關(guān)于幾種常用脫硫反應(yīng)塔的評(píng)析

1、關(guān)于幾種常用脫硫反應(yīng)塔的評(píng)析摘要：脫硫反應(yīng)塔（器）是FGD系統(tǒng)的主體和核心設(shè)備，它的型式、大小和結(jié)構(gòu)決定于脫硫工藝、機(jī)組容量和操作過程的條件。在常用的幾種脫硫工藝中，濕式石灰石法占80%以上，是FGD的主流工藝，它的吸收塔是最主要的脫硫反應(yīng)設(shè)備。吸收塔的性能與價(jià)格在FGD系統(tǒng)設(shè)計(jì)中占有舉足輕重的地位。本文對(duì)此類脫硫反應(yīng)設(shè)備進(jìn)行粗淺的分析比較，供討論。關(guān)鍵詞：反應(yīng)塔（器），噴淋塔 進(jìn)入21世紀(jì)以來，我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展呈現(xiàn)異?？焖俚膽B(tài)勢(shì)。以鋼鐵和主要能源來說，1999年和2003年的生產(chǎn)水平列于表1。 由此可見，新世紀(jì)的最初4年，我國鋼鐵產(chǎn)量增長(zhǎng)了1.8倍，煤炭和電力的增長(zhǎng)均超過1.5倍

2、，都是舉世矚目的。電力工業(yè)中火電約占80%，盡管發(fā)展迅速，仍然不能滿足需求，全國缺電情況依然嚴(yán)重。由此而導(dǎo)致的大氣污染形勢(shì)令人憂慮。煤炭，在我國已探明的一次能源儲(chǔ)量中占90%，在能源消費(fèi)構(gòu)成中約占70%。我國是當(dāng)今世界頭號(hào)煤炭產(chǎn)銷國，煤煙型污染一直嚴(yán)重困擾著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，SO2年排放量高達(dá)2000萬t，居各國之首。據(jù)統(tǒng)計(jì)，因SO2污染造成的農(nóng)業(yè)、森林和健康等方面的社會(huì)經(jīng)濟(jì)損失每年達(dá)1000億元，平均每排放1tSO2招致的損失約為5000元。這是一個(gè)觸目驚心的數(shù)字！也是對(duì)FGD的緊急呼喚。新世紀(jì)的來臨，全社會(huì)的環(huán)境覺醒，“兩控區(qū)”的目標(biāo)凸現(xiàn)，新“大氣法”的修訂頒布，國家綜合技術(shù)和經(jīng)濟(jì)實(shí)力的增強(qiáng)

3、，給我國的SO2減排運(yùn)動(dòng)提供了前所未有的機(jī)遇和動(dòng)力。無疑，廣大環(huán)保界期盼已久的FGD黃金時(shí)期終于到來。可以肯定，我國用1015年的時(shí)間，必將全面解決煤煙型污染問題。為此全國要投入逾千億巨資實(shí)施包括FGD在內(nèi)的SO2有效控制措施。 FGD是當(dāng)前舉世公認(rèn)的控制SO2的最有效途徑，也是在燃料燃燒排放的過程鏈中處于終端的保障性控制手段，受到人們的高度關(guān)注。歷經(jīng)近半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展和不斷優(yōu)化,FGD技術(shù)現(xiàn)已臻于成熟,工程效果十分顯著。在日、美、德等發(fā)達(dá)國家普遍實(shí)施FGD之后，許多發(fā)展中國家也陸續(xù)仿效，開始應(yīng)用這項(xiàng)技術(shù)。我國自然不例外，在上世紀(jì)九十年代引進(jìn)建造大型示范工程，隨后，大批FGD項(xiàng)目猶如雨后春筍破土

4、而出。從目前情況看來，脫硫形勢(shì)很好，許多外國公司爭(zhēng)相來華搶灘，國內(nèi)大小數(shù)十家脫硫公司激流勇進(jìn)。然而我國的有關(guān)法律法規(guī)和政策尚未健全，脫硫市場(chǎng)在嚴(yán)重缺乏規(guī)范中推進(jìn)。本文僅就FGD系統(tǒng)的主體設(shè)備脫硫反應(yīng)塔（器）提出參考性分析述評(píng)。1、 脫硫反應(yīng)塔（器）的類型FGD工程，無論采用何種工藝流程都有其主體設(shè)備脫硫反應(yīng)塔（器），都是脫硫島的核心，其他的所有設(shè)備設(shè)施均圍繞主體，服務(wù)主體。2、 在濕式洗滌吸收塔中，脫硫過程的特點(diǎn)是，有傳質(zhì)傳熱，又有化學(xué)反應(yīng)；有物理吸收，又有化學(xué)吸收；有氣液固多相反應(yīng)，也有均相反應(yīng)，還存在催化反應(yīng)。在處理吸收液時(shí)，有氧化、濃縮、結(jié)晶、分離、脫水、干燥等多個(gè)化工單元操作，有時(shí)還有

5、還原再生以及副產(chǎn)物回收加工和貯運(yùn)等等。所以，應(yīng)該說FGD工程是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的系統(tǒng)。在這個(gè)工程系統(tǒng)中，脫硫反應(yīng)塔（器）的型式多種多樣，主要決定于脫硫的工藝過程和操作條件、機(jī)組的容量以及技術(shù)經(jīng)濟(jì)的要求。設(shè)計(jì)時(shí)必須通過充分的調(diào)研和分析比選，正確確定。 工業(yè)上采用的脫硫反應(yīng)塔（器）類型見下表。   由表2可以看到，每種脫硫工藝都根據(jù)自身流程的特點(diǎn)采用適用的脫硫反應(yīng)塔（器）。在濕法工藝中，采用的吸收塔主要考慮有利于傳質(zhì)而避免結(jié)垢堵塞。對(duì)于不易結(jié)垢的鈣法以外的幾種工藝，所用的反應(yīng)器大致相同。濕式鈣法的反應(yīng)器，歷來研發(fā)最多，因而反應(yīng)器的類型也最多。在眾多的反應(yīng)器中，早期填充塔不少，但噴淋

6、塔占據(jù)絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，是脫硫工藝的主流反應(yīng)器。2. 脫硫反應(yīng)塔（器）的選型在選用吸收裝置時(shí)需要考慮很多因素：處理能力要大、壓力損失要小、構(gòu)造力求簡(jiǎn)單、吸收效率高、操作彈性大、運(yùn)行可靠、維修方便等。此外，尚須考慮吸收系統(tǒng)的各種特點(diǎn)。對(duì)氣膜控制的吸收過程，一般應(yīng)采用填料塔之類的液相分散型裝置，使液相分散，氣相湍動(dòng)，有利于傳質(zhì)。對(duì)液膜控制的吸收過程，則宜采用各類板式塔，使液相湍動(dòng)，氣相分散，有利于傳質(zhì)。在必需的液氣比下，氣膜控制時(shí)，應(yīng)選擇氣相傳質(zhì)系數(shù)大的裝置；液膜控制時(shí)，則應(yīng)選擇液相傳質(zhì)系數(shù)大的裝置。對(duì)于一般的化學(xué)吸收過程，可以按氣膜控制來考慮。煙氣脫硫，濕式鈉法和氨法過程屬于氣膜控制，而且介質(zhì)的腐蝕性較

7、強(qiáng)，宜采用填料塔或板式塔；濕式鈣法和鎂法則應(yīng)考慮以氣膜為主的雙膜控制，且因可能發(fā)生結(jié)垢堵塞，宜采用噴淋塔和液柱塔，也可以采用鼓泡塔和篩板塔。處理氣量較小時(shí)，可采用旋流板塔和文丘里洗滌器等。脫硫吸收塔（器），根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可以分為噴霧型洗滌塔、填料塔、板式塔、流化床和文丘里洗滌器、自激式和機(jī)械力洗滌器、離心水膜洗滌器等。其中噴霧型洗滌塔，或稱噴淋塔是應(yīng)用最廣泛的塔型，填料塔和板式塔是它的合理改進(jìn)型。流化床洗滌器，或稱湍球塔是由填料塔發(fā)展而來。自激式洗滌器（如噴射鼓泡塔）和機(jī)械力洗滌器（如旋流板塔）分別在流體和械力作用下產(chǎn)生紊流區(qū)，強(qiáng)化氣液接觸。離心水膜洗滌器則是在洗滌器上部設(shè)有進(jìn)水環(huán)形管，可使溢

8、水槽水分布均勻，于洗滌器內(nèi)壁形成35mm厚的水膜，煙氣進(jìn)入洗滌器，在離心力作用下，與水膜接觸。上述洗滌器除了文丘里洗滌器所需壓力降較高之外，均為中、低壓，在193430Pa范圍內(nèi)。文丘里洗滌器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維護(hù)成本較低。但是，高效率需要高壓力降，一般為245010000Pa以上，故又稱“高能耗洗滌器”，文丘里洗滌器除了普通型式以外，還有射流文丘里、可變喉管文丘里和緊湊型文丘里等。 濕式洗滌器的優(yōu)點(diǎn)之一是使用單個(gè)設(shè)備就可以對(duì)煙氣同時(shí)進(jìn)行除塵脫硫。但是，為了提高效率，往往將幾個(gè)設(shè)備聯(lián)用，例如濕式電濾器，將靜電除塵和濕式洗滌的優(yōu)點(diǎn)集于一體，可以達(dá)到低能耗、高效率地除去小至0.05m微粒。常見的幾種洗滌塔

9、器如圖所示。2.1 噴淋吸收塔噴淋塔是濕法工藝的主流塔型，在全世界濕法FGD系統(tǒng)中占有突出的地位，主要是針對(duì)解決內(nèi)部構(gòu)件的結(jié)垢問題而設(shè)計(jì)的。噴淋塔多采用逆流方式布置，煙氣從噴淋區(qū)下部進(jìn)入吸收塔，煙氣流速為3m/s左右，液氣比L/G與煤含硫量和脫硫率關(guān)系較大，一般在825L/m3之間。噴淋塔優(yōu)點(diǎn)是塔內(nèi)構(gòu)件少，故結(jié)垢可能性小，壓力損失也小。逆流運(yùn)行有利于煙氣與吸收液充分接觸，但阻力損失比順流大。吸收區(qū)高度為515m，如按塔內(nèi)流速3m/s計(jì)算，接觸反應(yīng)時(shí)間約25m。區(qū)內(nèi)設(shè)34個(gè)噴淋層，每個(gè)噴淋層都裝有多個(gè)霧化噴嘴，交叉布置，覆蓋率達(dá)200%300%。噴嘴入口壓力不能太高，在50200kPa之間。噴嘴

10、出口流速約10m/s。霧滴直徑在1.33.0mm之間，液滴在塔內(nèi)的滯留時(shí)間110s，霧粒在一定條件下呈懸浮狀態(tài)。吸收塔底部是氧化槽，氧化槽的功能是接受和儲(chǔ)存吸收漿液，溶解石灰石，鼓風(fēng)氧化CaSO3，結(jié)晶生成石膏。早期的濕式石灰-石灰石法幾乎都是在脫硫塔外另設(shè)氧化塔，這種工藝易發(fā)生結(jié)垢和堵塞問題?，F(xiàn)在都采用就地強(qiáng)制氧化，循環(huán)吸收液在氧化槽內(nèi)的設(shè)計(jì)停留時(shí)間一般為48min，與石灰石反應(yīng)性能有關(guān)。石灰石反應(yīng)性能差，為使之完全溶解，要求它在池內(nèi)滯留時(shí)間長(zhǎng)。氧化空氣采用羅茨風(fēng)機(jī)或離心風(fēng)機(jī)鼓入，壓力約586kPa，理論上氧化1mol SO2，需要1mol O2。由于石灰石的溶解度低，要求底槽的容積很大。為

11、了防止固體沉降，保證漿液更好地混合，需設(shè)置一些攪拌器不停地?cái)噭?dòng)。在吸收塔不同的高度上對(duì)吸收漿液的pH值連續(xù)測(cè)量，用來校正和保持吸收塔底槽中灰漿的pH值為常數(shù)。為了對(duì)煙氣所夾帶的液滴進(jìn)行分離，設(shè)置兩級(jí)除霧器在洗滌塔的上部，通過這一裝置，可達(dá)直徑大于17m的液滴分離率為99.9%。2.2 填料塔填料塔也是一種應(yīng)用廣泛的氣液傳質(zhì)設(shè)備。與板式塔相比，填料塔的基本特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、壓降低、填料可用耐腐蝕材料制造。早期，填料塔主要應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)室和小型工廠，直徑多在0.5米以下。但近些年來，關(guān)于填料塔的研究及其應(yīng)用取得了巨大的進(jìn)展，直徑數(shù)米乃至十幾米的填料塔已不足為奇。按照填料的結(jié)構(gòu)有格柵式和由其他填料組成的填

12、料塔。塔體為一圓形筒體，筒內(nèi)分層安放一定高度的填料層。早期使用的填料是碎石、焦炭等天然塊狀物。后來廣泛使用瓷環(huán)（如拉西環(huán)）和木格柵等人造填料。這些填料在塔內(nèi)的堆放方式可分亂堆填料和整砌填料。填料塔操作時(shí)，液體自塔上部進(jìn)入，通過液體分布器均勻噴灑于塔截面上。在填料層內(nèi)，液體沿填料表面自動(dòng)分散呈膜狀流下。各層填料之間設(shè)有液體再分布器，將液體重新均布于塔截面上，進(jìn)入下層填料。氣體自塔下部進(jìn)入，通過填料縫隙自由空間，從塔上部排出。離開填料層的氣體可能挾帶少量霧滴，因此，需要在塔頂安裝除沫器。氣液兩相在填料塔內(nèi)進(jìn)行接觸，填料上的液膜表面即為氣液兩相的主要傳質(zhì)表面。在氣液兩相逆流流動(dòng)的填料塔內(nèi)，正常操作時(shí)

13、氣相是連續(xù)相，液相是分散相。氣體通過每米填料的壓力降p/Z（Z為填料層高度）與填料的尺寸、類別、堆放方式有關(guān)，且隨兩相的流速而變化。干填料層的壓力損失約與氣速的1.82.0次方成比例，表明氣流在實(shí)際操作中是湍流。當(dāng)氣速固定，液體噴淋密度增大時(shí)，氣流的壓力降增加。如液流量（或噴淋密度）固定，增大氣速到開始攔液（這一點(diǎn)稱為載點(diǎn)），其相應(yīng)的氣速稱為載點(diǎn)氣速。當(dāng)氣速繼續(xù)增大，填料層中的持液量愈積愈多，充滿了整個(gè)空隙，氣體壓力降幾乎是垂直上升。同時(shí)在填料層頂部開始出現(xiàn)鼓泡液層，進(jìn)而充滿全塔，這時(shí)塔內(nèi)氣、液兩相間發(fā)生了由原來氣相連續(xù)、液相分散變?yōu)橐合噙B續(xù)、氣相分散，產(chǎn)生氣體以泡狀通過液體的液泛現(xiàn)象。開始出

14、現(xiàn)此現(xiàn)象的點(diǎn)稱為泛點(diǎn)，相應(yīng)的氣速稱為液泛速度。泛點(diǎn)為普通填料塔的操作極限。要使操作平穩(wěn)，壓力降不致于過大，氣流速度必須低于液泛速度；如考慮到操作中波動(dòng)較大，或要求壓力降平穩(wěn)，則氣流速度還應(yīng)低于載點(diǎn)速度。 填料是影響填料塔經(jīng)濟(jì)性的最重要因素。填料塔的傳質(zhì)效率很大程度上取決于液體噴淋是否均勻和填料是否全部被濕潤。因此，計(jì)算得到的塔徑DT值還應(yīng)以噴淋密度來校核，保證噴淋密度U>5m3/(m2·h)。填料塔的總高度包括填料層、填料段間空隙以及塔頂、塔底各部分的高度。一般大中型填料塔段間空隙可取800mm左右，塔頂空間高度取1000mm，塔底空間高度取1500mm。為使氣體沿塔截面均勻分

15、布，填料層高度Z與塔徑DT之比不宜過小，以Z/DT=1.52.0為其下限；過大則會(huì)使壓力降急劇增加，宜以10為其上限。填料塔的液泛速度、塔徑、塔高、填料層高和壓力降等均可通過計(jì)算確定。在設(shè)計(jì)空塔氣速時(shí)，通常均先計(jì)算液泛速度，然后再乘以安全系數(shù)作為實(shí)際操作氣速。2.3 板式塔板式塔是一種應(yīng)用廣泛的氣液傳質(zhì)設(shè)備，它由一個(gè)通常呈圓柱形的殼體及其中按一定間距水平設(shè)置的若干塊塔板所組成。板式塔正常工作時(shí)，液體在重力作用下自上而下橫向通過各層塔板后由塔底排出；氣體在壓差推動(dòng)下，經(jīng)均布在塔板上的開孔由下而上穿過各層塔板后由塔頂排出。在每塊塔板上皆貯有一定的液體，氣體穿過板上液層時(shí)，兩相進(jìn)行接觸傳質(zhì)。在板式塔

16、內(nèi)形成氣液界面所需的能量是由氣體提供的。板式塔具有以下兩方面的功能：（1）在每塊塔板上氣液兩相必須保持密切而充分的接觸，為傳質(zhì)過程提供足夠大且不斷更新的相際接觸表面，減小傳質(zhì)阻力；（2）在塔內(nèi)應(yīng)盡量使氣液兩相呈逆流流動(dòng)，以提供最大的傳質(zhì)動(dòng)力。當(dāng)氣液兩相進(jìn)、出塔的濃度一定時(shí)，兩相逆流接觸時(shí)的平均傳質(zhì)推動(dòng)力最大。在板式塔內(nèi)，各塊塔板正是按兩相逆流的原則組合起來的。除保證氣液兩相在塔板上有充分的接觸之外，板式塔的設(shè)計(jì)意圖是力圖在塔內(nèi)造成一個(gè)對(duì)傳質(zhì)過程最有利的理想流動(dòng)條件，即在總體上使兩相呈逆流流動(dòng)，而在每一塊塔板上兩相呈均勻的錯(cuò)流接觸。板式塔的主要構(gòu)件是塔板。各種塔板的桔構(gòu)大同小異，主要構(gòu)造包括：（

17、1） 塔板上的氣體通道篩孔（2） 溢流堰（3） 降液管通常一塊塔板只有一個(gè)降液管，稱為單流型塔板。當(dāng)塔徑或流體流量很大時(shí)，降液管的數(shù)目將是多個(gè)。氣體通道的形式很多，對(duì)塔板性能的影響極大，各種塔板的主要區(qū)別就在于氣體通道的形式不同。篩孔板的氣體通道最為簡(jiǎn)單，它是在塔板上均勻地開出許多圓形小孔，稱為篩孔。篩孔的直徑通常是38mm，直徑為1225mm的大孔徑篩板也應(yīng)用得相當(dāng)普遍。這種大孔徑篩板塔又叫做穿流板塔。篩板塔是板式塔的一種。工業(yè)上常用篩孔直徑為38mm，推薦采用45mm。對(duì)于碳鋼及銅合金塔板孔徑d0一般應(yīng)不宜小于板厚，對(duì)于不銹鋼塔板d0應(yīng)不小于（1.52.0）。 孔中心距 一般取（2.55）

18、d0， /d0宜在34范圍內(nèi)按所需的開孔面積A0來考慮。開孔一般均按正三角形排列。此時(shí)，開孔面積A0與開孔區(qū)面積A之比可按下式求得：溢流堰高度在50100mm之間。弓形堰長(zhǎng)取塔徑的0.60.8倍。氣體通過篩板的壓力降由干板壓力降、板上液層壓力降及表面張力壓頭所組成，而后兩項(xiàng)又可合并考慮，作為液層的有效阻力。篩板塔的操作有一個(gè)下限氣速，當(dāng)氣速低于此值時(shí)，液體自篩孔漏泄，是所謂漏液點(diǎn)。實(shí)際氣速與此值之比，就稱為穩(wěn)定系數(shù)。實(shí)際操作時(shí)，穩(wěn)定系數(shù)一般可取1.52.0。旋流板塔是一種噴射型的板式塔，其特點(diǎn)是塔板由36板片組成，當(dāng)液體進(jìn)入塔板區(qū)，則沿一定的角度斜向穿過板片間的縫隙，呈旋流狀態(tài)，將板片上的液體

19、旋向塔壁，進(jìn)入板片區(qū)。氣體沿一定的角度斜穿板片間的縫隙，形成旋流狀態(tài)，將板片上的液體旋向塔壁，從而進(jìn)行氣液間的傳質(zhì)。煙氣切線進(jìn)入塔底，向上螺旋運(yùn)動(dòng)，因塔板的導(dǎo)向作用而加強(qiáng)旋轉(zhuǎn)。煙氣在塔板上將逐板流下的液體分散成霧狀，氣液間的接觸面積大，煙氣中SO2被堿性液體充分吸收，同時(shí)煙氣中的塵粒被水霧粘附，受離心力作用甩到塔壁隨液體排出。在塔頂內(nèi)壁加24條由6mm圓鋼材彎成的螺旋線，以擋住液體的二次夾帶。在塔底進(jìn)氣管應(yīng)以切線方向設(shè)置，可使氣流均勻分布。氣流旋向應(yīng)與塔板旋向相同，以降低壓力降。最底下的一塊板的溢流管宜采用液封結(jié)構(gòu)，并在溢流管下裝有噴灑板。噴灑板的作用是使底段的氣液接觸良好，起傳質(zhì)作用。旋流板

20、塔用于氣、液接觸傳熱，全塔效率可取50%；用于化學(xué)吸收，吸收效率可達(dá)4060%或更高；用于除霧、除塵，單板效率在90%以上。板片是通過在整板上開片組成，板片外端與水平成a夾角，并與罩筒固定，a稱為仰角，仰角大，開片率大，則壓力降小，旋轉(zhuǎn)力也小。仰角小則反之，一般仰角為20°30°。板片數(shù)隨塔徑增大而增加，當(dāng)塔徑大于1m，板片可取24片以上。板間距可在300500mm間選用。穿過板片縫隙的氣流方向趨近中心的稱內(nèi)向板。反之，遠(yuǎn)離中心的稱外向板。內(nèi)向板的氣液接觸時(shí)間長(zhǎng)于外向板，適用于傳熱、傳質(zhì)（煙氣脫硫）；外向板液體旋向塔壁的行程短于內(nèi)向板，適用于除霧、除塵。位于板片外緣的環(huán)狀體

21、叫罩筒。設(shè)置罩筒的主要目的是使塔壁和罩筒間形成一個(gè)環(huán)隙，作為集液槽，以便將液體通過降液管導(dǎo)入下層塔板。同時(shí)，也有利于減少氣流夾帶霧沫。罩筒高度對(duì)塔板操作有一定影響。當(dāng)罩筒過高時(shí)，旋轉(zhuǎn)的液滴不能越過罩筒進(jìn)入集液槽，將出現(xiàn)淹塔現(xiàn)象和造成板片間隙漏液。若罩筒太低，集液槽內(nèi)的液體會(huì)返漫板片區(qū)。在允許壓力降增高的情況下，輕微的返漫對(duì)板效率無甚影響，若大量返漫時(shí)，板壓力降陡增，效率下降，在一般情況下，罩高可比板片稍高或和板片同高。返漫現(xiàn)象可用增加降液的辦法解決。降液裝置的弧形降液孔，下接漏斗狀異形管。降液面積根據(jù)降液量以流速0.30.4m/s計(jì)算。適當(dāng)加大降液面積對(duì)處理大液量有利。 2.4 湍球塔湍球塔的

22、填料小球材質(zhì)要求耐磨、耐腐蝕、耐濕、耐壓，密度一般選用0.150.65t/m3，直徑為1540mm不等。常用30、38mm兩種。通常塔徑D與小球直徑d之比宜取D/d>10，否則易產(chǎn)生小球呈集團(tuán)狀上下移動(dòng)，影響氣、液的良好接觸。湍球塔徑的計(jì)算按下式進(jìn)行：（m） 式中： G處理氣量，m3/h 空塔氣速，m/s湍球塔的空塔氣速 必須大于無噴淋時(shí)的臨界氣速 k（從靜止轉(zhuǎn)為運(yùn)動(dòng)的最低氣速）。塔高一般采用的靜止堆放高度Z0與塔徑D之比應(yīng)滿足0.5 1。當(dāng)D很小時(shí)， >1;當(dāng)D很大時(shí)， <0.5。通常Z0值在150-500mm之間。湍球塔壓力降由支承板的平板壓力降、球體湍動(dòng)引起的壓力降及床

23、層持液量產(chǎn)生的壓力降三部分所組成。較同氣速固定填料塔為小，通常在常壓下每層壓力降為400-1200Pa，整個(gè)塔包括除霧裝置不超過6000P a。2.5 文丘里洗滌器文丘里洗滌器是一種高效濕式洗滌器，常用于高溫?zé)煔饨禍睾统龎m。文丘里由收縮管、喉管和擴(kuò)散管組成。氣體進(jìn)入擴(kuò)散管后，流速增大，氣體的壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)能。在喉管處氣速達(dá)到最大，一般為50-180m/s。洗滌液通過喉管的噴嘴進(jìn)入，液滴被高速氣流霧化和加速，在液滴加速過程中，由于液滴與粒子之間慣性碰撞，實(shí)現(xiàn)微細(xì)塵粒的捕集。在擴(kuò)散管中氣體速度降低和壓力回升，使塵粒凝聚，形成直徑較大的含塵液滴而隨水排出。進(jìn)氣管直徑D1由與之相關(guān)聯(lián)的直徑確定，管道中

24、氣流速度為16-22m/s，收縮管收縮角1取23-25°。喉管直徑DT按喉管氣速uT確定，其截面積與進(jìn)口管截面積之比為1：4。擴(kuò)散管的擴(kuò)散角2取5-7°，出口管的直徑D2按與之相連的除霧器要求的氣速確定。收縮管和擴(kuò)散管的長(zhǎng)度L1及L2由下式?jīng)Q定：喉管的長(zhǎng)度一般取喉管直徑的0.8-1.5倍，或取200-500mm。文丘里洗滌器由于高速氣流要加速和霧化液滴，因此壓降較大，一般為30009000Pa，甚至更高。3. 濕式FGD裝置采用的吸收塔器3.1 國外典型的幾種脫硫反應(yīng)塔器 噴淋吸收塔ABB和IHI等公司采用單回路，逆流噴淋塔結(jié)構(gòu)，優(yōu)化了噴嘴的類型、尺寸及聯(lián)管布置、L/G和能

25、耗，使整個(gè)系統(tǒng)達(dá)到很高的效率。同時(shí)配用高效除霧器，可以垂直或水平布置在煙氣流中。這是一種典型的噴淋脫硫塔。GEESI采用的逆流噴淋吸收塔，脫硫效率在90%到99%之間，可靠性接近100%。典型的噴淋塔，單機(jī)容量為645MW的工藝裝置已安裝在荷蘭的Amer中央電站8號(hào)機(jī)組上，目前是歐洲最大的洗滌塔之一。塔的直徑為16.8m?？账Y(jié)構(gòu)，具有很高的煙氣流量調(diào)節(jié)能力。在日本應(yīng)用的裝置直徑為18.9m的單塔，用于700MW機(jī)組。 噴淋塔的形式也有多種，比較典型的還有川崎型，諾爾型和B&W型以及SHU型，它們各有特點(diǎn)。川崎型噴淋塔的主要特點(diǎn)是以吸收塔與出口管道合一的緊湊結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部可分為噴霧區(qū)、液

26、溜槽、出口管道三部分。結(jié)果使液溜槽斷面積擴(kuò)大，降低了吸收塔的高度。煙氣經(jīng)180°大轉(zhuǎn)彎排出。除霧器設(shè)置在塔外排氣管上，方便維修。諾爾型雙回路噴淋塔的特點(diǎn)是將塔分成冷卻段和吸收段。煙氣切向進(jìn)入冷卻段被冷卻并作為第一級(jí)脫硫。在第一個(gè)回路中pH值控制在45左右，因此亞硫酸鹽氧化為硫酸鹽處于最佳狀態(tài)，這樣可以防止結(jié)垢。大部分從吸收塔回路來的過剩的石灰石都能在冷卻段得到利用。為了確保亞硫酸鹽充分氧化，壓縮空氣從冷卻段的攪拌器下面引入，分布到漿液中。吸收塔回路的設(shè)計(jì)使剩余的SO2在pH為6，且有大量過剩石灰石的最大脫除的條件下被除去。在該吸收段設(shè)有二個(gè)連續(xù)運(yùn)行的噴淋層。由聚丙烯材料制成的“濕膜接

27、觸”除霧器，用來作為SO2去除的最后一級(jí)。漿液向下流過一個(gè)漏斗，該漏斗分隔開兩個(gè)回路，然后漿液進(jìn)入到吸收塔的給料罐。一部分吸收塔漿液通過溢流進(jìn)入到冷卻段，溢流量取決于除霧器的清洗水量。NoellKRC雙回路塔，到1991年已有17臺(tái)投運(yùn)，總?cè)萘?.8Gw。上世紀(jì)80年代在歐洲Neurath電廠建造4臺(tái)雙回路塔（其中一臺(tái)備用），供2×600MW機(jī)組使用。燃用褐煤。吸收塔直徑19.8m，用石灰石作吸收劑，脫硫產(chǎn)物為石膏。脫硫效率95%。系統(tǒng)可靠性為99.8%。 B&W的FGD吸收裝置采用托盤式結(jié)構(gòu)。在該吸收塔中，煙氣上升后通過一個(gè)B&W的專利篩或多孔板，與漿液的泡沫接觸。

28、由于在整個(gè)塔的截面上煙氣分布很均勻，使得通過噴淋區(qū)時(shí)煙氣和吸收劑能有效接觸。用機(jī)械的方法促使煙氣均勻分布在大直徑的吸收塔中，成為設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。托盤非常堅(jiān)固，而且是撓性的，材料為合金鋼，在設(shè)計(jì)上保證托盤能自清洗。在托盤上強(qiáng)烈起泡，產(chǎn)生第二級(jí)微粒去除功能。設(shè)計(jì)保證基本無結(jié)垢運(yùn)行。托盤兩側(cè)的壓力降約為200700Pa。SHU采用順逆流復(fù)合吸收塔，同時(shí)添加甲酸使之達(dá)到最大脫硫能力，并且還可以優(yōu)化停留時(shí)間和L/G比。煙氣進(jìn)入到吸收塔的頂部，然后順流向下與洗滌液接觸，洗滌液由噴嘴噴入，吸收SO2后被集納在吸收塔的底池中。然后煙氣進(jìn)入塔的第二個(gè)逆流區(qū)，在這里剩余的SO2被吸收。由于使用了二級(jí)多層噴淋系統(tǒng)，可以

29、使二個(gè)區(qū)域都有對(duì)亞硫酸氫鹽生成的最理想pH值條件。生成的亞硫酸氫根，pH值在4.25.2之間。在順流區(qū)的噴淋帶上部pH值約為5.2，然后順次降低，到噴淋帶底部時(shí)，pH值約為4.4。在這樣的pH值時(shí)，亞硫酸根離子是不會(huì)形成的。因而不會(huì)有亞硫酸鹽結(jié)垢的的問題。 洗滌液中加入的甲酸緩沖劑增強(qiáng)了脫除SO2的能力，改善了對(duì)SO2濃度的響應(yīng)速度和操作負(fù)荷的變化，同時(shí)還在給定的SO2脫除率的條件下可降低L/G比約15%。 格柵填料吸收塔日本三菱重工的格柵塔至1990年為止已在全球銷售了87臺(tái)，總?cè)萘砍^240GW。在美國的Baily電廠，528MW的脫硫系統(tǒng)于1992年投運(yùn)。燃煤含硫2%4.5%，脫硫效率達(dá)

30、95%，運(yùn)行費(fèi)用顯著低于同類裝置，占地面積也較少。脫硫反應(yīng)塔見圖。圖8所示的單一順流塔允許有很高的表面速度，約為逆流塔的23倍。由于采用高效的開式格柵填料使塔的高度得以降低。干的石灰石粉直接噴入吸收塔反應(yīng)槽中，取消了現(xiàn)場(chǎng)的濕磨系統(tǒng)，減少了占地面積。在該工程中石灰石粉是在裝置附近研磨的，通過氣力輸送到現(xiàn)場(chǎng)。強(qiáng)制氧化和攪拌是用一個(gè)耐腐蝕的空氣旋轉(zhuǎn)噴射器（ARS）完成的。ARS與固定式的噴射器設(shè)計(jì)相比可節(jié)約空氣和電力。      噴射鼓泡吸收塔千代田CT121系統(tǒng)1992年已在全球范圍內(nèi)銷售19套以上，容量超過5.1GW。該工藝的特點(diǎn)是使用了噴射鼓泡

31、反應(yīng)器（JBR）。在JBR中，煙氣通過噴射器直接噴散到洗滌液中，經(jīng)處理后的煙氣經(jīng)過升氣管進(jìn)入上層的混氣室，然后經(jīng)除霧器后由煙囪排出。該工藝取消了復(fù)雜的漿液再循環(huán)系統(tǒng)，簡(jiǎn)化了工藝過程，也降低了能耗，因而使基建投資和運(yùn)行費(fèi)用都有所減少。該工藝另一個(gè)重要特點(diǎn)是低pH值運(yùn)行（3.54.5），而一般的FGD工藝pH值為57。低pH值運(yùn)行的優(yōu)點(diǎn)是：（1）通常易發(fā)生的結(jié)垢和堵塞問題沒有了；（2）亞硫酸鈣的氧化過程得到了加強(qiáng)；（3）石灰石的溶解度和利用率得到了改善。pH值降低2，相應(yīng)的氫離子濃度增100倍，因此石灰石的溶解度也增加了。低pH值運(yùn)行是由于該工藝中的反應(yīng)與其他FGD工藝不同所致。該工藝的化學(xué)特點(diǎn)是

32、H2SO3在被石灰石中和之前就急劇地被氧化為H2SO4。因此，在JBR中的SO2吸收基本上與溶解在堿性物質(zhì)無關(guān)。脫硫率可因增加JBR的壓降或系統(tǒng)的pH值得以提高。增加噴射管的浸入深度可以提高脫硫效率，但同時(shí)增大了壓降，而pH值則可以通過石灰石的投入量加以控制。 由于改善了煙氣中微粒與液體的接觸條件，JBR可以達(dá)到很高的亞微米范圍的除塵效率，這可以補(bǔ)償ESP的不足。此外，CT121工藝生產(chǎn)的石膏晶粒大（8090m），容易進(jìn)行脫水。 液柱吸收塔液柱塔在以往的的噴管基礎(chǔ)上加以改良并將其位置移至吸收塔下部，漿液向上噴，狀如噴泉?？账o填料，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可以提高噴液的高度。實(shí)踐表明能達(dá)到與格柵塔具同等的脫

33、硫率和除塵率。煙氣由塔的下部被導(dǎo)入后，通過布置在靠近入口上部的單層噴管群向上噴液形成的液柱，煙氣通過與上升液和下降液的接觸達(dá)到脫硫凈化。然后再經(jīng)配置在塔上部的除霧器排出塔外。噴嘴向上高速噴出的吸收液，先在液柱頂部分散形成細(xì)小的液滴，然后下落并將煙氣中的SO2吸收。由于下落液滴與向上噴出液體發(fā)生劇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，從而加強(qiáng)高效吸收。此外到達(dá)噴嘴處的煙氣由于被向上噴出漿液卷起，同吸收液接觸，促使吸收率提高。 三相流化吸收塔近年來三相流化床反應(yīng)器開始應(yīng)用于石灰石-石膏濕法煙氣脫硫。日本石川島公司已把它用于工業(yè)燃煤鍋爐煙氣脫硫。用充填球作填料，接觸效果好，凈化后煙氣

34、從塔頂排出，不需再經(jīng)煙囪。在三相流化填料吸收塔中，氣體上行使填料流化，液體下行，在填料表面形成液膜，在液膜上氣體中的SO2被吸收。流化填料增大了不斷更新的氣液接觸面積,更有利于氣液間保持較高的傳熱、傳質(zhì)效率。由于傳質(zhì)效率很高，三相流化填料吸收塔可以在氣體負(fù)荷很大的情況下操作。操作時(shí)整個(gè)床層的填料處于均勻的流化態(tài)，能有效地避免活塞流和氣塞現(xiàn)象；填料流化的自清洗作用可以避免接觸區(qū)沉淀堵塞，這對(duì)吸收過程有固相生成的情況很有益；液體在填料表面形成的液膜能有效地減輕填料與填料以及填料與設(shè)備（吸收塔）之間的磨損，延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命。因此，三相流化填料吸收塔是一種有效的自清洗吸收塔。3.2 我國幾個(gè)代表性

35、脫硫反應(yīng)塔器自上世紀(jì)90年代以來，引進(jìn)建設(shè)了六項(xiàng)示范工程，隨后大型FGD裝置不斷出現(xiàn)，采用了形式多樣的脫硫反應(yīng)塔器。將其中較有代表性的塔器情況列于表3中。在我國，廣大中小鍋爐采用的所謂脫硫除塵一體化設(shè)備更是花樣翻新，比較多見的是離心水膜式，旋流板式，煙氣流化床式，GSA、NID等。以技術(shù)經(jīng)濟(jì)的觀點(diǎn)考察上述這些脫硫反應(yīng)塔器，對(duì)它們進(jìn)行性價(jià)分析比較是一項(xiàng)十分復(fù)雜而必要的工作。脫硫反應(yīng)塔是FGD系統(tǒng)的核心工藝設(shè)備，在投資費(fèi)用的組成上占有重要份額，對(duì)大型系統(tǒng)來說，約占1/4，對(duì)中小系統(tǒng)往往在30%以上。所以正確選用脫硫反應(yīng)塔是設(shè)計(jì)工作的重要內(nèi)容。一般來說，SO2與堿性吸收劑的化學(xué)反應(yīng)過程是比較容易進(jìn)行的，但是需要考慮多種因素，并不是任何吸收塔能適用任何脫硫工藝。噴淋塔和液柱塔適用大容量濕式鈣法，鈉法、氨法和海水法可以采用填料塔、板式塔和旋流板塔。從目前情況看，中型鍋爐可采用石灰噴霧干燥塔，增濕活化反應(yīng)塔、循環(huán)流化床反應(yīng)器。對(duì)于小型爐窯建議采用水膜洗滌器、旋流板塔、三相反應(yīng)器等。4. 濕式脫硫吸收塔器性能淺評(píng)常用的幾種脫硫反應(yīng)塔器在性能方面的定性比較見表5。在大容量的FGD系統(tǒng)中,用得最多的是噴淋塔，其次為填料塔、液柱塔和板式塔。填料塔與板式塔比較：（1） 填料塔操作范圍較小，對(duì)于液體負(fù)荷的變化特別敏感。當(dāng)液體負(fù)荷較小時(shí)，填料表面不能很好地潤