湿法烟气脱硫系统的吸收塔设备

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湿法烟气脱硫系统的吸收塔设备

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颜俭，惠润堂，杨爱勇

（国电环境保护研究院，江苏南京5678897）

摘要：介绍了石灰:石灰石—石膏湿法烟气脱硫系统中的关键设备吸收塔，其主要作用是以低成本和高可靠性提供吸收;<6的液体表面积，石灰:石灰石吸收剂在此与;<6反应达到脱硫的目的。关键词：吸收塔；烟气流速；喷淋层；布置

!"#$%&’$：!"#$%&’(%#()&$*#+,$(-’.-"#/)0#’(/)0#&-’1#2#-345&+&-#067-’&0$)1,8(,’&#)&-’8,9($:#/);8):&8(.$<#$(#$.’(=>!$%&’(%-)’1$-/’2<’&-$1:2)-"")9"(#/)$%)/)-+6?)0#$1:/)0#&-’1#$%&’(%#1-&(#$<-&2)-"=>!)1./8#9$&$-"#(#-’<’1-(’/=>!#0)&&)’16

()*+,%-#：$%&’(%#(；./8#9$&@#/’<)-+；&,($+/$+#(；$(($19#0#1-中图分类号：=>87?955555文献标识码：@55555文章编号：788ABC896（688D）8EB8879B8E

!"概述

自68世纪A8年代以来，我国大型燃煤电厂烟气脱硫工程的应用，经历了由外商建造、引进技术与外方合作建造、国产化示范装置建造及国产化商业建造几个阶段。随着国家相关政策、法律、法规的颁布和实施，将有更多的火电厂需要进行;<6的控制。当前，脱硫已进入大规模推广应用阶段。

湿法烟气脱硫工艺是目前脱硫率最高的123技术，包括了许多不同类型的工艺流程，其中以石灰石或石灰作为吸收剂的石灰石:石灰—石膏烟气脱硫工艺约占全部安装123容量的>8F。

典型的石灰石—石膏湿法脱硫系统流程如图7所示，其中;<6吸收塔是该工艺中的关键设备。吸收塔设计的最重要目标是以低成本和高可靠性提供吸收;<6

的液体表面。

#"吸收塔类型

#$!"按烟气及循环浆液流动方向分类

湿法脱硫最广泛使用的吸收塔可以分成逆流式和顺流式两大类，划分的基础是吸收塔内烟气和循环浆液流动的相对方向。在逆流结构中，来自反应槽的新鲜循环浆液首先在吸收塔出口侧与烟气接触，浆液流动方向与烟气流动方向相反。而在顺流结构中，新鲜浆液在吸收塔进口侧与烟气接触。浆液流动方向与烟气流动方向相同。两种结构形式示于图6

。

图65逆流及顺流吸收塔结构

123供应商提供的吸收塔大多采用逆流式。其主要优点是新鲜循环浆液在吸收塔出口侧与烟气接触，这样在出口侧吸收了;<6的浆液还可从进口

图75典型的石灰石—石膏湿法脱硫系统流程

烟气中吸收;<6，另外传质系数随喷淋浆滴与烟气

79

万方数据　

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间相对速度的增大而增大，这是因为液滴表面的紊流加大了。还有，液滴在吸收塔内的滞留时间更长，从而使吸收塔单位容积内有更大的反应表面积。因此在其他条件相同时，液滴与烟气逆向流动使吸收更有效。

与逆流式相比，顺流式的主要优点是吸收塔内烟气速度可以选取高一点，意味着吸收塔尺寸可以减小些，因而设备成本就可以降低些。在逆流式中，烟气速度的上限由烟气对浆液的携带特性决定，如滴大小是在一定范围内分布的，一些较小的液滴会被烟气夹带上行，必须由除雾器捕集。除雾器通常在塔内顶部整个断面上水平布置，也可垂直布置于

出口水平烟道内。

果烟速过高，烟气就会携带吸收塔上部的液滴，使其无法向下流动以充分接触烟气，这种限制对逆流喷淋吸收塔尤其明显。典型的喷淋液滴粒经在!"""#$"""!%之间。逆流式吸收塔内烟气速度必须小于&%’(，这样就不会有大量的液滴被烟气夹带到吸收塔上部。而在顺流式中，烟气通常从吸收塔上部朝底部反应槽液面流动，然后，急转向上到吸收塔出口。大部分被烟气携带的液滴通过反应槽浆液表面上的惯性撞击被捕集。顺流式吸收塔设计烟气速度在)%’(左右。

!"!#按$%!从烟气向浆液传质表面积的产生方式

分类

除了按烟气和循环浆液流动的相对方向分逆流式及顺流式两类外，吸收塔还可根据*+,从烟气向浆液传质的表面积的产生方式分类。按此分类，目前石灰和石灰石-./工艺可提供的吸收塔种类有喷淋空塔、喷淋托盘塔、喷淋填料塔、双回路吸收塔和喷射鼓泡塔（012）。,3,3!4喷淋空塔

44喷淋空塔是石灰’石灰石-./工艺中应用最广泛的一种吸收塔类型。图$显示了典型喷淋空塔的主要特点。

在喷淋空塔中，烟气通常由吸收塔下部进入，然后向上流动。导流叶片可用来使进口烟气在吸收塔断面上均匀分布。吸收*+,的表面由喷嘴产生的液滴提供。喷淋层在不同的高度穿过吸收塔的侧壁，布置足够数量的喷嘴。各喷嘴的喷淋面相互重叠，完全覆盖吸收塔整个横断面。通常每个喷淋层由相应的循环泵供浆。泵运行的数量可以按要求增减，以适应机组负荷和燃煤含硫量的变化，维持要求的脱硫效率。

喷淋液滴在塔内下落，或进入塔底部的一体反应槽，或引到一个外部反应槽。由于喷嘴喷出的液

!6

万

　方数据图$4喷淋空塔

此外，喷淋空塔的设计要考虑以下几点：（!）喷淋层布置。喷淋空塔内喷淋层的安装应使吸收塔横断面被喷淋液滴完全、均匀地覆盖。最重要的设计参数是层数和层间的垂直距离。这些参数涉及吸收塔的总高度，因而也是影响设备费用的重要因素。典型的喷淋空塔设计$#&个喷淋层。第一层必须布置在离烟气进口烟道上方足够远的位置，使得喷淋浆液能够接触进入的烟气，且不会有过多浆喷入进口烟道，距进口烟道顶部的典型距离为,#$%。相邻喷淋层的典型距离为!#,%。最上层与除雾器底部至少应为,%。

（,）喷嘴特性与布置。喷淋塔内的脱硫效率主要取决于液滴的数量和大小以及塔内烟气速度。液滴数量和大小又取决于浆液总流量和喷嘴特性。-./应用中典型的液滴*5/在!&""!%#$"""

!%之间。较小的液滴会产生较高的每单位体积循环浆液的洗涤效率，液滴大小的下限主要由雾滴限制。在逆流喷淋塔内$#6%’(的典型气速下，小于&""!%的液滴会被烟气携带上行，进入除雾器。如果比例过大的液滴带入除雾器，除雾器

“夹带”

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就不能正常工作，导致过多的液滴进入出口烟道和烟囱。典型!"#系统中，直径小于$%%!&的液滴数量应不超过总量的$’。喷嘴制造商可提供具体喷嘴的详细液滴尺寸分布数据。一般来说，在同样压力下小喷嘴产生的液滴尺寸较小。但是，喷嘴必须足够大以使得浆液中的颗粒杂质能够通得过。喷嘴布置还必须足够靠近，这样重叠的喷淋面才能消除“漏洞”，否则烟气会通过漏洞，不与液滴接触。在石灰或石灰石湿法!"#喷淋空塔的典型设计中，喷淋托盘塔的结构。喷淋托盘塔将逆流喷（-）

淋塔和多孔托盘结合在一起。托盘一般安装于塔内下部，上方有.个以上喷淋层。托盘下方也可能有喷淋层，以保证烟气在接触托盘前达到完全饱和。托盘本身为一个多孔板，孔的典型大小为.$,4%&&，开孔面积为.$’,4%’。托盘通常被隔板隔开以改善浆液的分布。在运行中，烟气穿过部分孔向上流动，而浆液则经其他孔向下流动。由于留在托盘上浆液的紊流运动，烟气与浆液通常会交替流过喷嘴运行压力为(%)*+,-%%)*+时，每个喷嘴的流量为-%,.%/01。用这种尺寸的喷嘴，典型间隔为-2%&.,-2$&.。

（3）烟气速度对脱硫的影响。喷淋空塔中的烟气速度对脱硫率有明显影响。在逆流式吸收塔中，烟气速度升高，烟气与液滴间的相对速度增大使得紊流加剧，从而减少了液膜和气膜的厚度。同时，液滴通过吸收塔的时间随烟气流速的升高而增加。一般会提高脱硫效率。

（4）总喷淋量对脱硫的影响。在喷淋塔中，总喷淋量随循环泵数量的改变而增大或减小。大多数情况下，每个喷淋层由-台独立的循环泵供浆，吸收塔内的液滴总表面积基本上正比于总喷淋量，因为所有喷嘴在恒定压力下运行，而液滴尺寸分布并不随泵运行数量的变化而变化。总喷淋量和液滴总表面积间的比例关系还需假设液滴数量不因凝聚而减少，也不因液滴与喷淋层及支撑结构的碰撞而减少。

（$）喷淋层高度（吸收塔高度）对脱硫的影响。在有多个喷淋层的喷淋塔中，每个喷淋层产生的液滴表面积随喷淋层在塔内高度的增加而增加，因为喷淋层位置越高，其产生的液滴在离开吸收塔之前经过的行程越长。但也有一些因素会减小喷淋层高度对脱硫的影响。由于液滴离开喷嘴后的行程加长，其速度降低，气膜与液膜厚度就会增加。另外，液滴表面的含碱量也基本耗尽了。液滴还会与其他液滴碰撞而凝聚。最后的净效果是顶部喷淋层产生的液滴表面积到达喷淋层下部时的脱硫效果比低位喷淋层提供的“新鲜”表面积的效果差，意味着喷淋层高度对脱硫效率的影响要比预期的小。

（5）进口67.浓度对脱硫的影响。在其他运行条件相同时，进口67.浓度升高，通常会使脱硫效率降低，影响程度则取决于液相的碱性。.2.2.8喷淋托盘塔

万　

方数据托盘上的孔。这种类型逆流托盘最普通的流动方式可以描述为烟气射流或鼓泡经过持续保持在托盘上的浆液。一个逆流托盘可使吸收塔烟气压降增加4%%*+,9%%*+。托盘也可以安装在现有吸收塔中

来提高性能。

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其上方的喷淋区，喷淋区损失的表面积会明显影响从托盘获得的表面积。如果在现有喷淋塔中的托盘能改善烟气分布，脱硫性能的改进程度会超出上述水平。在喷淋空塔内加装象托盘这样的内部装置，可以强化传质，但也增加了堵塞的可能性。

（!）烟气流速对托盘脱硫的影响。增加烟气流速使托盘上液相保持量和紊流程度增加（也增大压降），性能试验数据表明，烟气速度增大时，脱硫率或保持不变，或略有上升。

（"）浆液总流量对托盘脱硫的影响。加大喷淋托盘塔的浆液流量也就增大了液相保持量和托盘压降。试验表明，随浆液流量的增加，脱硫率也在提高。

#$#$!%填料塔

提高&’#吸收表面积的另一个方法是在吸收塔内安装填料。气体吸收塔中很早就采用各种类型填料了，但因为可能堵塞或结垢，填料在石灰石()*工艺中的应用一直很有限。和托盘的使用一样，也是由于化学过程及控制方面的发展降低了堵塞和结垢的风险，

填料已逐步成为一种较可行的方法。

万

方数据

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*556年-----------颜俭等：湿法烟气脱硫系统的吸收塔设备-----------第,期反过来，!"#低则过量石灰石要多。

与单回路吸收塔相比，双回路吸收塔则可以在!"#和过量石灰石都较低的情况下获得相同的脱硫率。这是通过将下回路和上回路反应槽浆液$%值控制在两个不同设置值上来实现的。上回路以相对较高的$%值运行，其循环浆液中的过量石灰石多一些，可降低!"#和循环泵能耗。下回路以低$%值运行，循环浆液中的过量石灰石量就少。下回路使用的石灰石大部分由上回路反应槽溢流提供。因为固体副产物从下回路抽取，与单回路相比，浪费的石灰石较少。同时，下回路$%值低也有利于亚硫酸盐的氧化。

双回路吸收塔的另一个优点与浆液氯化物浓度有关。由于烟气中的%&’比()*更可溶，即使以低$%值运行，大部分%&’也能在下回路中被吸收，因而，只有吸收塔的下回路段接触氯化物浓度高的浆液。这样吸收塔上部就可以用比下部材料便宜的合金制作，以节省材料费用。*+*+,-喷射鼓泡塔（./0）

喷射鼓泡塔是日本千代田公司的专利设计，因其吸收表面积产生方式与众不同而在1#2行业内独一无二。其吸收表面积由烟气鼓泡穿过浆池形成，其他类型吸收塔由循环浆液流过烟气产生。图3表示了./0的基本特点。

烟气进入./0前先在一个冷却段预冷，./0内有一个由上下盖板形成的封闭气室。烟气强制通过下盖板上的多个喷管，这些喷管沉入./0底部反应槽内的浆液中。通过烟气喷出喷管时的鼓泡作用及浆液上升促进()*的吸收，然后烟气经贯穿上下盖板的上升管离开./0。一个外置除雾器除去从./0带出的雾滴。喷管底以上的浆液液位可以用一个溢流堰进行调节，以增加或者减少./0中气液接触面积。堰上溢流出去的浆液流入一个外置浆液槽，石灰石也在此加入。

./0与前述其他吸收塔相比有其特有的优点。由于烟气鼓泡进入反应槽，./0塔体比常规喷淋塔紧凑。因为没有浆液循环时产生的磨擦，./0产生的石膏晶体的尺寸分布相对较大。./0中测得的除尘效率比常规喷淋塔高，

总功耗也较低。

万

方数据。

收稿日期：*556756785；修回日期：*5567597*:

作者简介：颜俭（;:6,7），男，江苏常熟人，高级工程师，副所长，主要从事火电厂脱硫脱氮技术的研发及其工程应用。

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湿法烟气脱硫系统的吸收塔设备

作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：引用次数：

颜俭， 惠润堂， 杨爱勇， YAN Jian， HUI Run-tang， YANG Ai-yong国电环境保护研究院,江苏,南京,210031电力环境保护

ELECTRIC POWER ENVIRONMENTAL PROTECTION2006，22(5)3次

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2001,17(2)

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