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濕法脫硫工藝脫硫塔設計和應用
信息來源:http://hunanxianggu.com/   發布時間:2019-6-23   瀏覽:

  0 前言

        隨著我國經濟的高速發展,使我們對能源的需求越來越多,伴隨能源的加速利用其中煤炭的利用最為廣泛[1],煤炭的大量直接燃燒造成的污染物排放急劇增加,以煤為主的能源造成排放嚴重,給環境帶來了嚴重污染,實施減排技術并進行排放總量排放是我國持續發展的迫切要求。

        1 濕法脫硫工藝脫硫塔類型

        1.1 噴淋塔

        原理:脫硫塔吸收液在噴淋塔內經噴嘴霧化,液體與煙氣充分接觸吸收并除去其中的;脫硫效率可達到95%以上,該塔的有點有結構先對簡單,操作難度小,壓損小,引風機系統阻力小,脫硫過程中除塵降本一并操作。缺點是氣液很難充分接觸,混合不均勻,噴嘴易結垢堵塞等。

        1.2 填料塔

        原理:吸收液在填料塔內沿著填料表面向下流動形成液膜,與煙氣接觸后吸收并去除其中的脫硫效率達到95%以上,其結構相對復雜,對填料的選擇可以多樣化,耐腐蝕,耐高溫,耐持久性,操作彈性大,系統穩定可靠。缺點是易形成液泛,自控水平較低,填料檢修麻煩,系統阻力大,長時間運轉后,效率較低,較難清洗。

        1.3 鼓泡塔

        原理:吸收漿液在塔底以液層形式存在,通過鼓泡反應器將煙氣鼓入,形成泡狀,氣液接觸后吸收并去除其中的SO2,其脫硫效率高達95%以上,其優點為成本低,耐腐蝕,較其他形式脫硫塔,吸收容量大,氣液接觸時間長,運行穩定可靠。缺點是空塔氣速低,只適用于中小量煙氣,塔底液較多時,壓損大,引風機系統阻力較大,耗能增加。

        1.4 板式塔

        原理:脫硫漿液逐板往下,煙氣逐板往上,逐流接觸后吸收并除去其中的SO2。脫硫效率高達95%以上,結構簡單,成本低,空塔氣速高,處理氣量大,脫硫過程中除塵降溫一并操作,維護保養方便。缺點是制造工藝要求高,安裝嚴謹,操作彈性小,容易發生偏流側流,效率降低。

        1.5 液柱塔

        液柱塔作為一種新興的脫硫塔型,其特點為氣液接觸比較充分,脫硫的效率較高,煙氣進入塔后在上升過程中穿過吸收液區域,其反應區域是含有脫硫劑的循環吸收液在塔的中部向上噴射,通過逆流與煙氣順流的液柱相接觸,然后在頂部分離,最后形成自上而下與煙氣逆流的液滴,液柱塔中的液滴的平均直徑要比噴淋塔中的大,而且,在整個氣液流場中,液滴的分離和聚集不停的交替。

        2 脫硫塔的設計理論原理

        脫硫塔的理論設計主要原理是雙膜原理,根據雙膜原理將噴淋塔的結構參數模擬出來,據此可推算出出該塔的高度直徑等重要數,理論上,脫硫塔的設計高度是由傳質單元高度及傳質單元數決定,而操作線和平衡線的相對位置受液氣比影響。脫硫塔本體的外形尺寸主要由塔體的、反應液的體積、吸收及除霧區的高度。其尺寸的大小由進氣量、煙氣的流速、液氣比、噴淋層數等來確定[3]。

        2.1 操作線和液氣比

        目前噴淋塔絕大部分為氣液逆流的操作,塔內煙氣向上進行流動,吸收液滴向下滴落,充分增加氣液接觸面積,這里我們設在液相中的摩爾分數x,在氣相中的摩爾分數y,那么可以得到:

        (1-1)

        (1-2)

        根據物料衡算原理我們可以得到操作線方程:

        (1-3)

        吸收劑流量, 載氣流量,

        2.2 吸收區高度

        一般來說,煙氣總量一定,隨工作負荷變化而小范圍波動,但影響不大,而在一定脫硫效率的要求下,脫硫塔高度一定,當煙氣量增大時,我們只需將脫硫塔直徑增大,那么吸收區的理論計算公式為:

        (2-1)

        (2-2)

        (2-3)

        (2-4)

        其中: H0— 傳質單元高度,m

        表示傳質單元數,數值為煙氣進出口濃度差與平均推動力的比值,作為一個衡量煙氣中吸收難易程度的度量,完成既定吸收量的塔高隨該值變大而變大,影響吸收區理論設計高度的因素主要有: 煙速、液氣比、吸收液值等內在參數,除此之外,還包括吸收塔的塔徑,結構等外在參數。

        2.3 填料塔直徑計算

        填料塔的直徑DT計算主要是根據煙氣的總流量Q和煙氣流速μ,公式如下:

        其中: 直徑,m Q— 煙氣流量, μ-煙氣流速,

        2.4 填料層壓力降的計算

        ,與填料的尺寸、堆放、類別方式有關,且隨兩相的流速而變化。可用最為簡單實用的公式來計算:

        式中:

        2.5 填料層高度計算及塔高的確定

        :

        令(氣相傳質單元高度),(氣相傳質單元數)

        ,:

        ;;。

        煙氣流速我們一般用泛點氣速法、氣相動能因子法或氣相負荷因子法等確定,這里我們選用泛點關聯式計算:

        ——空塔液泛氣流速度,m/s g——重力加速度,kg/m3

        ρc——氣相密度, ρL——液相密度,kg/m3

        μL——液相粘度, qmL——液體質量流量

        qm,G——氣體質量流量

        漿液面高度a

        漿液池容積V1

        VN ——標準煙氣濕態體積,Nm3/h ——液氣比 t1——漿液循環停留時間

        3 總結

        填料塔中的填料增加了煙氣與漿液接觸的時間,增加了氣液的接觸面積,但由于填料的存在,結垢嚴重,且清理起來也較困難,運行和維護比較麻煩。鼓泡塔氣液接觸時是將氣相高度分散到液相中,氣液傳質較充分,傳質的效率高,但煙氣阻力大,其內部結構較復雜,容易結構堵塞。液柱塔的脫硫反應區域內,液柱向上噴射同時發散低落,吸收劑液滴之間不斷碰撞,又會產生新的表面,又由于液柱是根據氣流是在脫硫反應塔內的流場分布的[4],從而氣流能夠最充分地和吸收劑液滴發生反應,又由于噴淋塔和液柱塔是空塔,阻力小,不易結垢。



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