湿法脱硫工艺脱硫塔设计及研究

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[摘 要]本文主要对湿法脱硫工艺脱硫塔类型、原理及优缺点进行简单的描述，对脱硫塔的设计计算提供了一些参考，方便设计脱硫塔的最优方案。

[关键词]湿法脱硫，脱硫塔种类，脱硫塔设计

中图分类号：X773 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）17-0058-02

0 前言

随着我国经济的高速发展，使我们对能源的需求越来越多，伴随能源的加速利用其中煤炭的利用最为广泛[1]，煤炭的大量直接燃烧造成的污染物排放急剧增加，以煤为主的能源造成排放严重，给环境带来了严重污染，实施减排技术并进行排放总量排放是我国持续发展的迫切要求。

1 湿法脱硫工艺脱硫塔类型

1.1 喷淋塔

原理：脱硫塔吸收液在喷淋塔内经喷嘴雾化，液体与烟气充分接触吸收并除去其中的；脱硫效率可达到95%以上，该塔的有点有结构先对简单，操作难度小，压损小，系统阻力小，脱硫过程中除尘降本一并操作。缺点是气液很难充分接触，混合不均匀，喷嘴易结垢堵塞等。

1.2 填料塔

原理：吸收液在填料塔内沿着填料表面向下流动形成液膜，与烟气接触后吸收并去除其中的脱硫效率达到95%以上，其结构相对复杂，对填料的选择可以多样化，耐腐蚀，耐高温，耐持久性，操作弹性大，系统稳定可靠。缺点是易形成液泛，自控水平较低，填料检修麻烦，系统阻力大，长时间运转后，效率较低，较难清洗。

1.3 鼓泡塔

原理：吸收浆液在塔底以液层形式存在，通过鼓泡反应器将烟气鼓入，形成泡状，气液接触后吸收并去除其中的SO2，其脱硫效率高达95%以上，其优点为成本低，耐腐蚀，较其他形式脱硫塔，吸收容量大，气液接触时间长，运行稳定可靠。缺点是空塔气速低，只适用于中小量烟气，塔底液较多时，压损大，系统阻力较大，耗能增加。

1.4 板式塔

原理：脱硫浆液逐板往下，烟气逐板往上，逐流接触后吸收并除去其中的SO2。脱硫效率高达95%以上，结构简单，成本低，空塔气速高，处理气量大，脱硫过程中除尘降温一并操作，维护保养方便。缺点是制造工艺要求高，安装严谨，操作弹性小，容易发生偏流侧流，效率降低。

1.5 液柱塔

液柱塔作为一种新兴的脱硫塔型，其特点为气液接触比较充分，脱硫的效率较高，烟气进入塔后在上升过程中穿过吸收液区域，其反应区域是含有脱硫剂的循环吸收液在塔的中部向上喷射，通过逆流与烟气顺流的液柱相接触，然后在顶部分离，最后形成自上而下与烟气逆流的液滴，液柱塔中的液滴的平均直径要比喷淋塔中的大，而且，在整个气液流场中，液滴的分离和聚集不停的交替。

2 脱硫塔的设计理论原理

脱硫塔的理论设计主要原理是双膜原理，根据双膜原理将喷淋塔的结构参数模拟出来，据此可推算出出该塔的高度直径等重要数，理论上，脱硫塔的设计高度是由传质单元高度及传质单元数决定，而操作线和平衡线的相对位置受液气比影响。脱硫塔本体的外形尺寸主要由塔体的、反应液的体积、吸收及除雾区的高度。其尺寸的大小由进气量、烟气的流速、液气比、喷淋层数等来确定[3]。

2.1 操作线和液气比

目前喷淋塔绝大部分为气液逆流的操作，塔内烟气向上进行流动，吸收液滴向下滴落，充分增加气液接触面积，这里我们设在液相中的摩尔分数x，在气相中的摩尔分数y，那么可以得到：

（1-1）

（1-2）

根据物料衡算原理我们可以得到操作线方程：

（1-3）

吸收剂流量， 载气流量，

2.2 吸收区高度

一般来说，烟气总量一定，随工作负荷变化而小范围波动，但影响不大，而在一定脱硫效率的要求下，脱硫塔高度一定，当烟气量增大时，我们只需将脱硫塔直径增大，那么吸收区的理论计算公式为：

（2-1）

（2-2）

（2-3）

（2-4）

其中： H0― 传质单元高度，m

表示传质单元数，数值为烟气进出口浓度差与平均推动力的比值，作为一个衡量烟气中吸收难易程度的度量，完成既定吸收量的塔高随该值变大而变大，影响吸收区理论设计高度的因素主要有： 烟速、液气比、吸收液值等内在参数，除此之外，还包括吸收塔的塔径，结构等外在参数。

2.3 填料塔直径计算

填料塔的直径DT计算主要是根据烟气的总流量Q和烟气流速μ，公式如下：

其中： 直径，m Q― 烟气流量， μ-烟气流速，

2.4 填料层压力降的计算

，与填料的尺寸、堆放、类别方式有关，且随两相的流速而变化。可用最为简单实用的公式来计算：

式中：

2.5 填料层高度计算及塔高的确定

：

令（气相传质单元高度），（气相传质单元数）

，：

；；。

烟气流速我们一般用泛点气速法、气相动能因子法或气相负荷因子法等确定，这里我们选用泛点关联式计算：

――空塔液泛气流速度，m/s g――重力加速度，kg/m3

ρc――气相密度， ρL――液相密度，kg/m3

μL――液相粘度， qmL――液体质量流量

qm，G――气体质量流量

浆液面高度a

浆液池容积V1

VN ――标准烟气湿态体积，Nm3/h ――液气比 t1――浆液循环停留时间

3 总结

填料塔中的填料增加了烟气与浆液接触的时间，增加了气液的接触面积，但由于填料的存在，结垢严重，且清理起来也较困难，运行和维护比较麻烦。鼓泡塔气液接触时是将气相高度分散到液相中，气液传质较充分，传质的效率高，但烟气阻力大，其内部结构较复杂，容易结构堵塞。液柱塔的脱硫反应区域内，液柱向上喷射同时发散低落，吸收剂液滴之间不断碰撞，又会产生新的表面，又由于液柱是根据气流是在脱硫反应塔内的流场分布的[4]，从而气流能够最充分地和吸收剂液滴发生反应，又由于喷淋塔和液柱塔是空塔，阻力小，不易结垢。

参考文献

[1] 陈鹏 董文渊 王逸之.《浅谈平衡能源开发与生态环境保护》[N]. 2008年海峡两岸生态经济理论与实践研讨会暨生态经济昆明高层论坛 云南省生态经济学会，2008-09-19.

[2] 韩香玉.《石灰石/石灰-石膏湿法脱硫塔的设计研究》[M].北京：华北电力大学，2006.

[3] 徐华春.《660 MW机组脱硫吸收塔设计》[J].发电设备，2010年3期：219-223.

[4] 郑昌萍.《湿法脱硫中四种常见脱硫塔的综合评价》[J].中国科技纵横，2011年17期：232-232.

作者简介：

马丁（1993-09-20）、汉、男、河南开封、船舶与海洋工程、在读硕士研究生一年级、船舶防污染。