旋流板塔相关资料Word文件下载.docx

1、旋流板塔大型化的设计与研究1旋流板塔大型化的设计与研究一.概述我国是一个能源结构以燃煤为主的国家。大气污染属煤烟型，烟气中大量的SO2对大气造成了严重的污染，致使我国酸雨逐年加重，酸雨面积不断扩大，其覆盖面积已达国土面积的30%。为了控制大气中SO2的含量应严格控制产生SO2污染的主要来源电站的SO2的排放。目前，国内对于中小型电站的烟气脱硫已有一些进展，对于大型电站的烟气处理尚处于不成熟阶段。但随着国家将逐渐取缔小型电站，大中型电站的烟气处理成为急待解决的问题。对于电站烟气处理，国内采用的工艺流程之一是文丘里加旋流板，而国外多采用文丘里加喷淋等。考虑到不同传质机理的脱硫组合效果更佳，笔者提出

2、了文丘里加旋流板加喷淋的设想，该工艺在山西，广西，海南等地的锅炉和小型电站有成功的应用实例。旋流板是我国自行研究成功的一种喷射型塔板，这种板型由于开孔率较大，允许气流高速通过，因此处理能力较大，而压降较小，操作弹性亦较大。同时，它不仅可以脱硫，还起到气体分布均匀的作用。工艺流程中采用旋流板，可以省去一个气体分布均匀装置，还可以提高脱硫除尘效率。但是应用于大型设备的实际工艺流程中，往往因设备的放大，导致了严重失真的尴尬境地，严重影响了脱硫除尘效果。为了使旋流板可以不失真的应用于大型设备，对于旋流板的设计与研究，是一个新的课题，很值得研究。现以邯郸热电厂大型机组烟气脱硫为例，简述一下我们的研究成果

3、。二.设计条件和设计原则1.设计条件邯郸热电厂#11号机组于1998年11月建成投产，装机容量为200MW，锅炉最大蒸发量为670t/h,每台锅炉配置了两台双室器电场干式高压静电除尘器，除尘效率>=99%，现进行第二期改造工程，完成脱硫任务。 烟气经电除尘器除尘后的性能参数： 烟气量 66.5万m3/h 烟气温度TS=405.5K 烟尘排放浓度108.8mg/Nm3SO2排放浓度：1920mg/m32.设计原则每台静电除尘器后设计两套脱硫装置并联烟气的空塔气速一般为2.4-4.0m/s的范围内，设计中取3.3m/s.因为气速太大，带液会比较严重；气速太小，塔径将很大，不经济，按3.3m/

4、s计算，塔径也达到了5.7米。对于这种大塔径的设备，其设计参数计算，运行经验都是难以找到的。怎么办？笔者认为前人的成功经验是可以借鉴的。如旋风分离器的通常直径1、2米为好，最大不要超过2米。那么塔径2米为上限。采用“分层法”，即把直径5.7米的塔，以2米直径为一单元，将5.7米的直径分为n个单元，再按照等开孔率，等流速，等距离的原则，使气体流动的降压相等，不走短路，而达到高效除尘脱硫的目的。近似相等的原则：根据叶片长度，先假设内层旋流板盲板直径为500mm，盲板尺寸一般为塔径的1/4左右。内层塔径2000mm，该直径是旋风除尘器设计的允许最大直径，可保证较好脱硫效果，以塔径2000mm为一单元

5、，直径为5700mm的塔径，共需多少层呢？共需层数为2.85层，考虑每层旋流板要设置盲板与溢流堰，所以层数取3层即可达到要求，即除去外层塔壁后，再加设2层筒壁。随后进行三层塔层的设计计算。为保证烟气的处理效率，气流应能在5.7米的塔内分布均匀，不走偏流，因此必须保证通过三个塔层的旋流板的压强降相等，为达到此目的在设计中应使三层旋流板的开孔率保持一致，并选择相等的气速。我们称之为“等开孔率原则”和“等速原则”，而气速的大小的选择，前文已论述，在保证夹带液量和气流阻力降较小的条件下 ，尽可能取较高气速，使设备尽量小，取得最佳的经济效果。为了使通过旋流板的气体与筒壁碰撞时能尽可能的高效、等效，进而使

6、脱硫达到最佳效果，设计过程中取三层的叶片长度近似相等，并以此来作为设计塔层尺寸的基本依据，通过多次试算求出符合要求的塔层总体尺寸，我们称之为“近似等叶片距离原则”。以上三原则，便是本设计的关键与精髓所在，正是基于以上三条原则的设计，才保证了旋流板能在大型脱硫设备中得以高效的应用。三.计算结果及有关说明按照上述三个设计原则。参考“旋流板塔”设计有关资料。现将有关设计及主要结果叙述如下：选择空塔气速3.3m/s。由总气量可求出总塔径为5.7m。取内层塔径为2m，盲板直径为塔径的1/4左右，故取为0.5m，首先粗算应分层数，根据每层塔体“叶片近似相等原则，所以共需（5.7-2）/2+1=2.85,已

7、考虑到溢流堰和盲板的长度，故取3层塔壁，由内到外分别称之为1、2、3层塔。首先计算第1层塔的尺寸。根据“等流速”原则和“等开孔率”原则，所以存在各层气量之比等于各层流通面积，也等于各层总面积之比。由此可求出第1层气量为3.69万m3/h，由相关公式：1、 叶片长度计算公式dx=10vrv 式中：dx叶片长度 mrv气相重度 kg/m3v气量m32、 流通面积计算公式A0=Aa（sina-（2´m&z）¸（P（dx+dm）Aa=P/4&（dx2- dm2）A0 气体流通截面积m2a 仰角m 叶片数， 块z叶片厚度 mm3、 开孔率计算公式Y= A0&ATAT 塔截面4、

8、压降计算公式P=0&F02&（2&g）+3.6&v&F0+4 0 穿孔阻力系数 取1.6F0 穿孔动能因子 kg0.5/m0.5s其中 F0 =（v0&rv）/（3600& A0） v溢流口液速 v=2.78&L/Af其中 L液量 m3/hAf溢流口总面积 cm2大型旋流板净化塔 背景技术 旋流板塔是浙江大学于20世纪70年代初研制成功并在工业上获得广泛应用的一种新型塔板，这种塔板由于开孔率大，故处理能力大，压降低，不易堵塞。他们先后研制了“板-管结构”和“板-椎结构”两种不同形式的旋流塔板。（引自现代塔器技术高速塔） 旋流板由布液盲板，旋流叶片，罩筒，集液槽，溢流管（锥）组成。气流通过叶片时

9、产生旋转运动，液体由盲板分配到各叶片形成薄液层，被叶片间吹出的气流喷成细液滴，在旋转气流中受离心力甩向塔壁形成旋转的液环，并受重力作用流至集液槽，再通过溢流管（锥）流到下层塔板的盲板上。旋流板有内向传质混合型和外向离心分离型两种。旋流板技术已在全国几十种不同用途中发挥作用，1984年获全国科学大会四等奖。中国专利94210374.2湿法烟气脱硫除尘装置把旋流塔板应用到烟气净化领域。旋流板塔负荷高，压降低，操作弹性大而得到广泛应用，特别是直径1000mm的塔被广泛用于吸收、气液接触传热、除雾、除尘，效果显著。当塔板放大时，旋流板的开缝随着直径的增大而增大，且离心力场变弱。对塔体流体力学状态、传热

10、传质规律性及放大效应，尚需进一步弄清后才能在大塔推广（中氮肥1987年 01期大直径双程旋流板冷却塔技术总结）。中氮肥和1994年 02期大直径双程旋流板塔在柳化厂的应用，包钢科技1999年 04期大型除雾旋流板在喷淋塔的应用等文献均采取双程旋流板解决这一问题，双程旋流板外程叶片数比内程叶片多一倍，塔壁处叶片间距可缩小，气液的分布和接触不至恶化，仍可保证较高的传质传热效率。四川化工总厂冷凝塔直径3000mm，包钢烧结厂烟气净化塔直径6500mm。全国化工热工设计技术中心站2001年会论文集旋流板塔大型化的设计与研究（湖南大学陈昭宜等）论述了邯郸热电厂5700mm烟气脱硫塔采用叶片外端直径分别为

11、2000mm、3900mm和5700mm三程旋流板处理30万m3/h烟气。由于旋流塔板放大后，旋流板开缝增大，且离心力变弱，塔体流态、传热传质规律性变化较大，双程和多程旋流板效果变差，影响旋流板塔大型化应用推广。为了克服旋流塔板放大后开缝增大，离心力变弱，吸收、气液接触传热、除雾、除尘效果变差的问题，本实用新型提供一种大型旋流板净化塔，可以使旋流塔板直径很大。旋流板塔Rotating-Stream Tray Scrubber旋流板塔（专利号ZL94210374.2）是浙江大学谭天恩教授为首的研究小组发明的一种高效、节能的专利传质设备，适宜于进行快速吸收、洗涤、增减湿、气体直接传热、除雾、除尘等

12、操作过程。自70年代问世以来在环保、石油、化工、轻工、冶金等行业得到普遍的重视和应用。近年来更是成为烟气脱硫除尘和工业废气治理领域的一朵奇葩，创造了巨大的社会、环境和经济效益。2000年12月通过国家环保总局召开的国家“九五”重点科技攻关项目“旋流板塔湿法烟气脱硫除尘技术与装备研究”成果鉴定会，鉴定委员会一致认为：“该技术与装备达到国际先进水平，建议国家有关部门大力支持和加快该成果的推广和应用”。旋流板塔的主要特点 传质、传热效果好，气相单板效率（EMV）可达50%；多块旋流塔板的脱硫效率可达90%以上 防堵性能好、操作弹性宽、适用范围广、操作管理方便 气液负荷高，雾沫夹带少 塔板压降低，系统

13、阻力小；运行费用低 除尘性能好，可达98%以上 以旋流板塔作为吸收塔以应用于各种烟气脱硫技术中，例如：双碱法、氧化镁法、简易石灰/石膏法、简易烟气脱硫除尘一体化工艺等。旋流板塔工作原理旋流板塔工作时，烟气由塔底从切向高速进入，在塔板叶片的导向作用下旋转上升。逐板下流的液体在塔板上被烟气喷成雾滴状，使气液间有很大的接触面积。液滴在气流的带动下旋转，产生的离心力强化气液间的接触，最后被甩到塔壁上，沿壁下流，经过溢流装置流到下一层塔板上，再次被气流雾化而进行气液接触。由于塔内提供了良好的气液接触条件，气体中的SO2等酸性气体被碱性液体吸收的效果好；旋流板塔同时具有很好的除尘性能，气体中的尘粒在旋流塔

14、板上被水雾粘附，并受离心力作用甩到塔壁而除去，从而具有较高的除尘除雾效率。本公司设计的特殊组合式除雾装置，将进一步保证高效的除雾性能，以避免风机带水问题。旋流板塔湿法脱硫反应原理湿法烟气脱硫是应用最为广泛的脱硫技术，湿法烟气脱硫的基本过程是用含脱硫剂的溶液或浆液在旋流塔板中洗涤烟气，使烟气中的二氧化硫在旋流板塔内较好传质条件下，与脱硫液进行较为充分的吸收反应，从而大大降低烟气中的二氧化硫浓度，达到脱硫目的。湿法烟气脱硫可以达到较高的脱硫效率，工程投资和运行费用都较低，管理和维护也较为方便。湿法脱硫的主要缺点是净化烟气的温度较低，应进行净化烟气的再加热，以防露点腐蚀并有利于烟气排放后的烟气抬升。

15、石灰石是最早作为烟气脱硫的吸收剂之一，由于石灰和石灰石的价格低廉、取料广泛，使得石灰/石灰石法的运行费用在各种脱硫方法中相对低而应用最广泛。石灰/石灰石浆液在旋流板塔中洗涤烟气的总的反应是SO2和Ca（OH）2或CaCO3起作用，生成亚硫酸钙，其一部分氧化成硫酸钙。为了进一步的脱硫渣的处理，我们采用强制氧化生产石膏的工艺。双碱法烟气脱硫技术早已在日本和美国的大型工业装置上成功应用。该法流程特点为先用可溶性的钠碱吸收液在吸收塔内进行脱硫，然后在塔外再用石灰乳或石灰石粉对钠基吸收液进行再生，在我们的工艺中电石渣常被用来替代石灰进行再生。再生液继续进行循环脱硫。双减法有如下优点：塔内钠基清液作为吸收

16、液，大大降低了结垢机率；钠基吸收二氧化硫速率高，在较低的液气比下可得到较高的脱硫率，同时还可大大提高石灰的利用率。反应主要方程式如下：吸收过程：Na2CO3 + SO2 Na2SO3 + CO22NaOH + SO2 Na2SO3 + H2ONa2SO3 + SO2 + H2O 2NaHSO3再生过程：2NaHSO3 + Ca（OH）2 Na2SO3 + CaSO3 + 2H2ONa2SO3 + Ca（OH）2 2NaOH + CaSO3旋流板塔发展历程旋流板塔自1974年首次用于衢州化工公司碳铵干燥尾气回收氨以来，已广泛用作中小氮肥厂的半水煤气脱硫（H2S）塔、饱和热水塔，除尘、冷却、冷凝塔

17、等，也用于环保行业脱除烟气和废气中的飞灰、SO2、NOx、H2S 及铅、汞蒸汽等，取得了巨大的环境效益和社会效益，获得1978年全国科学大会奖和1984年国家发明奖。至90年代，在国家自然科学基金和省自然科学基金（各二次）的资助下，以谭天恩教授为首的研究小组又对旋流塔板上的气液运动、传质效率、放大效应等进行了深入的研究，又获得化工部1993年科技进步二等奖、国家教委1996年科技进步三等奖、1999年浙江省环境保护科技进步二等奖。从80年代前期开始，旋流板塔开始用于小型锅炉的烟气脱硫研究，在实验室的基础上对同时脱硫、除尘、除雾相关的工程性问题进行了深入研究。旋流板塔石灰/ 石灰石法、以及双碱法

18、、电石渣和废碱液脱硫技术作为实用可靠的脱硫除尘技术，具有投资和运行费用低、操作弹性大、管理和维护方便等特点，现已逐渐推广应用于电力、化工、矿冶、轻工等行业的烟气脱硫除尘和其它工业废气治理。在“九五”期间，浙江大学环境工程研究所承接了国家“九五”重点科技攻关项目，对旋流板塔脱流除尘一体化技术进行了工艺优化、设备结构优化、防腐耐磨材料、成套化、系列化等方面的研究在工业应用上获得了巨大的成功。旋流板塔技术旋流板塔技术的发展旋流板塔是浙江大学谭天恩教授为首的研究小组开发的、曾获国家发明奖的一种高效通用型传质设备（专利号ZL94210374.2），具有气液流通量大、压降低、操作弹性宽、除尘效率高、不易堵

19、、效率稳定等优点，其综合性能优于目前国内外普遍使用的其它脱硫塔。 旋流板塔自1974年首次用于衢州化工公司碳铵干燥尾气回收氨以来，已广泛用作中小氮肥厂的半水煤气脱硫（H2S）塔、饱和热水塔，除尘、冷却、冷凝塔等，也用于环保行业脱除烟气和废气中的飞灰、SO2、NOx、H2S及铅、汞蒸汽等，取得了巨大的环境效益和社会效益，获得1978年全国科学大会奖和1984年国家发明奖。至90年代，在国家自然科学基金和省自然科学基金（各二次）的资助下，以谭天恩教授为首的研究小组又对旋流塔板上的气液运动、传质效率、放大效应等进行了深入的研究，并获得化工部1993年科技进步二等奖、国家教委1996年科技进步三等奖、

20、1999年浙江省环境保护科技进步二等奖。旋流板塔石灰/石灰石法、以及双碱法、电石渣和废碱液脱硫技术作为实用可靠的脱硫除尘技术，具有投资和运行费用低、操作弹性大、管理和维护方便等特点，现已逐渐推广应用于电力、化工、矿冶、轻工等行业的烟气脱硫除尘和其它工业废气治理。在“九五”期间，浙江大学环境工程研究所承接了国家“九五”重点科技攻关项目，对旋流板塔脱硫除尘一体化技术进行了工艺优化、设备结构优化、防腐耐磨材料、成套化、系列化等方面的研究在工业应用上获得了巨大的成功，并于2000年12月通过国家环保总局召开的国家“九五”重点科技攻关项目“旋流板塔湿法烟气脱硫除尘技术与装备研究”成果鉴定会，鉴定委员会一

21、致认为：旋流板塔为圆柱形塔体，塔内根据需要装设各种不同类型的旋流塔板。工作时，烟气由塔底切向进塔，在塔板叶片的导向作用下使烟气旋转上升，并在塔板上将逐板下流的液体喷成雾滴，增大气液间的接触面积；液滴被气流带动旋转，产生的离心力强化气液间的接触，并被甩到塔壁上，然后沿塔壁流下，通过溢流装置到下一层塔板上，再次被气流雾化而进行气液接触。所以，即使在同等液气比的状态下，随着塔内塔板数的增加，其脱硫除尘效率将不断提高；同时，液体在与气体充分接触后又能有效地利用离心力作用进行气液分离避免了雾沫夹带现象，其气液负荷比常用塔板大一倍以上。又因塔板上液层薄、开孔率大而使压降较低，达同样效果时的压降比常用塔板约

22、一半，因此，综合性能优于常用塔板。由于塔内提供了良好的气液接触条件，气体中的SO2被碱性液体吸收（脱硫）的效果好；气体中的尘粒也易被水雾粘附而除去，此外，尘粒及雾滴受离心力甩到塔壁后，亦使之被粘附而除去，从而使气流带出塔的尘粒和雾滴很少。旋流板塔上部装有组合除雾装置，减少塔出口烟气带水的危害。旋流板塔脱硫除尘技术的应用脱硫除尘旋流板塔旋流板塔技术可以实现脱硫、除尘一体化.塔内的工作机理是针对烟尘成份组成的特征,采用成功的碱液吸收法,经过旋流、喷淋、吸收、吸附、氧化、中和、还原等物理、化学过程,以及脱水、除雾,达到脱硫、除尘、除湿、净化烟气的目的.1 、脱硫原理一般情况下,脱硫是利用二氧化硫的特

23、性,即酸性、氧化性、还原性.氧化性与还原性是在强氧化剂强还原剂与催化剂的作用下氧化成酸性更强的 SO3 与还原成原素硫.一般情况下,利用碱液脱硫时关键应考虑溶解性: SO2 溶解于水,但溶解度不大,那么当碱液量一定时,只能靠增大碱液与 SO2 的接触面积,使SO2 溶于水后与碱快速反应生成盐再次溶解 SO2 ,或直接 SO2 与H2O 、碱同时接触反应.或碱液对 SO2 进行包溶,那么,在其它条件相同时（如PH 值为定值、碱液量相同时）碱液的雾化质量越好、脱硫效率越高.旋流板塔独特的设计能使高速运动的气流对碱液作激烈的搅拌,产生涡流内循环,重复雾化,使碱液完全雾化,液滴粒径基本在 0.2mm

24、以下,达到最佳雾化质量,液雾与 SO2 充分搅拌在一起,达到最佳的接触方法与接触面积,从而达到理想的脱硫效果.脱硫除尘2 、除尘原理烟气自脱硫除尘塔底部切向进入后,绕着底部的稳流柱旋转上升,墙体切割,利用离心力作用除去 70% 的较大尘粒,然后变速通过三层涡流旋流板.在这三次大的变速运动中,高速气流对碱液做激烈搅拌使水达到最佳的雾化质量 （ 液滴直径 0.2mm） ,从而使得烟气与碱液达到最大的接触面积 （ 是水膜除尘器中的水与烟气接触面积的 200 倍以上 ） .这样,较大的尘粒在离心力作用下被除去,较小的尘粒受到液滴的碰撞与拦截,受到粒子上的冷凝,受到多次的布朗扩散等作用而凝并成较大的尘粒

25、而被除去,此外,还有部分微小尘粒通过絮流、吸附、聚凝、催化传质后被捕集,最后都流至塔底部再排至沉灰池.3 、原理的独特设计1 ）旋流板上的碱液基本不下落,在板上做抛物运动;2 ）该技术能使气液接触面积至最大化,又使气相紊动剧烈,增强了碱性液体对酸性气体的吸收作用;3 ）独特的用水量设计是利用雾化水量、阻力、烟气温降、三方互益的坐标极限来设计的,使得阻力、温降、用水量都最为合理;4 ）有效的利用碱液的结垢周期,控制碱液在除尘器内的停留时间,使碱液在除尘器内不结垢.旋流板塔示意图:4 、应用旋流板塔技术的脱硫除尘器介绍:脱硫除尘（ 1 ）花岗岩麻石脱硫除尘器:筒体、分水沟、分水器、旋流板、溢流沟全

26、部采用花岗岩制造,仅有卡节与支架为不锈钢制造;设备特点:1 ）脱硫、除尘效率高;2 ）整套设备使用寿命长、造价低;3 ）整套设备无喷嘴、无阻塞,可以完全使用废水;4 ）排放烟气不带水;5 ）结构紧凑,占地面积小,外型美观.（ 2 ）全不锈钢脱硫除尘器筒体、分水沟、分水器、旋流板、溢流沟、卡节与支架均为不锈钢制造,使得整套设备使用寿命长,性价比高.脱硫除尘2 ）设备使用寿命长,性价比高,故障率低,无文丘里喉管,外部无溢水槽,整体阻力小;3 ）结构紧凑,占地面积小,外型美观;1. 环境保护治理:（废气、废水、噪声、除尘）工程设计、制造、安装、调试、维修;2. 电站和工业锅炉,工业炉窖烟气脱硫除尘工程;3. 车间、机房噪声、有害气体、有害粉尘治理;4. 纯水、洁净空气工程的设计、制造、调试、维修;5. 销售各类除尘器配件、监测仪器、药剂、其它环保设备.旋流板塔选型表风量外形尺寸1000M3/hD500/D1700H65002000M3/hD700/D19003000M3/hD800/D110004000M3/hD1000/D11300H70005000M3/hD1100/D114007500M3/hD1200/D11500H750010000M3/hD1400/D11700H800015000M3/hD1