烟气脱硫塔设计改进.docx

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烟气脱硫塔设计改进

通过对特钢烟气脱硫的考察，对网络上其他烟气脱硫塔结构的参考，并根据已有流场分析软件和力学分析软件（FLUENT6.0和ANSYS9.0）进行流场分析和力学分析。

我认为在公司的脱硫塔设计中应着重注意以下事项:

一、入塔烟道的设计

1.烟道长度至少达到塔体直径2/3以上，进出口周围均应用型钢进行了环向和竖向加固，内部设立筋，对塔进行加强。

2.烟道入口上方及两侧安设挡水板，上方挡水板形成的水帘有利于脱硫和气流均布。

3.进气方式改为切向斜向下18度进气，削弱塔内回流旋涡，降低压损，延长气液接触时间

具体分析如下：

1.烟道开口宽度及设计:

为了有利于进塔的烟气分布更均匀,脱硫塔的进口一般为长方形,尺寸很大，一般达直径的2／3-4/5。

这么大的开孔对塔体抗弯矩能力的削弱是很大的,开口周塔壁的应力也很大,见图:

烟气进出口周围均应用型钢进行了环向和竖向加强,

即使采取上述方法进行了加强，开孔区的局部应力和变

形仍是整个塔体结构中最大的。

为此，通常在脱硫塔进

出口烟道内部也设立筋，对塔进行加强。

2.脱硫塔入口烟气的均匀性直接影响到脱硫塔内烟气分布的均匀性。

烟气入口气液接触处为干湿交界面，浆液在此干燥结垢将影响塔运行的安全性和气流流

向。

设计时应在烟道入口上方及两侧安设挡水板，防止喷嘴喷出的浆液进入烟道内。

运行时，上方挡水板形成的水帘有利于脱硫和气流均布，两侧挡水板可防止喷嘴喷雾产生的背压将浆液抽进烟道内（当烟道档板未关，且无气体进入塔内时）。

3.进气方式改为切向斜向下进气，向下角度经流体力学软件分析以18度为最佳，粗略可取15-20度。

切线斜向进气结构有利于削弱塔内回流旋涡，降低压损，延长气液接触时间，防止浆液倒流。

如下图。

2、喷淋层的设计

1.喷嘴喷淋雾滴粒径的大小以1.5mm-3mm为宜。

2.塔内气体流速3-4.5m/s。

3.喷淋管道逐级减细，保证进入个喷嘴的压力相等，即所谓的均压。

喷淋覆盖率达到200%。

4.相邻同喷淋层喷头，设置高度差，不要在同水平面上。

避免雾滴碰撞产生的凝聚，破碎，减小比表面积。

具体分析如下：

1.喷淋粒径的大小是脱硫塔主要设计的先决条件。

相同喷淋条件下（液气比L/G一样），雾化粒径越小，比表面积越大，吸收效率低下。

粒径太小，易被气化或气流带走，增加除雾符合，减少了液滴量，同样吸收效率低下。

雾滴的尺寸是有一定的限制范围的，粒径小于500μm的液滴将被带至除雾器中，如果喷嘴形式的雾滴应选定在2000～3000μm之间的雾化颗粒,低于500μm直径的液不能超过5%，这种粒径的雾滴在最大程度地减少烟气中雾滴携带的同时，也能提供足够的吸收SO2的气液表面积。

带出速度（液泛速度）对照表

粒径mm

0.2

0.3

0.4

0.5

1.0

1.5

2.0

3.0

带出速度m/s

0.7

1.14

1.58

1.99

3.77

5.31

6.72

8.3

2.塔设计时，烟气流速的选取应与吸收液液滴直径相匹配，按常规，设计气速应为液泛气速的50％～80％。

由于喷雾型脱硫塔中，气流分布可以“自我校正”均匀，提高脱硫塔气速将逆流脱硫塔的气速增加到4～5m/s，提高流速可提高气液两相的湍动，一方面可降低烟气与液滴之间的膜厚度，液膜增强因子增加，从而提高总传质系数；另一方面，喷淋液滴的下降速度减小，持液量增大，使得吸收区的传质面积增大。

当烟气流速低于3m/s时，脱硫效率与烟气速度无关；高于3m/s时，液滴表面的振动加大，液滴中的混合增强，表面更新加快，可促进二氧化硫吸收反应，有利于脱硫效率的提高；当烟气流速从3.0m/s提高到4.5m/s时，脱流率上升幅度较大，进一步提高烟气流速时,脱流率的提高趋于平缓。

同时,烟气流速受除雾器性能和液泛速度的制约。

3.浆液管道的设计要求保证进入个喷嘴的压力相等，即所谓的均压，管道从进塔到末端逐级减细。

如下图：

烟气速度为3～4.5m/s，一般要求具有150%～250%的覆盖率。

喷嘴应具有较大的自由畅通孔径，一般应大于45mm，否则易被结垢碎片等杂物所堵塞。

4.同一水面上两个喷嘴（左右布置）之间雾滴碰撞后产生的凝聚，破碎效果较显著；不同水面上两个喷嘴（上、下布置）之间雾滴碰撞后产生的凝聚，破碎效果不明

显。

考虑到脱硫塔内的浆液液滴密度较高，将会有大量的液滴发生碰撞，并产生凝聚。

如果有大量的液滴发生凝聚，那么随着液滴的降落，其比表面积将不断减少，继续增加喷淋层间距和塔高即无意义，

喷头处于同一高度平面时效果

喷头不在同一高度平面时效果

特钢焦化烟气脱硫同层喷头设置---不在同一平面

3、其他改进的地方

1.脱硫塔中间布置空心双向喷嘴、塔壁布置实心喷嘴增加塔壁附近的喷淋密度，参考上图特钢喷头布置。

或者塔壁附近使用90度喷射角喷头，内圈布置大广角喷头。

2.塔内喷头下方塔壁安装气液再分布塔圈，但不宜过大。

避免烟气短路，提高脱硫效果。

3.喷头的选择，保证液滴粒径的前提下，选流量，压力，型号。

通常选用螺旋喷头和切线喷头

4.喷淋高度不宜过高，当高度大于6m时，增加高度对于效率的提高并不经济。

5.塔的震动问题

6.除雾器冲洗喷嘴选择

具体分析如下：

1.从脱硫塔壁开始0~1.3m的外部圆周区域喷淋密度比脱硫塔中心区域要小的多，塔壁处的烟气速度高，二氧化硫浓度

也高。

研究表明，脱硫塔中心部份的脱硫效率可达99%～100%，脱硫效率从塔中心至塔壁的脱硫效率则逐渐减少，最终造成总的脱硫效率降低。

为此，可采取脱硫塔中间布置空心双向喷嘴、塔壁布置实心喷嘴的方式来增加塔壁附近的喷淋密度。

这种方式虽然在一定程度上改善了塔内气流的均布，但由此带来的问题是壁流也很严重。

红色区域为高流速区域蓝色为低流速

2.增加液体再分布装置，由前述可知，短路和壁流减少了气液接触的有效传质面积，液气交接面处的传质效率也很低。

液体再分布装置（如图，为ALRD，MET产品）是把塔壁上的液膜收集起来，重新破碎成液滴，分配到烟气中，一方面靠近塔壁的喷嘴也可布置得离塔壁远些，既可减少贴壁流动的浆液，又可减轻对塔壁防腐层的冲刷；另一方面又可使贴壁流动的浆液发挥余热，克服了壁流现象造成脱硫效率降低的负面影响，同时还可使延塔壁上升的短路气流再次往塔中间分布。

安装液体再分配装置后的性能测试结果表明，系统脱硫效率可提高2％～5％。

图为安装前后气流对比图:

塔环下沿容易发生固体物的沉积，因而塔环不宜过大，可在塔内安装几圈，增强效果。

安装位置，网上没有提供，个人认为可在贴近塔壁喷头下方的喷雾路径上放置。

这样还可起到防止液滴冲刷塔壁防腐材料的作用。

塔壁喷头

喷雾线路

3.脱硫塔浆液喷雾典型的Sauter平均粒径为2500～3000μm。

对于喷淋塔，喷嘴是脱硫系统中的关键设备之一，喷嘴性能和喷嘴布置直接影响到系统性能参数和运行可靠性。

因此，合理地选择喷嘴和优化喷嘴布置对保证湿法烟气脱硫系统的正常运行有着重要意义。

切向喷嘴（林州后带去的碳化硅喷头）具有最大的自由畅通孔径，轴向喷嘴最小，而切向和螺旋喷嘴（我公司现在采用的）也易于自我清除部份堵塞。

但对于细长的外物，螺旋喷嘴最易堵。

从喷雾粒径来看，螺旋形喷嘴的sauter平均直径要小，双向切向喷嘴稍微大一点，单向切向喷嘴最大。

双向喷嘴向上的喷雾可以减小下落液滴的压力，增加液滴在塔中的平均驻留时间。

螺旋喷头效果

切线喷头效果

4.喷淋区的高度不宜太高，当高度大于6m时，增加高度对于效率的提高并不经济。

5.脱硫塔的振动问题脱硫塔顶层不宜设置大量照明灯具、检修电源箱、照明配电箱等设备，循环泵出口管路固定部件应牢固，否则易造成脱硫塔晃动。

其中前者可能是由于共振造成塔晃动，后者则是由于管道牵引塔体一起晃动。

脱硫塔晃动会对脱硫塔壳体以及内部设备造成疲劳性损伤。

6除雾器冲洗喷嘴是为了冲洗除雾器的板片，也需要采用实心喷嘴覆盖整个除雾器的横断面。

冲洗喷嘴产生雾滴不能太小，若小于1700μm，则被烟气带走的可能性增加，此种喷嘴一般采用内部带旋流片的轴向喷嘴。

烟气脱硫可参考图书：

脱硫工程技术与设备（第二版）

烟气脱硫实用技术