脱硫塔结构设计

脱硫塔结构设计
一、脱硫塔结构定性设计
1.塔的总体布置
如图所示，一般塔底液面高度h
1
=6-15m；最低喷淋层离入口顶端高度
h 2=1.2-4m；最高喷淋层离入口顶端高度h
3
>=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h
4
>=1.5-2.5m；除雾器离最近（最高层）喷淋层距离>=1.2m，当最高层喷淋层采用双向喷嘴时，该距离>=3m；除雾器离塔出口烟道下沿距离>=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。

从理论上讲，约有3%-6%的液滴量被夹带，在冷却区的夹带量大约为0.2%-0.5%与烟气进口的切向流动有关。

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

在喷淋塔内，烟气流速较低时，压降上升幅度小于流速的上升幅度。

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。

故喷淋塔设计时，烟气流速的选取应与吸收液液滴直径相匹配，按常规，设计气速应为液泛气速的50%-80%。

由于喷雾型脱硫塔中，气流分布可以“自我校正”均匀，从这个角度看，塔径可以无限大。

但塔的结构设计的经济性和设计难度等影响到塔径的大小，这需作综合分析，必要时分塔。

脱硫塔可设计成等直径塔，也可设计成变直径塔，具体应根据侧搅拌层数和储浆量大小确定。

3.塔底储浆量的确定
确定塔底储浆量的基本要素有：最大的SO
2负荷，这依赖于进气的SO
2
浓度
及出气所要求的SO
2
浓度；各部分的浆液pH值；在考虑了可能存在的离子影响（飞尘、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以排石膏浆液量获得。

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（当烟道挡板未关，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。

5.塔出口烟道的设计
6.喷淋层的设计
喷淋层的设计时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。

喷嘴的数量和喷淋层数取决于脱硫效率，一般采用3-6层。

喷淋层可用多台循环泵供浆或一层喷淋层单独对应供浆，后者更适合于大型脱硫塔且烟气负荷变化较大的场合。

当某台循环泵或管路需检修时，只要将其停止来即可，不会影响到塔的运行；当锅炉负荷变化时，可通过增加或停止一台循环泵达到节能的效果，也可备用一套管路（包括循环泵、喷淋层及相关管道），以满足未来日益严格的
环保要求。

浆液管道的设计要求保证进入各喷嘴的压力相等，即所谓的均压。

一般当脱硫塔直径较大时，已设计成多根主管型式，有利于均压。

浆液管道在脱硫塔内的支撑固定装置可设计成单根或多根主梁支撑、支管塔壁固定的方式。

第一层（最低的一层）喷淋层离烟道上部一般保持2-4m的距离，以便使浆液能充分与烟气接触并避免进入烟道内，喷淋层与喷淋层之间的间距为1.5-2.5m，最高喷淋与除雾器间的距离至少应为1.2m。

对于逆流型喷淋塔，烟气速度为3-4.5m/s，雾滴的尺寸是有一定的限制范围的，也即对喷嘴最基本的要求是“烟气的携带量”。

粒径小于500μm的液滴将被带至除雾器中，如果带至除雾器中的液滴太多，除雾器将无法正常运行，大量的雾滴将进入下游烟道和烟囱。

对于一个典型的FGD系统来说，低于500μm直径的液滴不能超过5%，喷嘴形式的雾滴应选定在2500-3000μm之间的雾化颗粒，这种粒径的雾滴在最大程度地减少烟气中雾滴携带的同时，也能提供足够的吸收的气液表面积。

喷嘴供应商均能提供详细的喷嘴粒径分布数据。

SO
2
喷淋层喷嘴喷出的雾冠在1mm范围内能完全覆盖塔断面，一般要求具有120%-250%的覆盖率。

喷嘴应具有较大的自由畅通孔径，一般应大于45mm，否则易被结垢碎片等杂物所堵塞。

在脱硫塔的喷嘴布置中，若按“等距”布置，则从脱硫塔壁开始0-1.3m的外部圆周区域喷淋密度比脱硫塔中心区域要小得多，塔壁处的烟气速度高，二氧化硫浓度也高。

研究表明，脱硫塔中心部分的脱硫率可达99%-100%，脱硫效率从塔中心至塔壁的脱硫效率则逐渐减少，最终造成总的脱硫效率降低。

为此，可采取脱硫塔中间布置空心双向喷嘴、塔壁布置实心喷嘴的方式来增加塔壁附近的喷淋密度。

这种方式在一定程度上改善了塔内气流的均布，但由此带来的问题是壁流也很严重。

7.除雾器区域的设计
脱硫塔一般采用两级除雾器，两级除雾器间的距离应为1.8mm左右，以便检修维护。

除雾器距最近喷淋层的距离与该层采用的喷嘴形式有关，当采用向下喷雾的
喷嘴时，其间距应大于1.2m；当采用双向喷雾的喷嘴时，其间距应大于3m。

除雾器上沿距烟道出口下沿应大于1m。

二、脱硫塔的优化设计
实施以下设计可提高脱硫效率、降低投资和运行费用。

1.增加液体再分布装置
由前述可知，短路和壁流减少了气液接触的有效传质面积，液气交接面处的传质效率也很低。

液体再分布装置（ALRD，MET专利产品）是把塔壁上的液膜收集起来，重新破碎成液滴，分配到烟气中，一方面靠近塔壁的喷嘴也可布置得离塔壁远些，既可减少贴壁流动的浆液，又可减轻对塔壁防腐层的冲刷；另一方面又可使贴壁流动的浆液发挥余热，克服了壁流现象造成脱硫效率降低的负面影响。

安装液体再分配装置后的性能测试结果表明，系统脱硫效率可提高2%-5%。

2.提高脱硫塔气速
将逆流脱硫塔的气速增加到4-5m/s，提高流速可提高气液两相的湍流，一方面可降低烟气与液滴之间的膜厚度，液膜增强因子增加，从而提高总传质系数；另一方面，喷淋液滴的下降速度减小，持液量增大，使得吸收区的传质面积增大。

当烟气流速低于3m/s时，脱硫效率与烟气速度无关；高于3m/s时，液滴表面的振动加大，液滴中的混合增强，表面更新加快，可促进二氧化硫吸收反应，有利于脱硫效率的提高；当烟气流速从3.0m/s提高到4.5m/s时，脱硫率上升幅度较大，进一步提高烟气流速时，脱硫率的提高趋于平缓。

同时，烟气速度受除雾器性能和液泛速度的制约。

低烟气流速时，压降的增大幅度大于传质面积，而高烟气流速时，结果则相反，传质面积的增大幅度大于压降。

这一点在ABB的高流速实验中也得到证实：在脱硫率不变的条件下，烟速从2.3m/s提高到4.3m/s，液气比减少到32%，相应的传质速率增加50%，总能耗可下降25%；根据中试结果，从节能观点出发，空塔流速最好大于4.57m/s。

3.增加托盘、气流分布板
4.采用Sauter粒径更小双向喷嘴
尺寸较小的喷嘴可降低雾滴平均直径，增加了比表面积，增加了塔断面覆盖率。

例如，某脱硫塔每个喷淋层原来是由25只130mm的喷嘴组成，每只喷嘴的流量为31.5L/s，后来改为每层60至84只50mm的喷嘴，每只喷嘴的流量为12.6 L/s，前后压力操作不变，同时增加了一块穿流孔板，以改变塔入口处的气流分布。

经此改进后，脱硫效率由80%提高到96%。