喷淋洗涤塔

喷淋洗涤塔、液柱塔及动力波洗涤器

李秋萍程建伟邵国兴

(上海化工研究院上海200062)

摘要：本文简单介绍了喷淋洗涤塔、液柱塔及动力波洗涤器的结构特点及性能。并以工业应用装置的操作参数为基础，进行分析汇总，提出了各设备的设计参数，供同行参考。

关键词：湿式洗涤器；喷淋洗涤塔；液柱塔；动力波洗涤器；除尘；雾化喷嘴；脱硫设备0 前言

湿法除尘设备是采用液体（通常为水）作为洗涤液，通过气液两相的接触，实现气液两相间的传热、传质等过程，以满足气体净化（除尘或吸收）、冷却、增湿等要求。

湿法除尘设备具有结构简单、投资少、操作及维修方便等优点。但在使用中产生的污水、污泥必须进行处理，否则会造成二次污染。另外，当气体中含有腐蚀性介质时，要考虑设备的防腐措施。

湿法除尘设备设计的关键是要使气液两相充分接触，增加洗涤液与粉尘颗粒的碰撞概率等，以提高设备的除尘效率。

喷淋洗涤塔、液柱塔及动力波洗涤器均采用液相喷嘴将洗涤液雾化成细小液滴，均匀地分散于气相中，增大液相的比表面积，有利于提高碰撞及拦截粉尘的概率，达到较高的除尘效率。上述设备均由空筒体、喷嘴及除沫器三部分组成，结构简单，操作维修方便，而且不易产生结垢和堵塞问题，确保设备能够安全长期连续运行。另外，该类设备还具有放大效应小的特点，更适用于作为超大气量的洗涤设备。

近年来，随着人们环保意识的日益加强，烟气脱硫除尘问题受到各方面广泛关注。而火电厂烟气脱硫除尘系统的烟气处理量特别大，一般为105～106[Nm3/h],在采用石灰石—石膏湿法脱硫工艺中，喷淋洗涤塔，液柱塔及动力波洗涤器成了脱硫吸收塔的首选设备，并在工程应用中得到了不断的改进与提高。本文以工业应用装置的操作参数为基础，进行分析汇总，提出了这三种设备的合适的设计参数，供同行参考。

1 喷淋洗涤塔

喷淋洗涤塔是一种古老的湿法除尘设备，由于其结构简单，阻力小，在工业生产中，特别是作为环保设备得到广泛应用。

1.1结构型式及传统设计方法

喷淋洗涤塔结构见图1所示。洗涤液通过喷嘴雾化成细小液滴均匀地向下喷淋，含尘气体由喷淋塔下部进入，自下向上流动，两者逆流接触，利用尘粒与水滴的接触碰撞而相互凝聚或尘粒间团聚，使其重量大大增加，靠重力作用而沉降下来。被捕集的粉尘，在贮液槽内作重力沉降，形成底部的高含固浓相液并定期排出作进一步处理。部分澄清液可循环使用，与少量的补充清液一起经循环泵从塔顶喷嘴进入喷淋塔进行喷淋洗涤。从而减少了液体的耗量以及二次污水的处理量。经喷淋洗涤后的净化气体，通过除沫器除去气体所夹带的细小液滴后，由塔顶排出。

影响喷淋塔除尘效率的主要因素是液滴分布的均匀度、液滴粒径及粒径分布。因此，选择合适的雾化喷嘴及喷嘴的合理布置是设计喷淋洗涤塔的关键之一。

①喷嘴布置喷淋塔内喷嘴的布置应使喷淋塔横截面被喷淋液完全、均匀地覆盖。一般都采用多层喷嘴的布置方式，相邻两层间的喷嘴呈交错布置。两层间的距离为1～2m。每个喷淋层上必须布置足够数量的喷嘴，相邻喷嘴喷出的水雾相互搭接叠盖，不留空隙，使喷出的液滴完全覆盖喷淋塔的整个断面，而且要尽可能减少沿塔壁流淌的液体量，同时要降低喷淋液对塔壁的直接冲刷磨损。

②喷淋覆盖率喷嘴喷出的液体必须能够完全覆盖离喷嘴出口一定距离的喷淋塔截面，防止喷淋塔内出现没有喷淋液的区域而产生气体短路问题。一般要求每个喷淋层的喷淋覆盖率以200%-300%为宜。喷淋覆盖率可按下式计算：喷淋覆盖率= Nm×Am/A

式中：Nm—每个喷淋层内喷嘴数量；

Am—距离喷嘴出口1m处测得的每个喷嘴喷淋面积，㎡；

A---距离喷嘴出口1m处的喷淋塔横截面积，㎡。

③喷淋液滴粒径及主要设计参数

本文认为选择最佳的喷淋液滴粒径是确定喷淋塔主要设计参数的先决条件。众所周知，在相同的喷淋条件下，雾化液滴粒径愈大，其比表面积愈小，降低除尘效率。但液滴粒径太小，易被汽化或者被气流带走，增加了除沫器的负荷，而

且直接减少了喷淋洗涤的液滴量，同样会影响除尘效率。

净化气体出口

循环泵

图1 喷淋洗涤塔结构示意图

表1列出了不同粒径液滴在气相中的“终端沉降速度”或称为“带出速度”。当喷淋的液滴粒径确定后，也就确定了喷淋塔的空塔速度，即不能超过该粒径的带出速度。

表1 液滴的带出速度

传统的设计方法选择的喷淋液滴粒径为0.5～1.0[mm]（平均粒径）。考虑到喷嘴喷出的液滴的粒径分散度，一般取空塔速度小于该液滴带出速度的1/2，具体的设计参数为：

空塔速度：V g =0.6～1.2[m/s]；

喷淋液气比：W=0.066～0.266[L/m3(气)] ；

喷雾压力：P L =（1.4～7.3）×105[Pa]；

喷淋液滴粒径：d p=0.5～1.0[mm]；

设备压降：ΔP=200[Pa]。

从上述设计参数可以看出，用传统的设计方法设计的喷淋塔空塔速度很小，带来的问题是设备庞大，增加了设备的占地面积及投资。近年来，随着超大烟气量的净化处理的需要，必须提高空塔速度，也就是要增大喷淋液滴的粒径，缩小粒径分布的分散度，减少细颗粒液滴的百分比。这样有利于减少净化气体的雾沫夹带量，降低除沫器的负荷。

在相同喷淋液量的条件下，喷淋的液滴粒径愈小，其比表面积愈大，有利于提高除尘效率，相反喷淋的液滴粒径愈大，其比表面积愈小，除尘效率降低。因此目前大型喷淋塔采用提高喷淋量，也就是提高喷淋液气比，然后再加大喷淋的液滴粒径，保持原有的比表面积，确保除尘效率，达到提高空塔速度，减少设备直径，降低设备造价及占地面积的目的。另外，提高了喷淋液气比，又缩小了设备直径，能有效地加大设备的喷淋密度，有助于提高设备的除尘效率。

目前工业应用的大型喷淋塔的设计参数为：

空塔速度：Vg =3～4[m/s]；

液气比：W>1[L/m3(气)]；

喷雾压力：PL =（0.7～1）×105[Pa]。

喷淋液滴粒径：dp=1.5～3.0[mm](粒径小于0.5mm的液滴数量不超过5%)

④喷嘴结构及特性

喷淋洗涤塔的性能主要取决于液滴粒径和数量，而液滴粒径和数量又取决于洗涤液总流量和喷嘴的特性。喷嘴喷雾特性主要包括喷嘴操作压力、流量及喷雾粒径、粒径分布、雾化角和允许通过喷嘴的最大固相颗粒。允许通过的固相颗粒粒径愈大，表明该喷嘴不易堵塞，操作稳定性好，可利用含固量高的循环喷淋液进行反复喷淋洗涤，减少补充水的消耗，同时也减少了污水的排放量。喷淋液滴的粒径分布也是喷嘴的一个重要特性，喷淋塔要求喷淋的液滴粒径分布窄，尤其是要求小于0.5mm的液滴要尽量少，由于细液滴会被气流夹带进入除沫器，增加除沫器的负荷，并减少了有效的洗涤液量。