煙氣脫硫系統(tǒng)的吸收塔及停留時(shí)間

陶愷，崔益龍

(中國華電工程(集團(tuán))有限公司，江蘇南京 210013)

煙氣脫硫系統(tǒng)的吸收塔及停留時(shí)間

陶愷，崔益龍

(中國華電工程(集團(tuán))有限公司，江蘇南京 210013)

介紹了煙氣脫硫系統(tǒng)中三種主要的吸收塔類型，及煙氣在吸收塔中停留時(shí)間和噴淋吸收區(qū)高度的計(jì)算方法。簡述了液氣比與氣速、煙氣中SO2含量的關(guān)系，并列舉了噴淋塔、動(dòng)力波塔和平流塔等工程實(shí)例。

吸收塔;停留時(shí)間;噴淋塔;動(dòng)力波塔;平流塔

0 引言

煙氣脫硫系統(tǒng)中使用的吸收劑均帶有懸浮物或結(jié)晶體，使體積龐大的塔內(nèi)件清洗困難，因此煙氣脫硫系統(tǒng)中的吸收塔宜采用噴淋空塔，且盡可能使用逆流型噴淋塔，以提高傳質(zhì)推動(dòng)力。塔中，煙氣與漿液噴淋區(qū)及塔底漿液池可分別視為連續(xù)過程的氣—液反應(yīng)器和液—液反應(yīng)器。塔內(nèi)液面上方煙氣與噴淋的漿液逆向接觸，煙氣從入塔到離開噴淋吸收區(qū)的時(shí)間即為煙氣的停留時(shí)間(空時(shí))。塔底儲(chǔ)漿池體積與循環(huán)漿液排出量之比，即為漿液的停留時(shí)間。

1 煙氣和漿液在塔內(nèi)停留時(shí)間

吸收塔中影響脫硫效率的主要因素為液氣比，氣速及平均停留時(shí)間。當(dāng)吸收劑與吸收煙氣中的SO2量的比值(一般取1.03～1.05)確定后，要達(dá)到一定的脫硫效率，塔內(nèi)氣速越高，所需的液氣比越低;氣速越低，所需的液氣比越高。塔內(nèi)煙氣流速一般為3.5～4.8m/s，液氣比為11～18 L/m3。一般來說，若在保證脫硫效率不變的情況下，煙氣中含硫量越高，吸收反應(yīng)中傳質(zhì)單元數(shù)越大，在鈣硫比、煙氣量以及氣速不變的情況下，由于傳質(zhì)單元數(shù)的加大，所需的液氣比也相應(yīng)變大。吸收塔中煙氣在塔內(nèi)停留的時(shí)間越長，與噴淋而下的吸收劑接觸時(shí)間越長，反應(yīng)進(jìn)行得越完全，脫硫的效率越高，但所需的噴淋區(qū)域越大，吸收區(qū)高度也越高。由于氣速的限制，一般吸收區(qū)高度為15～20m。

塔內(nèi)反應(yīng)物的平均停留時(shí)間:

f(t)稱為停留時(shí)間分布密度，它可以通過簡單的示蹤試驗(yàn)，并經(jīng)過簡易的處理和標(biāo)繪獲得。停留時(shí)間也可以用下式表達(dá):

式中:τ為停留時(shí)間;VR為塔內(nèi)噴淋區(qū)體積;Q為體積流量。

停留時(shí)間也可以從已建成的具有相似工藝條件的吸收塔中計(jì)算得到。有了停留時(shí)間τ，可從下式確定吸收塔的直徑D和噴淋層高度H:

從(4)、(5)式可知，若要?dú)馑俑撸瑒tH就大，吸收塔直徑就小;反之氣速低，則H就小，D就大。由(5)式得知煙氣流速的確切定義，應(yīng)為吸收段高度與停留時(shí)間之比，氣速越大，傳質(zhì)氣膜厚度越薄;增加液體流量，增加了氣液兩相流的湍動(dòng)，提高了總傳質(zhì)系數(shù)。在脫硫效率一定的條件下，氣速從2.3m/s提高到4.3m/s，液氣比L/G減少了32%，傳質(zhì)速率提高50%。但是，氣速過高，漿液霧滴將被煙氣帶走，同時(shí)，也會(huì)使塔內(nèi)壓力損失增大。

濕法煙氣脫硫吸收塔塔內(nèi)煙氣的停留時(shí)間一般為3.5～5.5s，吸收劑為溶液的動(dòng)力波塔和平流塔內(nèi)煙氣的停留時(shí)間一般為1.5～3.5s。

循環(huán)漿液在漿液池的停留時(shí)間長，有利于石膏晶體長大，但漿液排出時(shí)間過長，已成型的石膏晶體容易被循環(huán)泵破壞，因此漿液池的停留時(shí)間一般取10～25h。吸收劑為溶液時(shí)，循環(huán)漿液的停留時(shí)間以維持塔底溶液的pH值和反應(yīng)物濃度為準(zhǔn)，故停留時(shí)間無需過長，一般不大于1h。

2 不同類型吸收塔的應(yīng)用

在石灰石濕法脫硫系統(tǒng)中，最常用的煙氣脫硫塔為逆向噴淋塔，對(duì)于不同的吸收劑也有使用動(dòng)力波塔及平流塔的。

2.1 逆向噴淋塔

逆向噴淋塔是石灰石濕法脫硫系統(tǒng)中常用的吸收塔。煙氣從塔中下部進(jìn)入，與從塔內(nèi)由上向下噴淋的漿液逆向接觸。

例一:某工程煙氣量為3375195m3/h，SO2含量10618mg/m3，L/G為19.74L/m3，塔徑為16.8m，吸收層高度H=20.8m，氣速為4.23m/s，儲(chǔ)漿池體積4707.2m3，漿液排出量為298.8m3/h。由計(jì)算可知:煙氣停留時(shí)間τ1=4.92s，漿液在儲(chǔ)漿塔中停留時(shí)間τ2=15.75h，吸收層高度H=20.8m。

上述吸收塔的脫硫效率達(dá)95%。

2.2 動(dòng)力波塔

動(dòng)力波塔中，煙氣從塔頂進(jìn)入兩個(gè)豎直管道中的逆向噴淋器的頂部，吸收劑向上通過一系列的抗磨損的大管徑噴射器噴出，形成高度湍流的豎直波，液體被氣體強(qiáng)制轉(zhuǎn)向的同時(shí)，液體表面發(fā)生了速度極快的化學(xué)反應(yīng)，從而完成SO2的脫除過程。動(dòng)力波塔只需6個(gè)噴頭，噴射器口徑大，即使吸收劑中含有高達(dá)20%的懸浮物也不易堵塞。

例三:某公司利用檸檬廢水為母液，添加NaOH堿液作為洗滌液，用動(dòng)力波塔進(jìn)行煙氣脫硫。煙氣量為1404146m3/h，SO2含量為974mg/m3，L/G為6.27L/m3，塔徑D為12m，吸收層高度H=6m，ν= 3.45m/s，洗滌液池體積為384.34m3，增壓泵排出量500m3/h。脫硫效率可達(dá)95%。經(jīng)計(jì)算確定煙氣停留時(shí)間τ1=1.74s，循環(huán)石膏漿液在儲(chǔ)漿池中停留時(shí)間τ2=0.77h，吸收高度H=6m。

2.3 平流塔

平流塔吸收區(qū)呈水平U型，煙氣在塔內(nèi)噴淋區(qū)實(shí)現(xiàn)U型變向，煙氣進(jìn)出口在塔的同一側(cè)。

例四:某公司二期煙氣脫硫采用平流塔，利用檸檬廢水在平流塔內(nèi)進(jìn)行煙氣脫硫，處理煙氣量為1242705m3/h，煙氣中SO2含量為1046.52mg/m3，L/G為6.76L/m3，塔徑12m，停留時(shí)間τ1=3.75s，氣速為6.9m/s，洗滌液停留時(shí)間τ2=0.86h，脫硫效率為92%～95%。

濕法脫硫系統(tǒng)也曾有采用平流塔的實(shí)例，但效果不理想，主要原因是煙氣在塔內(nèi)停留時(shí)間不夠，煙氣流場(chǎng)不理想，與漿液不能做到真正逆向接觸。

由于濕法煙氣脫硫工藝的吸收過程涉及氣液固三相之間的擴(kuò)散過程、反應(yīng)過程以及伴隨固體在溶液中的溶解過程，機(jī)理復(fù)雜，很難表述。當(dāng)吸收劑為溶液時(shí)，由于SO2的化學(xué)吸收速率高，過程為氣膜傳質(zhì)控制，可適當(dāng)提高氣速，以減少氣膜的厚度。

綜上所述，即使工藝條件相同，隨著吸收塔結(jié)構(gòu)的不同以及使用不同的吸收劑，煙氣在塔內(nèi)的停留時(shí)間將有所不同。

3 結(jié)語

煙氣脫硫系統(tǒng)的吸收塔宜采用噴淋空塔。工程設(shè)計(jì)中應(yīng)確定煙氣在噴淋吸收區(qū)的停留時(shí)間 ，并由此確定吸收區(qū)的高度。吸收塔結(jié)構(gòu)不同及使用不同的吸收劑，煙氣在塔內(nèi)的停留時(shí)間將有所不同。由于石膏結(jié)晶所需，循環(huán)石膏漿液在儲(chǔ)漿池的停留時(shí)間遠(yuǎn)大于溶液吸收劑在儲(chǔ)漿池停留時(shí)間。

［1］陳甘棠.化學(xué)反應(yīng)工程［M］.北京:北京化學(xué)工業(yè)出版社，1981.

［2］黃海鵬，崔益龍.煙氣生物脫硫技術(shù)的應(yīng)用［J］.電力環(huán)境保護(hù)，2007，23(6):23－25.

［3］鐘秦.燃煤煙氣脫硫脫硝技術(shù)及工程實(shí)例［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2002.

Absorption tower and residence time of flue gas desulfurization system

The calculation methods of flue gas residence time and spray absorption district height are discussed.Three major types of absorption tower for wet FGD system are introduced.The liquid gas ratio is briefly elaborated about the relationship with the gas velocity and the sulfur content in flue gas.The different type project of absorption tower of spray tower，dynamic wave tower and level flow tower are provided.

absorption tower;residence time;spray tower;dynamic wave tower;level flow tower

X701.3

B

1647－8069(2012)04－039－02

2012-03-29;

2012-06-17

陶愷(1984-)，男，江蘇南京人，助理工程師，從事化工工程及火力發(fā)電廠煙氣脫硫脫硝工程設(shè)計(jì)。E－mail:taok@chec.com.cn