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技术交流

烟气脱硫喷淋塔本体设计与分析

郭毅,李荫堂,李军
(西安交通大学,陕西西安710049)

[摘要]对湿式烟气脱硫喷淋塔本体尺寸进行了分析,结合已有的工程设计经验,给出了确定喷淋塔本
体尺寸的具体步骤,并讨论了设计应考虑的主要问题。

[关键词]烟气脱硫;吸收塔;喷淋塔;传质单元数

[中图分类号]X511[文献标识码]B[文章编号]10023364(2004)01002903

湿式烟气脱硫中的石灰石法已成为我国火电厂烟1.1操作线与液气比
气脱硫的首选工艺[1]。在烟气脱硫系统中,吸收塔是喷淋塔多为逆流操作,塔内烟气向上流动,吸收液
核心装置。近年来国内外的发展趋势表明,喷淋塔逐雾滴向下降落。以污染物在液相中的摩尔分数为x,
渐成为湿式烟气脱硫吸收塔的主流塔型[2]。污染物在气相中的摩尔分数为y,则
目前国内的火电厂烟气脱硫装置主要靠进口。虽液相中污染物的摩尔分数x
X==
然这些装置大多技术成熟、运行稳定,但是投资和运行液相中吸收剂的摩尔分数1-x
气相中污染物的摩尔分数y
费用极高,以至于在我国目前情况下难以推广。因此,Y==
气相中载气组分的摩尔分数1-y
主要装置的自行设计、制造是必要而迫切的。
由物料衡算可得操作线方程:
在喷淋塔内,吸收剂浆液喷雾形成较大的气液接
LmLm
触界面;烟气与液体雾粒一般为逆流,雾粒降落过程中Y=X+Y1-X1(1)
GmGm
吸收SO2,落入下部浆池,在池中氧化成石膏后排出。2
式中:Lm为吸收剂流量,kmol/(m·s);Gm为载气流
烟气向上流动,经除雾装置脱除去其携带的雾粒后排
量,kmol/(m2·s)。如图1线AB所示,操作线斜率
出塔外。
L/G(此处为无因次)即液气比。操作线表示塔内
根据双膜传质模型推导出的吸收塔高度计算公mm
任一高度上污染物的平均气相浓度Y和液相浓度X。
式,传质单元高度和传质单元数决定吸收区需要的高
度;液气比影响操作线与平衡线的相对位置,进而影响
设计塔高或脱硫效率。本文对喷淋塔本体设计进行讨
论。

1喷淋塔高度设计的理论分析

根据双膜理论的一系列假设,吸收过程的传质阻
力简化为气液界面处被吸收组分(污染物)通过气膜与图1操作线与平衡线
液膜的扩散阻力,由此控制气液两相的传质速率。喷
根据操作线方程和相应的相平衡浓度y3、x3,计
淋的作用是造成尽可能大的气液传质界面。

收稿日期:20030827
作者简介:郭毅(1981),女,河南邓州人,西安交通大学环境工程系在读硕士研究生,主要研读方向为大气环境及污染控制。

热力发电·2004(1)m~

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算出各自对应的Y3、X3,即得到平衡线OC(图1)。收系数增大,因而可降低塔高。如果给定吸收区高度,
对于给定的烟气进出口污染物浓度、浆液进口浓L/G增大,则脱硫率提高。但另一方面,L/G增大,
度,最小液气比对应的操作线为AC,即理论上吸收液液体停留时间有所减少;而且循环泵流量增大,塔内气
到出口能达到的最高浓度。液气比增大,操作线斜率体流动阻力增大使风机耗能增大,投资和运行费用相
增大,操作线上端由C向B移动,浆液出口污染物浓应增加。实际设计和运行应尽可能采用适当小的液气
度降低。实际设计的液气比为最小液气比的1.2～比。
1.5倍[2,3]。对于给定塔高、烟气进口浓度,液气比增石灰石法喷淋塔中的液气比一般为(15～25)
3[2,3]3[4]
大,可使烟气出口污染物浓度降低,亦即脱硫率升高。L/m。有推荐值为16.6L/m。实际中L/G
随具体情况而变化,比如添加缓冲剂可大幅度减小液
[2]
1.2吸收区高度气比。
达到给定的吸收目标需要一定的塔高。烟气量增烟速提高可增大吸收系数。烟速增大,气液两相
界面湍动加强,气膜厚度减薄,传质速率系数提高;烟
大只需相应增大塔的横截面积。通常烟气中SO2浓度
很低。吸收区高度的计算式理论上表达为:速增大可减缓液滴下降速度,使体积有效传质面积增
加[6],因而可使塔高降低。但是另一方面,烟速增大,
h=H0×NTU(2)
烟气停留时间缩短,要求增加塔高,因此使其对塔高的
式中:H0为传质单元高度;H0=Gm/(kya),kya为体
降低作用削弱。实际中烟速提高还影响除雾效果。
积吸收系数,其中ky为以污染物气相摩尔差为推动力
研究及实践表明,逆流喷淋塔的烟气流速合适的
的总传质系数,a为塔内单位体积中的有效传质面积,
范围是(2.6～3.4)m/s;典型值为3m/s[4]。设计时需
m2/m3;实验表明,对于低浓度废气,H近似为常
0考虑浆液雾化状况、烟气污染物浓度、脱硫率要求等。
[4]
数。N