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1、技术交流烟气脱硫喷淋塔本体设计与分析郭 毅,李荫堂,李 军(西安交通大学,陕西西安 710049)[摘 要] 对湿式烟气脱硫喷淋塔本体尺寸进行了分析,结合已有的工程设计经验,给出了确定喷淋塔本体尺寸的具体步骤,并讨论了设计应考虑的主要问题。[关键词] 烟气脱硫;吸收塔;喷淋塔;传质单元数[中图分类号]X511[文献标识码]B[文章编号]10023364(2004)01002903 湿式烟气脱硫中的石灰石法已成为我国火电厂烟1.1操作线与液气比[1]气脱硫的首选工艺。在烟气脱硫系统中,吸收塔是喷淋塔多为逆流操作,塔内烟气向上流动,吸收液核心装置。近年来国内外的发展趋势表明,喷淋
2、塔逐雾滴向下降落。以污染物在液相中的摩尔分数为x,[2]渐成为湿式烟气脱硫吸收塔的主流塔型。污染物在气相中的摩尔分数为y,则目前国内的火电厂烟气脱硫装置主要靠进口。虽液相中污染物的摩尔分数xX==然这些装置大多技术成熟、运行稳定,但是投资和运行液相中吸收剂的摩尔分数1-x费用极高,以至于在我国目前情况下难以推广。因此,Y=气相中污染物的摩尔分数=y气相中载气组分的摩尔分数1-y主要装置的自行设计、制造是必要而迫切的。由物料衡算可得操作线方程:在喷淋塔内,吸收剂浆液喷雾形成较大的气液接LmLm触界面;烟气与液体雾粒一般为逆流,雾粒降落过程中Y=X+Y1-X1(1)GmGm吸收SO
3、2,落入下部浆池,在池中氧化成石膏后排出。2式中:Lm为吸收剂流量,kmol/(m·s);Gm为载气流烟气向上流动,经除雾装置脱除去其携带的雾粒后排2量,kmol/(m·s)。如图1线AB所示,操作线斜率出塔外。Lm/Gm(此处为无因次)即液气比。操作线表示塔内根据双膜传质模型推导出的吸收塔高度计算公任一高度上污染物的平均气相浓度Y和液相浓度X。式,传质单元高度和传质单元数决定吸收区需要的高度;液气比影响操作线与平衡线的相对位置,进而影响设计塔高或脱硫效率。本文对喷淋塔本体设计进行讨论。1 喷淋塔高度设计的理论分析根据双膜理论的一系列假设,吸收过程的传质阻力简化为气液界面处被吸
4、收组分(污染物)通过气膜与图1 操作线与平衡线液膜的扩散阻力,由此控制气液两相的传质速率。喷33根据操作线方程和相应的相平衡浓度y、x,计淋的作用是造成尽可能大的气液传质界面。收稿日期:20030827作者简介: 郭毅(1981),女,河南邓州人,西安交通大学环境工程系在读硕士研究生,主要研读方向为大气环境及污染控制。热力发电·2004(1)m~©1995-2004TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.技术交流33算出各自对应的Y、X,即得到平衡线OC(图1)。收系数增大,因而可降低塔高。如果给定吸收区高度,对
5、于给定的烟气进出口污染物浓度、浆液进口浓L/G增大,则脱硫率提高。但另一方面,L/G增大,度,最小液气比对应的操作线为AC,即理论上吸收液液体停留时间有所减少;而且循环泵流量增大,塔内气到出口能达到的最高浓度。液气比增大,操作线斜率体流动阻力增大使风机耗能增大,投资和运行费用相增大,操作线上端由C向B移动,浆液出口污染物浓应增加。实际设计和运行应尽可能采用适当小的液气度降低。实际设计的液气比为最小液气比的1.2～比。[2,3]石灰石法喷淋塔中的液气比一般为(15～25)1.5倍。对于给定塔高、烟气进口浓度,液气比增3[2,3]3[4]大,可使烟气出口污染物浓度降低,亦即脱硫率升
6、高。L/m。有推荐值为16.6L/m。实际中L/G随具体情况而变化,比如添加缓冲剂可大幅度减小液[2]1.2 吸收区高度气比。达到给定的吸收目标需要一定的塔高。烟气量增烟速提高可增大吸收系数。烟速增大,气液两相大只需相应增大塔的横截面积。通常烟气中SO2浓度界面湍动加强,气膜厚度减薄,传质速率系数提高;烟很低。吸收区高度的计算式理论上表达为:速增大可减缓液滴下降速度,使体积有效传质面积增[6]加,因而可使塔高降低。但是另一方面,烟速增大,h=H0×NTU(2)烟气停留时间缩短,要求增加塔高,因此使其对塔高的式中:H0为传质单元高度;H0=Gm/(kya),kya为体降低作用削弱
7、。实际中烟速提高还影响除雾效果。积吸收系数,其中ky为以污染物气相摩尔差为推动力研究及实践表明,逆流喷淋塔的烟气流速合适的的总传质系数,a为塔内单位体积中的有效传质面积,[4]23范围是(2.6～3.4)m/s;典型值为3m/s。设计时需m/m;实验表明,对于低浓度废气,H0近似为常考虑浆液雾化状况、烟气污染物浓度、脱硫率要求等。[4]数。NTU为传质单元数,近似值NTU=(y1-y2)/Δym,即气相总的浓度变化除以平均推动力,其中2 喷淋塔本体的经验性设计Δym=(Δy1-Δy2)/ln
