脱硫塔结构设计

1、脱硫塔结构设计一、 脱硫塔结构定性设计1. 塔的总体布置如图所示，一般塔底液面高度h1=6-15m；最低喷淋层离入口顶端高度h2=1.2-4m；最高喷淋层离入口顶端高度h3>=vt；v为空塔速度，m/s，t为时间，s，一般取t>=1.0s；喷淋层之间的间距h4>=1.5-2.5m；除雾器离最近（最高层）喷淋层距离>=1.2m，当最高层喷淋层采用双向喷嘴时，该距离>=3m；除雾器离塔出口烟道下沿距离>=1m。 喷淋区的高度不宜太高，当高度大于6m时，增加高度对于效率的提高并不经济。喷淋区的烟气速度应与雾滴的滴谱范围相对应。从理论上讲，约有3%-6%的液滴量被夹

2、带，在冷却区的夹带量大约为0.2%-0.5%与烟气进口的切向流动有关。2. 塔径的确定脱硫塔的传质段的塔径主要取决于塔内传质、气液分布及经济性的考虑。在喷淋塔内，烟气流速较低时，压降上升幅度小于流速的上升幅度。随着烟气流速的提高，压力曲线逐渐变陡，直至液泛。液泛气速接近液滴自由沉降的终端速度，并随着吸收液滴直径的增大而提高。故喷淋塔设计时，烟气流速的选取应与吸收液液滴直径相匹配，按常规，设计气速应为液泛气速的50%-80%。由于喷雾型脱硫塔中，气流分布可以“自我校正”均匀，从这个角度看，塔径可以无限大。但塔的结构设计的经济性和设计难度等影响到塔径的大小，这需作综合分析，必要时分塔。脱硫塔可设计

3、成等直径塔，也可设计成变直径塔，具体应根据侧搅拌层数和储浆量大小确定。3. 塔底储浆量的确定确定塔底储浆量的基本要素有：最大的SO2负荷，这依赖于进气的SO2浓度及出气所要求的SO2浓度；各部分的浆液pH值；在考虑了可能存在的离子影响（飞尘、石灰石和工艺水）条件下的石灰石实测溶解速率；石膏品质（如粒径大小）的要求。根据以上要求确定浆液所需停留的名义时间，该时间可由塔底总浆液量除以排石膏浆液量获得。4. 塔入口烟道的设计脱硫塔入口烟气的均匀性直接影响到脱硫塔内烟气分布的均匀性。烟气入口气液接触处为干湿交界面，浆液在此干燥结垢将影响塔运行的安全性和气流流向。设计时应在烟道入口上方及两侧安设挡水板，

4、防止喷嘴喷出的浆液进入烟道内。运行时，上方挡水板形成的水帘有利于脱硫和气流均布，两侧挡水板可防止喷嘴喷雾产生的背压将浆液抽进烟道内（当烟道挡板未关，且无气体进入塔内时）。同时，靠近烟道侧的喷嘴应调整安装角度，防止喷入烟道。5. 塔出口烟道的设计6. 喷淋层的设计喷淋层的设计时脱硫塔设计的重点和难点。喷淋层的设计包括浆液管道、喷嘴的选择与布置。喷嘴的数量和喷淋层数取决于脱硫效率，一般采用3-6层。喷淋层可用多台循环泵供浆或一层喷淋层单独对应供浆，后者更适合于大型脱硫塔且烟气负荷变化较大的场合。当某台循环泵或管路需检修时，只要将其停止来即可，不会影响到塔的运行；当锅炉负荷变化时，可通过增加或停止一

5、台循环泵达到节能的效果，也可备用一套管路（包括循环泵、喷淋层及相关管道），以满足未来日益严格的环保要求。浆液管道的设计要求保证进入各喷嘴的压力相等，即所谓的均压。一般当脱硫塔直径较大时，已设计成多根主管型式，有利于均压。浆液管道在脱硫塔内的支撑固定装置可设计成单根或多根主梁支撑、支管塔壁固定的方式。第一层（最低的一层）喷淋层离烟道上部一般保持2-4m的距离，以便使浆液能充分与烟气接触并避免进入烟道内，喷淋层与喷淋层之间的间距为1.5-2.5m，最高喷淋与除雾器间的距离至少应为1.2m。对于逆流型喷淋塔，烟气速度为3-4.5m/s，雾滴的尺寸是有一定的限制范围的，也即对喷嘴最基本的要求是“烟气的

6、携带量”。粒径小于500m的液滴将被带至除雾器中，如果带至除雾器中的液滴太多，除雾器将无法正常运行，大量的雾滴将进入下游烟道和烟囱。对于一个典型的FGD系统来说，低于500m直径的液滴不能超过5%，喷嘴形式的雾滴应选定在2500-3000m之间的雾化颗粒，这种粒径的雾滴在最大程度地减少烟气中雾滴携带的同时，也能提供足够的吸收SO2的气液表面积。喷嘴供应商均能提供详细的喷嘴粒径分布数据。 喷淋层喷嘴喷出的雾冠在1mm范围内能完全覆盖塔断面，一般要求具有120%-250%的覆盖率。 喷嘴应具有较大的自由畅通孔径，一般应大于45mm，否则易被结垢碎片等杂物所堵塞。 在脱硫塔的喷嘴布置中，若按“等距”

7、布置，则从脱硫塔壁开始0-1.3m的外部圆周区域喷淋密度比脱硫塔中心区域要小得多，塔壁处的烟气速度高，二氧化硫浓度也高。研究表明，脱硫塔中心部分的脱硫率可达99%-100%，脱硫效率从塔中心至塔壁的脱硫效率则逐渐减少，最终造成总的脱硫效率降低。为此，可采取脱硫塔中间布置空心双向喷嘴、塔壁布置实心喷嘴的方式来增加塔壁附近的喷淋密度。这种方式在一定程度上改善了塔内气流的均布，但由此带来的问题是壁流也很严重。7. 除雾器区域的设计脱硫塔一般采用两级除雾器，两级除雾器间的距离应为1.8mm左右，以便检修维护。除雾器距最近喷淋层的距离与该层采用的喷嘴形式有关，当采用向下喷雾的喷嘴时，其间距应大于1.2m

8、；当采用双向喷雾的喷嘴时，其间距应大于3m。 除雾器上沿距烟道出口下沿应大于1m。二、 脱硫塔的优化设计实施以下设计可提高脱硫效率、降低投资和运行费用。1. 增加液体再分布装置由前述可知，短路和壁流减少了气液接触的有效传质面积，液气交接面处的传质效率也很低。液体再分布装置（ALRD，MET专利产品）是把塔壁上的液膜收集起来，重新破碎成液滴，分配到烟气中，一方面靠近塔壁的喷嘴也可布置得离塔壁远些，既可减少贴壁流动的浆液，又可减轻对塔壁防腐层的冲刷；另一方面又可使贴壁流动的浆液发挥余热，克服了壁流现象造成脱硫效率降低的负面影响。安装液体再分配装置后的性能测试结果表明，系统脱硫效率可提高2%-5%。

9、2. 提高脱硫塔气速将逆流脱硫塔的气速增加到4-5m/s，提高流速可提高气液两相的湍流，一方面可降低烟气与液滴之间的膜厚度，液膜增强因子增加，从而提高总传质系数；另一方面，喷淋液滴的下降速度减小，持液量增大，使得吸收区的传质面积增大。当烟气流速低于3m/s时，脱硫效率与烟气速度无关；高于3m/s时，液滴表面的振动加大，液滴中的混合增强，表面更新加快，可促进二氧化硫吸收反应，有利于脱硫效率的提高；当烟气流速从3.0m/s提高到4.5m/s时，脱硫率上升幅度较大，进一步提高烟气流速时，脱硫率的提高趋于平缓。同时，烟气速度受除雾器性能和液泛速度的制约。低烟气流速时，压降的增大幅度大于传质面积，而高烟气流速时，结果则相反，传质面积的增大幅度大于压降。这一点在ABB的高流速实验中也得到证实：在脱硫率不变的条件下，烟速从2.3m/s提高到4.3m/s，液气比减少到32%，相应的传质速率增加50%，总能耗可下降25%；根据中试结果，从节能观点出发，空塔流速最好大于4.57m/s。3. 增加托盘、气流分布板4. 采用Sauter粒径更小双向喷嘴尺寸较小的喷嘴可降低雾滴平均直径，增加了比