烟气脱硫喷淋塔的容积负荷与本体设计

烟气脱硫喷淋塔的容积负荷与本体设计 The volume absorbing load and design of a spray scrubber for wet FGD 李荫堂 ,王 双 ,刘艳华 (西安交通大学 环境 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 系 ,陕西 　西安 　710044) 摘要 :提出了以喷淋塔的容积负荷 ———平均容积吸收率为控制指标的本体设计路线。在目前已有的设计、运行经 验基础上 ,根据烟气的 SO2 进口浓度、 要求 对教师党员的评价套管和固井爆破片与爆破装置仓库管理基本要求三甲医院都需要复审吗 的吸收效率等来确定喷淋塔容积。讨论了容积吸收率不同角度的定义 , 给出了采用容积吸收率进行喷淋塔本体设计的步骤。 关键词 :湿法烟气脱硫 ;吸收塔 ;喷淋塔 ;容积吸收率 Abstract :In the paper , the volume2absorbing load is used as a control parameter for the design of a spray scrubber of wet FGD. According to the design and operation experiences , the volume of a spray scrubber can be decided by SO2 concentration at the entrance and the needed absorbing efficiency when the volume absorbing load is cho sen in a rec2 ommended range . The deferent definitions of the volume2absorbing load are given , and the design step s of a spray scrubber body are described. Key words :wet FGD ; spray scrubber ;the volume2absorbing load 中图分类号 :X701. 3 　　　　　文献标识码 :B 　　　　　文章编号 :1009 - 4032(2004) 04 - 0017 - 02 　　随着湿式烟气脱硫吸收塔的运行经验积累 ,近 年来国内外的发展趋势表明 ,喷淋塔逐渐成为主导 塔型。本文以喷淋塔为讨论对象 ,但设计方法和结 论对其他型式的吸收塔也适用。 由于吸收塔内气液流动传质、化学反应的复杂 性 ,实际的工程设计主要靠经验。然而 ,为了使设计 精确、完善 ,对于流动、传质理论的深入研究是不可 或缺的。 目前国内的大中型烟气脱硫系统大多是从国外 引进的 ,有关吸收塔的设计制造尚在消化吸收、开发 探索阶段。不少文章介绍了采用喷淋塔的烟气脱硫 系统的调试和运行 ,但报道喷淋塔本体设计、研究的 文章不多。王祖培〔1〕对喷淋塔及其系统设计的主要 方面进行了讨论 ;郭毅等〔2〕对喷淋塔本体设计中主 要参数的理论和经验性设计进行了分析。 本文提出用喷淋塔的容积负荷 ———平均容积吸 收率作为设计本体尺寸的控制指标 ,在确定喷淋塔 的本体容积时 ,以容积吸收率为依据。文中阐述了 不同角度的容积吸收率的定义、物理意义以及设计 中的应用 ,给出了设计步骤。 1 　喷淋塔的容积负荷 　　含有 SO2 的烟气通过吸收塔 ,塔内喷淋浆液将 烟气中的 SO2 浓度降低到符合排放标准的程度。将 此过程中塔内总的 SO2 吸收量平均计算到吸收区高 度内的塔内容积中 ,即为吸收塔的容积负荷 ———平 均容积吸收率 ,以ζ表示。 ζ可以从两个角度给出定义 : (1) 喷淋塔内总的 SO2 吸收量除以吸收区容 积〔3〕,得单位时间单位体积内的 SO2 吸收质量 : ζ = QV = K0 Cη h (1) 式中 C 为标准状态下进口烟气 SO2 质量浓度 ,kg/ m 3 ;η为按要求给定的 SO2 吸收效率 , % ; h 为吸收 区高度 ,m ;由于一般喷淋塔的操作温度、烟气流速 变化不大 , K0 基本上为常数 ,其值取决于烟气流速 u (m/ s)和操作温度 t ( ℃) ; K0 = 3 600 u ×273/ (273 + t) 。 (2)由传质方程可得喷淋塔内单位截面积上吸 收的 SO2 总量〔4〕: G( y1 - y2) = Kya ·h ·Δym (2) 式中 G 为载气流量 ,因 SO2 浓度很低 ,可近似看作 是烟气流量 ,kmol/ (m2·s) ; y1、y2 分别为塔进、出口 处烟气中 SO2 的摩尔分数 (标准状态下的体积分 数) ; Kya 为单位体积内 SO2 以气相摩尔差为推动力 的总传质系数 ,kmol/ (m3·s) , a 为单位体积内的有 效传质面积 ,m2/ m3 ; Δym 为平均推动力 ,即塔底推 动力Δy1 = y1 - y1 3 与塔顶推动力Δy2 = y2 - y2 3 71 2004 年 12 月 　　　　　　　　　　　电 　力 　环 　境 　保 　护 　　　　　　　　　　　第 20 卷 　第 4 期 的对数平均值〔4〕, y 3 为 SO2 在气膜侧的平衡浓度。 由此 ,定义容积吸收率为 : ζ = G( y1 - y2) / h (3) 　　即吸收塔单位横截面积上的总吸收量除以吸收 区高度 ,所表示的是单位时间体积内的污染气体平 均吸收量。 吸收效率η = 1 - y2/ y1 ,即 y1η = y1 - y2 ,按 排放标准 ,烟气中 SO2 质量浓度应低于 1 200 mg/ m3 (标态) ,即体积分数为 0. 042 % ,这就要求 : y1η ≥ y1 - 0. 042 % (4) 式中 y1 以体积分数表示。 又 ,由 G与流速之关系 : G ×22. 4 ×273 + t273 = u 　　将式 (3) ζ的单位以 kg/ (m2·h)表示 ,可写作 ζ = 3 600 × 6422. 4 · 273 273 + t uy1η/ h (5) 　　比如 ,取操作温度为 50 ℃,流速为 3 m/ s ,且 y1 以体积分数表示 ,则 ζ = 0. 0261 ( y1 - 0. 042 %) / h (6) 　　如果以 mg/ m3 为单位 ,则式 (6)变为 ζ = 0. 009 13 ( y1 - 1 200) / h (7) 　　这表明 ,在排放标准给定的情况下 ,吸收任务取 决于烟气进口 SO2 浓度 ;若吸收任务给定 ,则容积吸 收率与吸收区高度呈反向变化。取定ζ值 ,即可确 定吸收区高度 h 。 2 　喷淋塔本体设计步骤 　　本文提出的喷淋塔本体尺寸的设计步骤是 :在 计算出运行工况下实际的烟气流量 ,选定塔内烟气 流速 ,并据此确定了塔内径或塔内横截面积之后 ,根 据吸收任务 G( y1 - y2) ,以及操作温度 t 等 ,选定容 积吸收率ζ ,据以确定吸收区高度 h 。以往的设计 是在塔内横截面积确定之后 ,根据烟气流速、塔内停 留时间来确定高度的〔5〕。例如 ,塔内流速为 3 m/ s , 气液反应时间为 2～5 s ,则 h = 6～15 m。这样的设 计很粗糙 ,取 t = 2 s 或 4 s ,高度会相差 1 倍。 2. 1 　计算运行工况下的烟气流量 根据锅炉排放的烟气 ,计算运行工况下的塔内 烟气体积流量 ,此时需要考虑以下几种引起烟气体 积流量变化的情况 :塔内操作温度低于进口烟气温 度 ,烟气容积减小 ;浆液蒸发水分 ,以及塔下部送入 空气中的剩余氮气使得烟气体积流量增大。 2. 1. 1 　吸收塔进口烟气量 根据燃用煤种、过量空气系数 ,以及湿空气携带 水分 ,可算出喷淋塔进口烟气量。这部分计算可由 锅炉的热力计算结果给出。 例如 ,某种无烟煤 ,低位发热量为 24. 28 MJ/ kg , 设过量空气系数为 1. 5 ,空气含水 0. 008 kg/ kg ,则产 生烟气 10. 2 m3/ kg(烟气量均指标准状态值) 。若耗 煤量为 123 t/ h ,锅炉排出的烟气量为 1 254. 6 ×103 m 3/ h ;若到达喷淋塔进口处烟温为 150 ℃,则实际进 口烟气体积流量为 1 944 ×103 m3/ h。 设塔内操作温度为 50 ℃,则这部分烟气体积流 量为 1 484 ×103 m3/ h。 2. 1. 2 　浆液蒸发水分 烟气在喷淋塔内被浆液淋洗 ,温度降低 ,吸收液 蒸发 ,烟气迅速达到水分饱和状态。设烟气水分由 6 %增至 12 % ,则增加水分体积为 89 ×103 m3/ h。即 蒸发水量为 53. 2 t/ h。 2. 1. 3 　氧化空气剩余氮气量 在塔下部浆池中鼓入空气 ,使 CaSO3 尽可能完 全氧化成 CaSO4 ;若不考虑烟气中过量空气剩余的 氧量以及自然氧化因素 ,鼓入的空气量只考虑单位 时间内全部脱除 SO2 ,设完全氧化 ,则 1 kg SO2 需 0. 5 kg 的氧气。 例如 ,煤的硫分为 2. 5 % ,脱硫效率 95 % ,则脱 除 SO2 5 842. 5 kg/ h 需鼓入氧化空气质量流量 (1 kg 空气含 0. 23 kg O2) 为 :12 701 kg/ h ;氧化之后所剩氮 气加入烟气 ,并因湿饱和而有水蒸发 ,则 50 ℃时的 湿氮气流量为 11. 27 ×103 m3/ h。 这样 ,塔内总的湿烟气体积流量为 V g = 1 584 × 103 m3/ h。 2. 2 　确定喷淋塔内径 设喷淋塔截面为圆形。按上述实际运行烟气体 积流量 V g 选取烟速 u ,则塔内径为 : D = 2 × V g3 600 uπ (8) 　　如上例 ,若取 u = 3 m/ s ,计算得 D = 13. 67 m ; 可取 D = 13. 5 m。 2. 3 　确定吸收区高度 在吸收任务 G( y1 - y2) 中 ,喷淋塔的横截面积 已定 , G由 V g 算出 ,再由 u 取代 ; 由排放标准给定 　 (下转第 56 页) 81 2004 年 12 月 　　　　　　　　　　　电 　力 　环 　境 　保 　护 　　　　　　　　　　　第 20 卷 　第 4 期 力求高效实用 ,解决催化反应技术中这两个关键问 题 ,具有重要的实用意义。 参考文献 : [1 ] Fujishima A , Honda K1 Electrochemical Photolysis of Water at a Semi2 conductor Electrode[J ]1 Nature , 1972 , 238 (5358) :37 - 381 [2 ] 贺飞 ,唐怀军 ,赵文宽 ,等 1 纳米 TiO2 催化剂负载技术研究 [J ]1 环境污染治理技术与设备 ,2001 ,4 (2) :47 - 581 [3 ] 孟耀斌 ,黄霞 ,史汉昌 ,等 14 - 氯苯甲酸纳的光催化氧化降解及 其影响因素〔J〕1 重庆环境科学 ,2001 ,23 (3) :33 - 371 [4 ] 邓南圣 ,吴峰 1 环境光化学 [M]1 北京 :化学工业出版社 ,2003 , 308 - 3091 [5 ] 唐玉朝 ,胡春 1TiO2 光催化反应机理及动力学研究进展[J ]1 化学 进展 ,2002 ,14 (3) :192 - 1931 [6 ] 吴越 1 催化化学[M]1 北京 :科学出版社 ,1995 ,776 - 7821 [7 ] Haarstric A , Kut O , Heinzle E. 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