效果差,冲洗水压过

17、高那么易增加烟气带水,同时降低叶片使用寿命.h.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,有时那么采用小水 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1-4m3/m2h除雾器的最终设计参数本设计中设定最下层冲洗喷嘴距最上层喷淋层 3m.距离最上层冲洗喷嘴3.5m.1数量：1套X luMts二套2类型：V型级数：2级3作用：除去吸收塔出口烟气中的水滴,以便减少烟囱出烟口灰尘量.4选材：外壳：碳钢内衬玻璃鳞片；除雾元件：阻燃聚丙烯材料PP;冲洗管道：FRP;冲洗喷嘴：PP.表

18、4除雾器进出口烟气条件基于锅炉 100%BMCR工况进行设计除雾器进口除雾器出口烟气量 温度C50烟气压力 mmAq1131.11kPaG930.91kPaG雾滴含量 mg/m3ND <755雾滴去除率：99.75% 为到达除雾器出口烟气雾滴含量小于75mg/Nm3 干态,除雾器的雾滴去除率需要到达 99.75%以上.6除雾器内烟气流速：6.9m/sa.重散布速度大直径的雾滴颗粒可以通过除雾器元件惯性作用产生颗粒间碰撞从而去除雾滴.平均颗粒直径大小为100200 n m.因此,烟气流速越高,雾滴去除率越高.但是,被去除的雾滴会重新散布,而 降低雾滴去除效率.这就是雾滴重散布速度的概念.b

19、.通过除雾器的烟气流速为了使除雾器的雾滴去除率到达 99.75%以上,根据吸收塔出口端即除雾器 入口端雾滴颗粒直径的实际分布状况,直径大于17pm的雾滴颗粒必须100% 完全去除.综上所述,除雾区的最终高度确定为 3.5m,即h3=3.5m5喷淋塔浆液池高度设计设高度为 h2浆液池容量V1根据液气比L/G和浆液停留时间来确定,计算式子如下:Vi - Vn t1 G其中 L/G为液气比,12.2L/m3Vn为烟气标准状态湿态容积,VN=Vg=39.40m3/sTi=2-6 min网,取 t1=2.8min=168s由上式可得喷淋塔浆液池体积V!=(L/G) XVnX1!=12.20X 39.40

20、X 168=80.02 m3选取浆液池内径等于吸收区内径,内径D2= Di=3.8m而 Vi=0.25 X 3.14X D2XD2X h2=0.25X 3.14X3.8X 3.8X h2所以h2=7.06m6喷淋塔烟气进口高度设计设高度为h4根据工艺要求,进出口流速一般为12m/s-30m/s确定进出口面积,一般希望进气在塔内能够分布均匀,且烟道呈正方形,故高度尺寸取得较小,但宽度不 宜过大,否那么影响稳定性.因此取进口烟气流速为20m/s,而烟气流量为36.30 m3/s,可得hjm2 25m/s 36.30m3/s所以h4=1.20m2X 1.20=2.40m包括进口烟气和净化烟气进出口烟

21、道高度综上所述,喷淋塔的总高设为H,单位m等于喷淋塔的浆液池高度h2 单位m)、喷淋塔吸收区高度h (单位m)和喷淋塔的除雾区高度h3 (单位m)相加起来 的数值.止匕外,还要将喷淋塔烟气进口高度h4 (单位m)计算在内因此喷淋塔最终的高度为H= h+h2+h3+ h4=18.47+7.06+3.50+2.40=31.43m取圆整值 32m4.1.1.2喷淋塔的直径设计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,此时要考虑以 下几种引起烟气体体积流量变化的情况：塔内操作温度低于进口烟气温度,烟气容积变小；浆液在塔内蒸发水分以及塔下部送入空气的剩余氮气使得烟气体积流 量增大.喷淋塔内径

22、在烟气流速和平均实际总烟气量确定的情况下才能算出来, 而以往的计算都只有考虑烟道气进入脱硫塔的流量,为了更加准确,本方案将浆液蒸发水分V2 (m3/s)和氧化风机鼓入空气氧化后剩余空气流量 V3 (m3/s)均计算 在内,以上均表示换算成标准准状态时候的流量.(1)吸收塔进口烟气量Va (m3/s)计算该数值已经由设计任务书中给出,烟气进口量为：36.30(m3/s)然而,该计算数值实质上仅仅指烟气在喷淋塔进口处的体积流量,而在喷淋塔内延期温度会随着停留时间的增大而降低,根据 PVT气体状态方程,要算出瞬 间数值是不可能的,因此只能算出在喷淋塔内平均温度下的烟气平均体积流量.(2)蒸发水分流量

23、V2 (m3/s)的计算烟气在喷淋塔内被浆液直接淋洗,温度降低,吸收液蒸发,烟气流速迅速到达 饱和状态,烟气水分由6%增至13%,那么增加水分的体积流量 V2 (m3/s)为：V2=0.07X 36.30(m3/s)=2.541(m3/s)(标准状态下)(3)氧化空气剩余氮气量V3 (m3/s)在喷淋塔内部浆液池中鼓入空气,使得亚硫酸钙氧化成硫酸钙,这局部空气对 于喷淋塔内气体流速的影响是不能够忽略的,因此应该将这局部空气计算在内.假设空气通过氧化风机进入喷淋塔后, 当中的氧气完全用于氧化亚硫酸钙,即 最终这局部空气仅仅剩下氮气、惰性气体组分和水汽.理论上氧化1摩尔亚硫酸 钙需要0.5摩尔的氧

24、气.(假设空气中每千克含有0.23千克的氧气)又 Vso2=0.15 m3/s 质量流率 G so2= 01151000 64g / s=0.42857kg/s 0.43 kg/s 22.4根据物料守衡,总共需要的氧气质量流量Go2=0.43X 0.5kg/s=0.214Kg/s该质量流量的氧气总共需要的空气流量为 G空气=Go2/0.23=0.932 Kg/s标准状态下的空气密度为1.293kg/ m3 2故 V 空气=0.932/1.293(m3/s)=0.72 (m3/s)V3=(1-0.23) X V 空气=0.77X 0.72 m3/s=0.56 m3/s综上所述,喷淋塔内实际运行条

25、件下塔内气体流量Vg=Va+V2+V3=36.30+2.54+0.56(m3/s)=39.40(m3/s)(4)喷淋塔直径的计算假设喷淋塔截面为圆形,将上述的因素考虑进去以后,可以得到实际运行状 态下烟气体积流量Vg,从而选取烟速U,那么塔径计算公式为：Vg其中：Vg为实际运行状态下烟气体积流量,39.40 m3/s39.40.门=3.786m=3.8m3.14 3.5u为烟气速度,3.5m/s因此喷淋塔的内径为Di= 2 X ：V_ =2X IU u 4.1.2吸收塔喷淋系统的设计(喷嘴的选择配置)在满足吸收二氧化硫所需外表积的同时,应该尽量把喷淋造成的压力损失降 低到最小,喷嘴是净化装置的

26、最关键局部,必须满足以下条件：(1)能产生实心锥体形状,喷射区为圆形,喷射角度为60-120;(2)喷嘴内液体流道大而畅通,具有预防堵塞的功能；(3)采用特殊的合金材料制作,具有良好的防腐性能和耐磨性能；(4)喷嘴体积小,安装清洗方便；(5)喷雾液滴大小均匀,比外表积大而又不容易引起带水；雾化喷嘴的功能是将大量的石灰石浆液转化为能够提供足够接触面积的雾 化小液滴以有效脱除烟气中二氧化硫.湿法脱硫采用的喷嘴一般为离心压力雾化 喷嘴,可粗略分为旋转型和离心型.常用的有空心锥切线型、实心锥切线型、双 空心锥切线型、实心锥型、螺旋型等 5种.喷嘴布置分成2-6层,一般情况下为4层；层数的安排可以根据脱

27、硫效率的 具体要求来增减.底负荷时可以停止使用某一层,层间距0.8-2米,离心式喷嘴1.7米.实际上从浆液池液面到除雾器,整个高度都在进行吸收反响.因而实际 吸收区高度要比h高6-8米.本方案采用4层喷嘴,层间距为1.5米.每台吸收塔再循环泵均对应一个喷 淋层,喷淋层上安装空心锥喷嘴,其作用是将石灰石/石膏浆液雾化.浆液由吸收塔再循环泵输送到喷嘴,喷入烟气中.喷淋系统能使浆液在吸收塔内均匀分布, 流经每个喷淋层的流量相等.一个喷淋层由带连接支管的母管制浆液分布管道和 喷嘴组成,喷淋组件及喷嘴的布置成均匀覆盖吸收塔的横截面,并到达要求的喷淋浆液覆盖率,使吸收浆液与烟气充分接触,从而保证在适当的液

28、/气比(L/G)下可靠地实现至少95%的脱硫效率,且在吸收塔的内外表不产生结垢.喷嘴系统管道采用FRP玻璃钢,喷嘴采用SIC,是一种脆性材料,但是特别耐磨,而且抗 化学腐蚀,可以长期运行而无腐蚀、无磨损、无石膏结垢以及堵塞等问题.4.1.2.1 喷嘴布置设计原理(1)喷管管数确实定根据单层浆体总流量Qi和单个喷嘴流量Qs,可得单层喷嘴个数nQi = 480.68/4=120.17(L/s)而单个喷嘴流量为Qs=0.75L/sN=Qi /Qs所以 N=120.17/0.75=160.22 取整数值 161 个单喷管最大流量Qmax,s DmaxV4单喷淋层主喷管数Q,N int 1Q max,s

29、式中 Dmax为单喷淋管可选最大管径,0.04m；V为喷淋管内最大流速,6m/s所以Qmaxs DmaxV =0.25X 3.14X 0.04X 0.04X 6=7.536L/S4intQiQmax,s1=int(120.17/7.536)+1=16(2)各喷管间距确实定根据脱硫塔直径、喷嘴个数等参数,各喷管之问间距:LspDimNsp式中Dim为脱硫塔内径Nsp为喷嘴间距(3)各支喷管直径确实定根据布置在主管、各支管的喷嘴个数以及单喷嘴流量,可以确定主管各段、 各支管喷管直径Di4Qi式中Qi为节点i处浆体流量,m3/s； Di为节点i处喷管直径,m.(4)喷淋层在塔内覆盖率确实定喷淋层在脱

30、硫塔内覆盖率为：管100贝 UAF 100 =202=176%A0.25 3.8式中Aeff为单层喷嘴在脱硫塔内的有效覆盖面积,20m2A为脱硫塔面积,11.3m2计算主要包括喷淋层内主喷管数、各支喷管的管径及流速、喷嘴在塔内位置 等的计算及设计.根据上述设计方法、结合实际经验,确定喷淋层内各喷管直径、 各个喷嘴位置等几何参数.在确定喷嘴布置设计中,需要确定喷嘴在塔内的位置坐标在确定各支喷管直 径时,要根据厂家提供的标准管径来选取. 在确定各个支喷管直径后,还要根据 厂家提供的喷嘴与各主、支喷管之问问距要求,对初步喷嘴位置进行调整,以避 免喷出的液滴与喷管发生喷射碰撞.在喷嘴布置完成后,需要确

31、定喷淋层在塔内的履盖率以及多层覆盖状况,验 证喷嘴布置的合理性.4.1.2.2进行喷嘴在塔内布置设计中应该注意以下问题：(1)选择合理的喷嘴覆盖高度,通常根据喷嘴特性及两层喷淋之间距离来确 定.(2)选择合理的单层喷嘴个数.一般来说,喷嘴个数根据工艺计算来确定.(3)当喷嘴覆盖高度确定以后,就可以计算单个喷嘴的覆盖面积,Ao H 2tg 2 为喷雾角那么 AoH 2tg2 =3.14X 1 X 1=3.14m22(4)当在脱硫塔内布置喷嘴时,选择适宜的喷嘴之间的距离.通常根据喷嘴 个数和脱硫塔直径来选择喷嘴间距,并要与连接喷嘴的喷管布置方案整体考虑.(5)选择合理的经济流速,并根据喷管产品的标

32、准来确定石灰石浆液母管和 支管直径.6当检验喷淋层在脱硫塔覆盖率时,不仅要考虑喷嘴液流与母管、支管和 支撑的碰撞对覆盖率的影响,还要考虑所有喷嘴在脱硫塔内覆盖均匀度.4.1.3 吸收塔底部搅拌器及相关配置在吸收塔底部,石灰石浆液经过脱硫过程之后,变成了 CaSC3和CaSO3 1/2 H2O,此时为了使氧化风机鼓入的空气能够充分地和CaSO3和CaSC3 . 1/2 H2O接触,以便充分氧化,需要 CaSC3和CaSC3 . 1/2 H2O的混合溶液内部颗粒分布 均匀,在这种情况下,需要使用搅拌器来使溶液悬浮颗粒均匀混合,同时增大和空气接触的面积.由于底部溶液是固体悬浮溶液,根据不同搅拌过程的

33、搅拌器型式推荐表 2-51搅拌器型式适用条件表2-61搅拌器型式使用范围表2-71在吸收塔浆液池的下部,沿塔径向布置四台侧进式搅拌器,其作用是使浆液 的固体维持在悬浮状态,同时分散氧化空气.搅拌器安装有轴承罩、主轴、搅拌 叶片、机械密封.搅拌器叶片安装在吸收塔降池内,与水平线约为10度倾角、与中央线约为-7度倾角.搅拌桨型式为三叶螺旋桨,轴的密封形式为机械密封.在吸收塔旁有人工冲洗设施,提供安装和检修所需要的吊耳、吊环及其他专 用滑轮.采用低速搅拌器,有效预防浆液沉降.吸收塔搅拌器的搅拌叶片和主轴 的材质为合金钢.在运行时严禁触摸传动部件及拆下保护罩.向吸收塔加注浆液时,搅拌器必须不停地运行.

34、叶片和叶轮的材料等级是 ANSI/ASTMA176 80a,搅拌器轴为固定结构,转 速适当限制,不超过搅拌机的临界转速.所有接触被搅拌流体的搅拌器部件,必 须选用适应被搅拌流体的特性的材料,包括具有耐磨损和腐蚀的性能.4.1.4 吸收塔材料的选择由于脱硫塔承受压力不大,而且16MnR钢材综合力学性能、焊接性能以及低 温韧性、冷冲压以及切削性能比拟好,低温冲击韧性也比拟优越,价格低廉,应 用比拟广泛.故塔壁面由16MnR钢材制造,为了节约材料和预防腐蚀,内衬橡 胶板防腐层,其烟气入口局部内衬玻璃鳞片加耐酸瓷砖.4.1.5 吸收塔壁厚的计算包括计算壁厚和最小壁厚4.1.5.1 吸收塔计算壁厚的计算

35、由于操作压力不大,假设计算壁厚小于16毫米,根据监表九网16MnR钢板在操作温度下的许用应力为t=170Mpa.对于浆液池局部由于浆液会对塔壁产生压力,因此计算时还要这局部压力考虑 在内,同时假设塔内的计算压力取 0.202 MPa 2个标准大气压Pc =0.202+ gh 为浆液密度 1257kg/m3, g=9.81m/s2,h 浆液池高度 7.06m所以 Pc =0.202+ gh =0.202 106 +1257X 9.81 X 7.06=0.292X 106 Pa=0.292MPa又根据式4-53可知:吸收塔喷淋塔的计算壁厚公式为：S=2 tPcmm其中：Pc计算压力,对于浆液池以上

36、局部取二倍大气压,0.202 MPaPc =0.292MPaDi圆筒或者球壳内径,为3800mm焊接接头系数,取 =1; C壁厚附加量,取C=1.00mmC2腐蚀裕量,mm ; Ci钢板厚度负偏差,mm对于喷淋塔顶部以下浆液池以上的局部简称上局部S= 2叫 _0.202 3800tPc 2 170 1 0.202767.6339.82.259mm根据取腐蚀裕量C2=1.00mm3,根据表4-73可得C1=0.25mm贝 U Ci + C2=0.25+1=1.25mm2.259+C=2.259+1.25=3.509mm圆整后取 Sn=4.00mm因此脱硫塔上局部应该选用的壁厚为 4.00mm的1

37、6MnR钢材,与上面的假 设相符 4.0mm16.00mm对于喷淋塔浆液池局部简称下局部S=J0.292 38002 170 1 0.2921124.8339.73.31mm根据取腐蚀裕量C2=1.00mm3,根据表4-73可得C=0.5mm贝Ci+ C2=0.5+1=1.5mm 3.31+C=3.31+1.5=4.81mm圆整后取 Sn =5mm4.1.5.2 吸收塔喷淋塔计算壁厚的液压试验校核上局部：T DS 设计试验温度为200度,那么MOMpa170MpaPt=1.25X PX-41.25 0.202Mpap-=0.253Mpa170MpaSe =Sn -C=4-1.25=2.75mm

38、Dj=3800mmT PTDS =0.253 X(3800+2.75)/2X2.75=174.93Mpa =175Mpa 2Se而 0.9 s( 0.2)=0.9X 1 X274=246.6Mps( 0.2)=246.6Mpa所以液压试验强度符s ( 0.2)因止匕 T PAD逵)=175MPa0.9 2Se合要求''八 T P T (Di S e)下局部：1)<0.92SeP't=1.25X P；X J-J ct170Mpa1.15 0.292Mpap- =0.365Mpa170MpaS e=S n -C=5-1.5=3.5mmDi =3800mm.T Pt(D

39、 Se),、故 1(-,)=0.365X(3800+3.5)/(2X3.5) =201Mpa2Se而 0.8 s( 0.2) =0.8X 1 X274=219.2MPa''因此 1T T( i,一2=201MPa0.9 s( 02)=219.2Mpa所以液压试验强度 2Se.符合要求综上所述,设计的材料选择,壁厚计算数值和试验强度均符合实际操作要求.4.1.5.3吸收塔最小壁厚的计算根据相关规定,塔壳圆筒不包括腐蚀裕度的最小厚度,对于碳钢和低合金钢 制造的塔设备为0.2%的塔径20,而且不小于4mm.而喷淋塔的内径为3800mm,所以最小壁厚 Sm =0.2%x 3800=7.

40、6mm根据取腐蚀裕量C2=1.00mm3,根据表4-7可得C1=0.8mmC1 +C2 =0.8+1=1.8mm7.6+C=7.6+1.8=9.4mm 圆整后取 Sn=10mm综合以上计算壁厚和最小壁厚的结果,最终台喷淋塔的壁厚为10mm4.1.6吸收塔封头选择计算考虑到封头与筒体采用双面焊接的焊接方法进行焊接, 根据力学有关 知识, 为了不使应力集中破坏设备,决定两端封头采用浅碟形封头,根据相关知识,在 浅碟形封头内部：1球面局部半径Ri不得大于筒体内径Ri< Di,故Ri& Di,一般取Ri=0.9Di2折边半径r在任何情况下不得小于筒体内径 Di的10%即380mm,而且

41、不应该小于3倍的封头名义壁厚Sn 封头.因止匕 r >3 Sn且 r>10% Di=380mm浅碟形封头白尺寸是：Di=3800 mm； Ri=0.9Di=3420mm； r 取 400mm那么浅碟形封头的形状系数1M=_* (34后,3420)=0.25X(3+J)r4 4003420而后 窿2.92取后=3.00根力居表4-123Pc=0.292Mpa,材料选用 16MnR 钢材,故t=170Mpa,=1,取 C2=2.00mm浅碟形封头的计算壁厚S=MPR 根据式4-2332 0.5Pc1.5 0.292 34201497.96所以 S=mm mm 4.41mm2 170 1

42、 0.5 0.292339.8S+ C2=6.41mm,根据表 4-73,负偏差 C1=0.5mm,C= C1+C2=2+0.5=2.5mmS+ C1+C2=4.41+2.5=6.91mm 圆整后取 Sn=7.00mm此时浅碟形封头的最大允许工作压力Pw2 t Se Mpa根据式4-253MRi 0.5SePw2- 江=2 170 4.5 0.298MPa 0.202MPaMRi 0.5Se 1.5 3420 0.5 4.5故脱硫塔的浅碟形封头设计强度不够.为了运行平安,应该增加壁厚,选择封头的壁厚和筒体壁厚一致,那么封头壁厚为 10mm.t c'此时浅碟形封头的最大允许工作压力P w

43、2 Se, Mpa根据式4-253MR 0.5Se2 f S'2 170 7.52550P w e= 0.496MPa 0.202MPaMR 0.5Se 1.5 3420 0.5 7.5 5130 3.75故强度符合要求,因此浅碟形封头的壁厚为 10mm.下端碟形封头与塔体采用焊接的方式,上端碟形封头与塔体采用法兰盘的连 接方式.4.1.7 吸收塔裙式支座选择计算立式容器的支座主要有耳式支座、腿式支座、支承式支座和裙式支座四种.中 小型直立容器采用前三种支座,高大的塔设备那么采用裙式支座.本设计中,吸收塔喷淋塔内径为 3800mm,而吸收塔喷淋塔的高度为 32m,根据服表4-9网可知,

44、选用的裙座规格为：裙座圈厚度Ss 8.2mm.;根底环厚度Sr 15.5mm;地脚螺栓个数20个,公称直径M27裙座的材料选用Q238-AR钢材,塔体与裙座采用对接焊接,塔体接头焊接系1 ,裙座的壁厚取12mm,裙座的壁厚附加量取C=2mm.4.1.8 吸收塔配套结构的选择1吸收塔喷淋塔进料浆液管道和配套阀门的设计选择设计时应该充分考虑到石灰石浆液对管道系统的腐蚀与磨损, 一般应该选用衬 胶管道或者玻璃钢管道.管道内介质流速的选择既要 考虑到应该预防浆液沉淀, 同时又要考虑到管道的磨损和屹立损失减少到最小 9.而且浆液管道上的阀门应 该选用蝶阀,尽量少采用调节阀门.阀门的流通直径与管道一致 9

45、.2吸收塔喷淋塔配套结构的选择人孔选择塔设备内径大于2500mm,封头和筒体都应该开设人孔,室外露天设备,考虑 清洗,检修方便,一般选用公称直径450mm或者500mm的人孔；常压大型设备,贮槽那么选用公称直径为 500mm或者600mm的人孔.综上所述,本设计方案中的吸收塔应该选用公称直径为500mm的人孔.dwx SDDiBbBiB2HiH2螺栓直径 长度530X662058530014101216090M16 X 54.2吸收塔最终参数确实定1吸收塔喷淋塔数量：1套X 1 units=1套2类型：管道内置型吸收塔喷淋塔3作用：烟气中的二氧化硫气体由吸收塔喷淋塔的浆液吸收并去除,为 了使得

46、烟气和浆液充分接触,应该合理地设计吸收塔喷淋塔内的除雾器、喷 嘴、搅拌器.4.2.1 设计条件1烟气条件 吸收塔喷淋塔进出口烟气设计条件基于锅炉 100%BMCR工 况.进口出口备注烟气量依33.60标况温度C1003、11800标况SO2 浓度mg/ m '39.40标况大气压：101325Pa50590标况设计工况压力进口 /出口平均值：0.202Mpa2atm4.2.2.2 吸收塔(喷淋塔)浆液循环量根据吸收塔(喷淋塔)出口烟气量和液气比,浆液循环量计算如下所示:12.20L/m1 D D 10.40m* 1 2 * 4 此处没有将氧化空气和饱和蒸汽考虑在内 39.40m3/s

47、480.68L/s125L/SX 4=500L/s4.2.2.3 喷淋区域高度和喷淋层数：喷淋层数目：4层；喷淋区域高度：1.5 mX 4层=6.0 m3800 X 3200060001200120071004.2.2.4 已确定的参数尺寸(mm) 吸收塔(喷淋塔) 喷淋区 出口烟道 进口烟道 反响池4.2.2.5 选材及防腐塔本体：碳钢16MnR钢材塔内部螺栓、螺母类：6%Mo不锈钢材料塔内壁：衬里施工前经外表预处理,喷砂除锈,内衬材料为丁基橡胶板塔内件支撑：碳钢衬丁基橡胶丁基橡胶是由异丁烯中混以1.5%4.5%的异戌二烯具有化学稳定性好、对 臭氧、酸碱的耐腐蚀水平强、无吸水性等优良性能.丁

48、基橡胶经改性后有卤化丁 基橡胶,包括氯化丁基橡胶和澳化丁基橡胶,根本特性有：(1)具有优良的耐水气渗透性能、耐浆液磨损性能、耐腐蚀性特别是耐 F-性、 耐SO2、耐CL-性及耐热性等.结合脱硫工程浆液介质条件,通常来说厚度为4mm 即可,在磨损严重的部位衬2层4mm 丁基橡胶.(2)气体透过性小,气密性好回弹性小,在较宽温度范围内(3050C)均不大20% ,因而具有吸收振动和冲击能量的特性.(3)耐热老化性优良,且有良好的耐臭氧老化、耐天候老化和对化学稳定性以 及耐电晕性能与电绝缘性好.(4)耐水性好、水渗透率极低,因而适于做绝缘材料.缺点是硫化速度慢、粘 合性和自粘性差、与金属粘合性不好、

49、与不饱和橡胶相容性差,不能并用.4.2.3吸收塔的强度和稳定性校核4.2.3.1 强度和稳定性校核条件(1)塔体内径Di=3800mm,塔高度32000mm,裙座高度3060 mm,计算压力0.292MPa,设计温度 200Co(2)设置地区：根本风压350N/m2,地震防烈度8度,场地土地类：B类.(3)沿塔高开设3个人孔,相应在人孔处安装圆形平台 3个,平台宽度 B=900mm,高度为 1000 mm.(4)塔外设置保温层厚度为100 mm,密度300kg/m3.塔体与封头选用16MnR钢材,其t 170MPa170MPa, S 345MPa,Et 1.9 105MPa(6)裙座材料选用Q

50、238-AR(7)塔体与裙座对接焊接,塔体焊接系数 1(8)塔体与封头壁厚附加量取 C=2.00 mm,裙座壁厚附加量取 C=2.00 mm.4.2.3.2 塔设备质量载荷计算(1)塔体圆筒、封头、裙座质量 m01圆筒质量 m1596 31.43 18732.3kg封头质量 m2 600 2 1200 kg裙座质量 m3 596 3.06 1823.76 kgm01m1 m2 m3 21756kg其中 塔体高度为31.43米,查得DN3800 mm,壁厚10 mm的圆筒每米质量为596kg;查得DN3800 mm,壁厚10 mm的封头每米质量为 600kg；裙座高度3060 mm.(2)塔内件

51、质量,取 mmax m01 m02 m03 m04 ma mW 叫 402276kgm02 100 kg1(3)保温层质量 m03 (Di 2Sn 2 )2 . 2Sn)2H0 2 2m03 41 22m03 3.14(3800 2 0.01 2 0.1)2 (3800 2 0.01)2 31.43 300 2(1.54 1.18) 300 4=11836.7kg其中m03封头保温层质量(4) 平台扶梯质m041m04 (3800 2 0.01 4=8659.5 kg(5)操作时物料质量1 m05 3.14 38054=100874 kg其中 hW为石灰质浆液高度,h°除浆液区外的塔

52、高,1石灰石浆液密度,一100 502空气在2(6)附件质量1-2(Di 2Sn 22B)242 0.1 2 0.9)2 (3800 21212.m05 ; Di hW 1 7 Di h044127.06 1257 3.14 3.8 47.06m31.43-7.06m1257 kg/m375 C时候的密度,0.25 m01c2 1(Di 2Sn2 )2 nq° QfHf22 10.01 2 0.1) - 3 .50 40 34 22 Vf 1(31.43 7.06) 1.01 Vf 1ma ,根据经验值取m(7) 充水质量mW12.mW - Di H 02V f4123.14 3.8

53、2 31.43 100041.01 kg /m30.25 21576 5439kgkg2 1.18 1000 =358631卜面将塔分成六段,计算以下各质量载荷塔段0-11-22-33-44-55-塔顶合计人孔与平 台数量0001203塔板数0000000i621.61243435162166216310821576表6吸收塔各计算段的质量m01m020010404012100m03338676236633803380169011836m043978272282252551958659m051213129688214832148316089100874m；1603001120162013478925439mw45870276457949399493987708358631me0000000m01158190151