浅谈脱硫喷淋塔结构设计

浅谈脱硫喷淋塔结构设计
现阶段国内脱硫塔的设计方法是根据引进国外成熟的技术规范来进行设计，设计方法呆板而且容易造成浪费，再加上国内有关脱硫设备建造、结构的设计、施工，性能试验、调试运行等技术规范出台较晚且不够完善，以及不少脱硫工程为了抢时间而仓促上马，使得由于结构设计不合理在运行中暴露出来的问题越来越多，一般表现为运行不稳定、设备性能差、经济性低下等。

因此，开展脱硫塔结构设计尤为主要。

脱硫塔是脱硫工艺中的核心部分，对工业及锅炉废气进行脱硫处理的设备，以塔式设备居多，即为脱硫塔。

本文主要就脱硫塔的主体结构为大型薄壁壳体结构自立式（整体悬挂式及分段悬挂式等支撑方式）进行了研究分析设计。

经过多年的改进，空塔喷淋技术也日益成熟，已发展成文丘里型、旋流板型、旋流柱型、浮球型、筛板型、气动乳化型等各种类型的脱硫塔，设备技术日趋成熟，各有优点和不足，企业可依自身需要选用不同类型。

标签：脱硫塔；结构；设计
开展脱硫塔结构的优化设计，对现有结构设计进行优化分析，来达到降低脱硫塔投资和运行费用的目的已成为火电厂的一项重要工作。

并结合已有的工程设计经验，给出了脱硫塔主体结构设计的具体措施，既节约了建造成本，又达到了经济性的评价。

现在介绍一下空塔喷淋脱硫塔的设计，以下是脱硫工程中以燃煤锅炉配套脱硫塔结构设计实例进行讲解。

一、脱硫塔的结构及组成
脱硫塔的结构及组成
脱硫塔是一种对工业含硫废气进行脱硫处理的设备，以塔式设备居多。

脱硫塔的脱硫效率高，压力损失较低，还能除尘，主要由筒体，喷雾装置、塔釜、脱水除雾装置、溢水孔、清理孔、均气装置等结构组成。

二、脱硫喷淋塔的结构设计
脱硫喷淋塔的结构设计，包括储浆段、烟气入口、喷淋层、烟气出口、喷淋层间距、喷淋层与除雾器和脱硫塔入口的距离、喷喷嘴特性（角度、流量、粒径分布等）、喷嘴数量和喷嘴方位的设计，是取得脱硫塔最优化性能的重要先决条件。

需要指出的是，精准的设计应在两相流和传质以及力学分析的基础上，结合实践经验进行。

喷淋塔设计成气密性结构，防止液体泄漏。

为保证壳体结构的完整性，尽可能使用焊接连接，法兰和螺栓连接仅在必要时使用。

塔体上的人孔、通道、连接管道等需要在壳体穿孔的地方进行密封，防止泄漏。

喷淋塔配备有足够数量和大小合适的人孔门，而且在附近设置走道或平台。

人孔门的尺寸至少为DN600，易于开/关，在人孔门上装有手柄。

塔内不设置固定的平台扶梯。

1.塔的总体布置
如图6-1所示，一般塔底液面高度h1=6m～15m；最低喷淋层离入口顶端高度h2=1.2～4m；最高喷淋层离入口顶端高度h3≥vt，v为空塔速度，m/s，t为时间，s，一般取t≥1.0s；喷淋层之间的间距h4≥1.5～2.5m；除雾器离最近（最高层）喷淋层距离应≥1.2m，当最高层喷淋层采用双向喷嘴时，该距离应≥3m；除雾器离塔出口烟道下沿距离应≥1m。

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。

喷淋区的烟气速度应与雾滴的滴谱范围相对应。

2.塔径的确定
脱硫塔的传质段的塔径主要取决于塔内气液分布、传质和经济性的考虑。

在喷淋塔内，烟气流速较低时，流速的上升幅度大于压降上升幅度。

随着烟气流速的提高，压力曲线逐渐变陡，直至液泛。

液泛气速接近液滴自由沉降的终端速度，并随着吸收液滴直径的增大而提高。

因此，在喷雾塔设计时，烟气流速的选取应该和吸收液液滴直径相互匹配，一般来说，设计气速应为液泛气速的50%～80%。

但塔的结构设计的经济性与设计难度等影响到塔径的大小，这需要作综合性的分析，在必要时进行分塔。

脱硫塔可设计成变直径塔，也可设计成等直径塔，具体情况应按照储浆量大小和侧搅拌层数确定。

空塔烟气速度选择一般3.8～4.7m/s左右，最为经济，塔的阻力也较为合适，根据塔径的计算公式可以进行计算：
D2=4×V/（υ×3600×π）
3.塔底储浆量的确定
确定脱硫塔储浆量的基本要素有：最大的SO2负荷，这依赖于进气的SO2浓度及出气所要求的SO2浓度；各部分的浆液pH值；在考虑了可能存在的离子影响（飞灰、石灰石和工艺水）条件下的石灰石实测溶解速率；石膏品质（如粒径大小）的要求。

根据以上要求确定浆液所需停留的名义时间，该时间可由塔底总浆液量除于排石膏浆液量获得。

4.塔入口烟道的设计
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）。

同时，靠近烟道侧的喷嘴应调整安装角度，防止喷入烟道。

烟气入口区域的流体流动受入口烟道与塔的几何尺寸、内部构件、托盘下部的喷淋层以及浆液从托盘流出的方式影响。

尽管脱硫塔入口设计扁平，但入口射流上下左右及端部都必然有死滞区、回流区，可通过下述方法改善之：（1）将水平进气方式改为切向斜向下进气，此种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。

如图所示。

（2）在脱硫塔烟气入口处增设导流板，将大大提高气流分布的均匀性，且可减小压力损失。

5.塔出口烟道的设计
烟气出口出口型式较多，下图只是其中的一种。

其出口可设计成轴向对称型式（俯视图a）和切向对称型式（俯视图b）。

若将脱硫塔出口先适当收缩成锥状，再侧向出口，可避免对脱硫塔的气流分布造成不利的影响。

6.喷淋层的设计
喷淋层的设计是脱硫塔设计的重点和难点。

喷淋层的设计包括浆液管道、喷嘴的选择与布置。

喷雾理论覆盖范围是有喷雾夹角和喷雾截面距喷嘴距离决定，该数值是假设喷雾角在整个喷雾距离中保持不变的条件下计算得出。

在实际喷雾中，有效喷雾角度因喷雾距离而异；当液体比水粘时，形成的喷雾角度相对较小，其角度取决于粘度、喷嘴流量和喷射压力。

根据一般设计经验，在湿法喷雾脱硫塔内，每个喷嘴喷雾覆盖区域应相互重叠1/3-1/4，能够获得一个喷雾均匀分布的效果。

在雾化器塔盘的平面布置中，靠近塔壁的喷嘴轴线向内倾斜一定角度，减少脱硫液喷淋在壁面上，提高液滴的有效利用率。

脱硫塔内部浆液喷淋系统由分配管网和喷嘴组成，喷淋系统的设计能合理分布要求的喷淋量，使烟气流向均匀，并确保碱液与烟气充分接触和反应。

浆液喷淋系统采用FRP，耐温达到160℃。

所有喷嘴能避免快速磨损、结垢和堵塞，喷嘴材料采用碳化硅或相当的材料制作。

喷嘴与管道的设计便于检修，冲洗和更换。

喷淋层示意图如下：
7.除雾器区域的设计
脱硫塔设两级除雾器，布置于塔顶部最后一个喷淋组件的上部。

烟气穿过再循环浆液喷淋层后，再连续流经两层Z字形除雾器除去所含浆液雾滴。

在一级除雾器的上面和下面各布置一层清洗喷嘴。

清洗水从喷嘴强力喷向除雾器元件，带走除雾器顺流面和逆流面上的固体颗粒。

2级除雾器下面也布置一层清洗喷淋层。

烟气通过2级除霧后，其烟气携带水滴含量低于75mg/Nm3（干基）。

除雾器材料可采用带加强的FRP材质，特别是人工冲洗造成的高速水流冲
刷。

内部通道的布置适于维修时内部组件的安装和拆卸。

除雾器的布置可结合脱硫塔的设计统一考虑，以方便运行和维护。

除雾器将以单个组件进行安装。

而且组件能通过附近的脱硫塔人孔门进入。

所有除雾器组件、冲洗母管和冲洗喷嘴易于靠近进行检修和维护。

设计的除雾器支撑梁可作为维修通道，至少能承受300kg/m2的活荷载。

三、结束语
随着国民经济的发展，必然要求我们掌握的生产技术和和制造技术越来越先进。

合理的设计脱硫塔不仅能够降低投资成本，也能带来良好的经济效益。

脱硫塔在烟气脱硫中占重要的作用，因此它的设计制造也占有重要的地位。

参考文献：
[1]王晓玲.浅谈脱硫塔在工业中的重要性及其设计制造[J].化工技术，2012，（08）.
[2]于佳，孙荣国，霍龙.基于ANSYS的脱硫工程的有限元分析[J].科技信息，2010，（03）.
[3]贺匡国.化工容器及设备简明设计手册.化学工业出版社2005.2
[4]成大先.机械设计手册.化学工业出版社2004.1。