常用几种脱硫塔分析Word文档下载推荐.docx

常用几种脱硫塔分析Word文档下载推荐.docx

《常用几种脱硫塔分析Word文档下载推荐.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《常用几种脱硫塔分析Word文档下载推荐.docx（11页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

由表2可以看到，每种脱硫工艺都根据自身流程的特点采用适用的脱硫反应塔（器）。

在湿法工艺中，采用的吸收塔主要考虑有利于传质而避免结垢堵塞。

对于不易结垢的钙法以外的几种工艺，所用的反应器大致相同。

湿式钙法的反应器，历来研发最多，因而反应器的类型也最多。

在众多的反应器中，早期填充塔不少，但喷淋塔占据绝对优势，是脱硫工艺的主流反应器。

2.脱硫反应塔（器）的选型

在选用吸收装置时需要考虑很多因素：

处理能力要大、压力损失要小、构造力求简单、吸收效率高、操作弹性大、运行可靠、维修方便等。

此外，尚须考虑吸收系统的各种特点。

对气膜控制的吸收过程，一般应采用填料塔之类的液相分散型装置，使液相分散，气相湍动，有利于传质。

对液膜控制的吸收过程，则宜采用各类板式塔，使液相湍动，气相分散，有利于传质。

在必需的液气比下，气膜控制时，应选择气相传质系数大的装置；

液膜控制时，则应选择液相传质系数大的装置。

对于一般的化学吸收过程，可以按气膜控制来考虑。

烟气脱硫，湿式钠法和氨法过程属于气膜控制，而且介质的腐蚀性较强，宜采用填料塔或板式塔；

湿式钙法和镁法则应考虑以气膜为主的双膜控制，且因可能发生结垢堵塞，宜采用喷淋塔和液柱塔，也可以采用鼓泡塔和筛板塔。

处理气量较小时，可采用旋流板塔和文丘里洗涤器等。

脱硫吸收塔（器），根据其结构特点可以分为喷雾型洗涤塔、填料塔、板式塔、流化床和文丘里洗涤器、自激式和机械力洗涤器、离心水膜洗涤器等。

其中喷雾型洗涤塔，或称喷淋塔是应用最广泛的塔型，填料塔和板式塔是它的合理改进型。

流化床洗涤器，或称湍球塔是由填料塔发展而来。

自激式洗涤器（如喷射鼓泡塔）和机械力洗涤器（如旋流板塔）分别在流体和械力作用下产生紊流区，强化气液接触。

离心水膜洗涤器则是在洗涤器上部设有进水环形管，可使溢水槽水分布均匀，于洗涤器内壁形成3~5mm厚的水膜，烟气进入洗涤器，在离心力作用下，与水膜接触。

上述洗涤器除了文丘里洗涤器所需压力降较高之外，均为中、低压，在193~430Pa范围内。

文丘里洗涤器结构简单，维护成本较低。

但是，高效率需要高压力降，一般为2450~10000Pa以上，故又称“高能耗洗涤器”，文丘里洗涤器除了普通型式以外，还有射流文丘里、可变喉管文丘里和紧凑型文丘里等。

字串6

湿式洗涤器的优点之一是使用单个设备就可以对烟气同时进行除尘脱硫。

但是，为了提高效率，往往将几个设备联用，例如湿式电滤器，将静电除尘和湿式洗涤的优点集于一体，可以达到低能耗、高效率地除去小至0.05μm微粒。

常见的几种洗涤塔器如图所示。

2.1喷淋吸收塔

喷淋塔是湿法工艺的主流塔型，在全世界湿法FGD系统中占有突出的地位，主要是针对解决内部构件的结垢问题而设计的。

喷淋塔多采用逆流方式布置，烟气从喷淋区下部进入吸收塔，烟气流速为3m/s左右，液气比L/G与煤含硫量和脱硫率关系较大，一般在8~25L/m3之间。

喷淋塔优点是塔内构件少，故结垢可能性小，压力损失也小。

逆流运行有利于烟气与吸收液充分接触，但阻力损失比顺流大。

吸收区高度为5~15m，如按塔内流速3m/s计算，接触反应时间约2~5m。

区内设3~4个喷淋层，每个喷淋层都装有多个雾化喷嘴，交叉布置，覆盖率达200%~300%。

喷嘴入口压力不能太高，在50~200kPa之间。

喷嘴出口流速约10m/s。

雾滴直径在1.3~3.0mm之间，液滴在塔内的滞留时间1~10s，雾粒在一定条件下呈悬浮状态。

吸收塔底部是氧化槽，氧化槽的功能是接受和储存吸收浆液，溶解石灰石，鼓风氧化CaSO3，结晶生成石膏。

早期的湿式石灰-石灰石法几乎都是在脱硫塔外另设氧化塔，这种工艺易发生结垢和堵塞问题。

现在都采用就地强制氧化，循环吸收液在氧化槽内的设计停留时间一般为4~8min，与石灰石反应性能有关。

石灰石反应性能差，为使之完全溶解，要求它在池内滞留时间长。

氧化空气采用罗茨风机或离心风机鼓入，压力约5~86kPa，理论上氧化1molSO2，需要1molO2。

由于石灰石的溶解度低，要求底槽的容积很大。

为了防止固体沉降，保证浆液更好地混合，需设置一些搅拌器不停地搅动。

在吸收塔不同的高度上对吸收浆液的pH值连续测量，用来校正和保持吸收塔底槽中灰浆的pH值为常数。

为了对烟气所夹带的液滴进行分离，设置两级除雾器在洗涤塔的上部，通过这一装置，可达直径大于17μm的液滴分离率为99.9%。

2.2填料塔

填料塔也是一种应用广泛的气液传质设备。

与板式塔相比，填料塔的基本特点是结构简单、压降低、填料可用耐腐蚀材料制造。

早期，填料塔主要应用于实验室和小型工厂，直径多在0.5米以下。

但近些年来，关于填料塔的研究及其应用取得了巨大的进展，直径数米乃至十几米的填料塔已不足为奇。

按照填料的结构有格栅式和由其他填料组成的填料塔。

塔体为一圆形筒体，筒内分层安放一定高度的填料层。

早期使用的填料是碎石、焦炭等天然块状物。

后来广泛使用瓷环（如拉西环）和木格栅等人造填料。

这些填料在塔内的堆放方式可分乱堆填料和整砌填料。

填料塔操作时，液体自塔上部进入，通过液体分布器均匀喷洒于塔截面上。

在填料层内，液体沿填料表面自动分散呈膜状流下。

各层填料之间设有液体再分布器，将液体重新均布于塔截面上，进入下层填料。

气体自塔下部进入，通过填料缝隙自由空间，从塔上部排出。

离开填料层的气体可能挟带少量雾滴，因此，需要在塔顶安装除沫器。

气液两相在填料塔内进行接触，填料上的液膜表面即为气液两相的主要传质表面。

在气液两相逆流流动的填料塔内，正常操作时气相是连续相，液相是分散相。

气体通过每米填料的压力降△p/Z（Z为填料层高度）与填料的尺寸、类别、堆放方式有关，且随两相的流速而变化。

干填料层的压力损失约与气速的1.8~2.0次方成比例，表明气流在实际操作中是湍流。

当气速固定，液体喷淋密度增大时，气流的压力降增加。

如液流量（或喷淋密度）固定，增大气速到开始拦液（这一点称为载点），其相应的气速称为载点气速。

当气速继续增大，填料层中的持液量愈积愈多，充满了整个空隙，气体压力降几乎是垂直上升。

同时在填料层顶部开始出现鼓泡液层，进而充满全塔，这时塔内气、液两相间发生了由原来气相连续、液相分散变为液相连续、气相分散，产生气体以泡状通过液体的液泛现象。

开始出现此现象的点称为泛点，相应的气速称为液泛速度。

泛点为普通填料塔的操作极限。

要使操作平稳，压力降不致于过大，气流速度必须低于液泛速度；

如考虑到操作中波动较大，或要求压力降平稳，则气流速度还应低于载点速度。

填料是影响填料塔经济性的最重要因素。

填料塔的传质效率很大程度上取决于液体喷淋是否均匀和填料是否全部被湿润。

因此，计算得到的塔径DT值还应以喷淋密度来校核，保证喷淋密度U>

5m3/（m2·

h）。

填料塔的总高度包括填料层、填料段间空隙以及塔顶、塔底各部分的高度。

一般大中型填料塔段间空隙可取800mm左右，塔顶空间高度取1000mm，塔底空间高度取1500mm。

为使气体沿塔截面均匀分布，填料层高度Z与塔径DT之比不宜过小，以Z/DT=1.5~2.0为其下限；

过大则会使压力降急剧增加，宜以10为其上限。

填料塔的液泛速度、塔径、塔高、填料层高和压力降等均可通过计算确定。

在设计空塔气速时，通常均先计算液泛速度，然后再乘以安全系数作为实际操作气速。

2.3板式塔

板式塔是一种应用广泛的气液传质设备，它由一个通常呈圆柱形的壳体及其中按一定间距水平设置的若干块塔板所组成。

板式塔正常工作时，液体在重力作用下自上而下横向通过各层塔板后由塔底排出；

气体在压差推动下，经均布在塔板上的开孔由下而上穿过各层塔板后由塔顶排出。

在每块塔板上皆贮有一定的液体，气体穿过板上液层时，两相进行接触传质。

在板式塔内形成气液界面所需的能量是由气体提供的。

板式塔具有以下两方面的功能：

（1）在每块塔板上气液两相必须保持密切而充分的接触，为传质过程提供足够大且不断更新的相际接触表面，减小传质阻力；

（2）在塔内应尽量使气液两相呈逆流流动，以提供最大的传质动力。

当气液两相进、出塔的浓度一定时，两相逆流接触时的平均传质推动力最大。

在板式塔内，各块塔板正是按两相逆流的原则组合起来的。

除保证气液两相在塔板上有充分的接触之外，板式塔的设计意图是力图在塔内造成一个对传质过程最有利的理想流动条件，即在总体上使两相呈逆流流动，而在每一块塔板上两相呈均匀的错流接触。

板式塔的主要构件是塔板。

各种塔板的桔构大同小异，主要构造包括：

（1）塔板上的气体通道——筛孔

（2）溢流堰

（3）降液管

通常一块塔板只有一个降液管，称为单流型塔板。

当塔径或流体流量很大时，降液管的数目将是多个。

气体通道的形式很多，对塔板性能的影响极大，各种塔板的主要区别就在于气体通道的形式不同。

筛孔板的气体通道最为简单，它是在塔板上均匀地开出许多圆形小孔，称为筛孔。

筛孔的直径通常是3~8mm，直径为12~25mm的大孔径筛板也应用得相当普遍。

这种大孔径筛板塔又叫做穿流板塔。

筛板塔是板式塔的一种。

工业上常用筛孔直径为3~8mm，推荐采用4~5mm。

对于碳钢及铜合金塔板孔径d0一般应不宜小于板厚δ，对于不锈钢塔板d0应不小于（1.5~2.0）δ。

孔中心距一般取（2.5~5）d0，/d0宜在3~4范围内按所需的开孔面积A0来考虑。

开孔一般均按正三角形排列。

此时，开孔面积A0与开孔区面积A之比可按下式求得：

溢流堰高度在50~100mm之间。

弓形堰长取塔径的0.6~0.8倍。

气体通过筛板的压力降由干板压力降、板上液层压力降及表面张力压头所组成，而后两项又可合并考虑，作为液层的有效阻力。

筛板塔的操作有一个下限气速，当气速低于此值时，液体自筛孔漏泄，是所谓漏液点。

实际气速与此值之比，就称为稳定系数。

实际操作时，稳定系数一般可取1.5~2.0。

旋流板塔是一种喷射型的板式塔，其特点是塔板由3~6板片组成，当液体进入塔板区，则沿一定的角度斜向穿过板片间的缝隙，呈旋流状态，将板片上的液体旋向塔壁，进入板片区。

气体沿一定的角度斜穿板片间的缝隙，形成旋流状态，将板片上的液体旋向塔壁，从而进行气液间的传质。

烟气切线进入塔底，向上螺旋运动，因塔板的导向作用而加强旋转。

烟气在塔板上将逐板流下的液体分散成雾状，气液间的接触面积大，烟气中SO2被碱性液体充分吸收，同时烟气中的尘粒被水雾粘附，受离心力作用甩到塔壁随液体排出。

在塔顶内壁加2~4条由Φ6mm圆钢材弯成的螺旋线，以挡住液体的二次夹带。

在塔底进气管应以切线方向设置，可使气流均匀分布。

气流旋向应与塔板旋向相同，以降低压力降。

最底下的一块板的溢流管宜采用液封结构，并在溢流管下装有喷洒板。

喷洒板的作用是使底段的气液接触良好，起传质作用。

旋流板塔用于气、液接触传热，全塔效率可取50%；

用于化学吸收，吸收效率可达40~60%或更高；

用于除雾、除尘，单板效率在90%以上。

板片是通过在整板上开片组成，板片外端与水平成a夹角，并与罩筒固定，a称为仰角，仰角大，开片率大，则压力降小，旋转力也小。

仰角小则反之，一般仰角为20°

~30°

。

板片数随塔径增大而增加，当塔径大于1m，板片可取24片以上。

板间距可在300~500mm间选用。

穿过板片缝隙的气流方向趋近中心的称内向板。

反之，远离中心的称外向板。

内向板的气液接触时间长于外向板，适用于传热、传质（烟气脱硫）；

外向板液体旋向塔壁的行程短于内向板，适用于除雾、除尘。

位于板片外缘的环状体叫罩筒。

设置罩筒的主要目的是使塔壁和罩筒间形成一个环隙，作为集液槽，以便将液体通过降液管导入下层塔板。

同时，也有利于减少气流夹带雾沫。

罩筒高度对塔板操作有一定影响。

当罩筒过高时，旋转的液滴不能越过罩筒进入集液槽，将出现淹塔现象和造成板片间隙漏液。

若罩筒太低，集液槽内的液体会返漫板片区。

在允许压力降增高的情况下，轻微的返漫对板效率无甚影响，若大量返漫时，板压力降陡增，效率下降，在一般情况下，罩高可比板片稍高或和板片同高。

返漫现象可用增加降液的办法解决。

降液装置的弧形降液孔，下接漏斗状异形管。

降液面积根据降液量以流速0.3~0.4m/s计算。

适当加大降液面积对处理大液量有利。

2.4湍球塔

湍球塔的填料小球材质要求耐磨、耐腐蚀、耐湿、耐压，密度一般选用0.15~0.65t/m3，直径为15~40mm不等。

常用Φ30、Φ38mm两种。

通常塔径D与小球直径d之比宜取D/d>

10，否则易产生小球呈集团状上下移动，影响气、液的良好接触。

湍球塔径的计算按下式进行：

（m）

式中：

G—处理气量，m3/h

—空塔气速，m/s

湍球塔的空塔气速必须大于无喷淋时的临界气速k’（从静止转为运动的最低气速）。

塔高一般采用的静止堆放高度Z0与塔径D之比应满足0.5≤≤1。

当D很小时，>

1;

当D很大时，<

0.5。

通常Z0值在150-500mm之间。

湍

球塔压力降由支承板的平板压力降、球体湍动引起的压力降及床层持液量产生的压力降三部分所组成。

较同气速固定填料塔为小，通常在常压下每层压力降为400-1200Pa，整个塔包括除雾装置不超过6000Pa。

2.5文丘里洗涤器

文丘里洗涤器是一种高效湿式洗涤器，常用于高温烟气降温和除尘。

文丘里由收缩管、喉管和扩散管组成。

气体进入扩散管后，流速增大，气体的压力能转变为动能。

在喉管处气速达到最大，一般为50-180m/s。

洗涤液通过喉管的喷嘴进入，液滴被高速气流雾化和加速，在液滴加速过程中，由于液滴与粒子之间惯性碰撞，实现微细尘粒的捕集。

在扩散管中气体速度降低和压力回升，使尘粒凝聚，形成直径较大的含尘液滴而随水排出。

进气管直径D1由与之相关联的直径确定，管道中气流速度为16-22m/s，收缩管收缩角α1取23-25°

喉管直径DT按喉管气速uT确定，其截面积与进口管截面积之比为1：

4。

扩散管的扩散角α2取5-7°

，出口管的直径D2按与之相连的除雾器要求的气速确定。

收缩管和扩散管的长度L1及L2由下式决定：

喉管的长度一般取喉管直径的0.8-1.5倍，或取200-500mm。

文丘里洗涤器由于高速气流要加速和雾化液滴，因此压降较大，一般为3000~9000Pa，甚至更高。

3.湿式FGD装置采用的吸收塔器

3.1国外典型的几种脱硫反应塔器

3.1.1喷淋吸收塔

ABB和IHI等公司采用单回路，逆流喷淋塔结构，优化了喷嘴的类型、尺寸及联管布置、L/G和能耗，使整个系统达到很高的效率。

同时配用高效除雾器，可以垂直或水平布置在烟气流中。

这是一种典型的喷淋脱硫塔。

GEESI采用的逆流喷淋吸收塔，脱硫效率在90%~到99%之间，可靠性接近100%。

典型的喷淋塔，单机容量为645MW的工艺装置已安装在荷兰的Amer中央电站8号机组上，目前是欧洲最大的洗涤塔之一。

塔的直径为16.8m。

空塔结构，具有很高的烟气流量调节能力。

在日本应用的装置直径为18.9m的单塔，用于700MW机组。

按照GEESI工艺，从除尘器出来的烟气进入到吸收塔中，在塔里SO2被除去，石灰石的悬浮液从吸收塔底池中被抽出再循环。

喷嘴有3~7层，具体的层数要取决于要求的脱硫率和入口SO2浓度。

新鲜的石灰石浆液不断地送入到吸收塔底池中。

浆液的pH值维持在5.7到5.9之间。

反应产物抽出后进行脱水。

脱水机可以是皮带式或鼓式，脱水后的含固量约为80%，适宜于堆放处理。

也可采用离心脱水机，生产墙板石膏。

喷淋塔的形式也有多种，比较典型的还有川崎型，诺尔型和B&

W型以及SHU型，它们各有特点。

川崎型喷淋塔的主要特点是以吸收塔与出口管道合一的紧凑结构，其内部可分为喷雾区、液溜槽、出口管道三部分。

结果使液溜槽断面积扩大，降低了吸收塔的高度。

烟气经180°

大转弯排出。

除雾器设置在塔外排气管上，方便维修。

诺尔型双回路喷淋塔的特点是将塔分成冷却段和吸收段。

烟气切向进入冷却段被冷却并作为第一级脱硫。

在第一个回路中pH值控制在4~5左右，因此亚硫酸盐氧化为硫酸盐处于最佳状态，这样可以防止结垢。

大部分从吸收塔回路来的过剩的石灰石都能在冷却段得到利用。

为了确保亚硫酸盐充分氧化，压缩空气从冷却段的搅拌器下面引入，分布到浆液中。

吸收塔回路的设计使剩余的SO2在pH为6，且有大量过剩石灰石的最大脱除的条件下被除去。

在该吸收段设有二个连续运行的喷淋层。

由聚丙烯材料制成的“湿膜接触”除雾器，用来作为SO2去除的最后一级。

浆液向下流过一个漏斗，该漏斗分隔开两个回路，然后浆液进入到吸收塔的给料罐。

一部分吸收塔浆液通过溢流进入到冷却段，溢流量取决于除雾器的清洗水量。

Noell—KRC双回路塔，到1991年已有17台投运，总容量7.8Gw。

上世纪80年代在欧洲Neurath电厂建造4台双回路塔（其中一台备用），供2×

600MW机组使用。

燃用褐煤。

吸收塔直径19.8m，用石灰石作吸收剂，脱硫产物为石膏。

脱硫效率95%。

系统可靠性为99.8%。

B&

W的FGD吸收装置采用托盘式结构。

在该吸收塔中，烟气上升后通过一个B&

W的专利筛或多孔板，与浆液的泡沫接触。

由于在整个塔的截面上烟气分布很均匀，使得通过喷淋区时烟气和吸收剂能有效接触。

用机械的方法促使烟气均匀分布在大直径的吸收塔中，成为设计的关键。

托盘非常坚固，而且是挠性的，材料为合金钢，在设计上保证托盘能自清洗。

在托盘上强烈起泡，产生第二级微粒去除功能。

设计保证基本无结垢运行。

托盘两侧的压力降约为200~700Pa。

SHU采用顺逆流复合吸收塔，同时添加甲酸使之达到最大脱硫能力，并且还可以优化停留时间和L/G比。

烟气进入到吸收塔的顶部，然后顺流向下与洗涤液接触，洗涤液由喷嘴喷入，吸收SO2后被集纳在吸收塔的底池中。

然后烟气进入塔的第二个逆流区，在这里剩余的SO2被吸收。

由于使用了二级多层喷淋系统，可以使二个区域都有对亚硫酸氢盐生成的最理想pH值条件。

生成的亚硫酸氢根，pH值在4.2~5.2之间。

在顺流区的喷淋带上部pH值约为5.2，然后顺次降低，到喷淋带底部时，pH值约为4.4。

在这样的pH值时，亚硫酸根离子是不会形成的。

因而不会有亚硫酸盐结垢的的问题。

洗涤液中加入的甲酸缓冲剂增强了脱除SO2的能力，改善了对SO2浓度的响应速度和操作负荷的变化，同时还在给定的SO2脱除率的条件下可降低L/G比约15%。

3.1.2格栅填料吸收塔

日本三菱重工的格栅塔至1990年为止已在全球销售了87台，总容量超过240GW。

在美国的Baily电厂，528MW的脱硫系统于1992年投运。

燃煤含硫2%~4.5%，脱硫效率达95%，运行费用显著低于同类装置，占地面积也较少。

脱硫反应塔见图。

图8所示的单一顺流塔允许有很高的表面速度，约为逆流塔的2~3倍。

由于采用高效的开式格栅填料使塔的高度得以降低。

干的石灰石粉直接喷入吸收塔反应槽中，取消了现场的湿磨系统，减少了占地面积。

在该工程中石灰石粉是在装置附近研磨的，通过气力输送到现场。

强制氧化和搅拌是用一个耐腐蚀的空气旋转喷射器（ARS）完成的。

ARS与固定式的喷射器设计相比可节约空气和电力。

3.1.3喷射鼓泡吸收塔

千代田CT121系统1992年已在全球范围内销售19套以上，容量超过5.1GW。

该工艺的特点是使用了喷射鼓泡反应器（JBR）。

在JBR中，烟气通过喷射器直接喷散到洗涤液中，经处理后的烟气经过升气管进入上层的混气室，然后经除雾器后由烟囱排出。

该工艺取消了复杂的浆液再循环系统，简化了工艺过程，也降低了能耗，因而使基建投资和运行费用都有所减少。

该工艺另一个重要特点是低pH值运行（3.5~4.5），而一般的FGD工艺pH值为5~7。

低pH值运行的优点是：

（1）通常易发生的结垢和堵塞问题没有了；

（2）亚硫酸钙的氧化过程得到了加强；

（3）石灰石的溶解度和利用率得到了改善。

pH值降低2，相应的氢离子浓度增100倍，因此石灰石的溶解度也增加了。

低pH值运行是由于该工艺中的反应与其他FGD工艺不同所致。

该工艺的化学特点是H2SO3在被石灰石中和之前就急剧地被氧化为H2SO4。

因此，在JBR中的SO2吸收基本上与溶解在碱性物质无关。

脱硫率可因增加JBR的压降或系统的pH值得以提高。

增加喷射管的浸入深度可以提高脱硫效率，但同时增大了压降，而pH值则可以通过石灰石的投入量加以控制。

由于改善了烟气中微粒与液体的接触条件，JBR可以达到很高的亚微米范围的除尘效率，这可以补偿ESP的不足。

此外，CT—121工艺生产的石膏晶粒大（80—90μm），容易进行脱水。

3.1.4液柱吸收塔

液柱塔在以往的的喷管基础上加以改良并将其位置移至吸收塔下部，浆液向上喷，状如喷泉。

空塔无填料，结构简单，可以提高喷液的高度。

实践表明能达到与格栅塔具同等的脱硫率和除尘率。

烟气由塔的下部被导入后，通过布置在靠近入口上部的单层喷管群向上喷液形成的液柱，烟气通过与上升液和下降液的接触达到脱硫净化。

然后再经配置在塔上部的除雾器排出塔外。

喷嘴向上高速喷出的吸收液，先在液柱顶部分散形成细小的液滴，然后下落并将烟气中的SO2吸收。

由于下落液滴与向上喷出液体发生剧烈碰撞生成更加微小的液滴，使吸收液表面得到更新和增大，从而加强高效吸收。

此外到达喷嘴处的烟气由于被向上喷出