(1)吸收塔选型
吸收塔是燃煤烟气湿法脱离装置的核心设备,SO2的吸收与脱硫产物—亚硫酸钙的氧化均是在吸收塔内完成的。根据企业接触形式不同,可把常用的吸收塔类型分为喷淋塔、填料塔、鼓泡塔、液柱吸收塔四种形式。各种类型吸收塔的类型技术特性对比见于表2。
表2四种类型吸收塔的技术特性对比
项目 |
喷淋塔 |
填料塔 |
鼓泡塔 |
液柱塔 |
结构与原理 |
塔内上部设多层喷嘴,浆液经喷嘴雾化后向下喷淋,SO2吸收区为空塔段,浆液以弥散的雾状通过吸收区与逆流的烟气传质 |
以球状高分子材料或格栅为填料,浆液自上而下流过填料,在填料表面形成液膜,顺流的烟气流过填料间隙,与液膜发生传质 |
将烟气垂直鼓入浆液内,烟气以沸腾状从浆液中鼓泡向上逸出,气泡在逸出过程中与浆液传质 |
吸收区为空塔段,塔内下部喷嘴以液柱形式向上喷射浆液,烟气自径向进入塔内。液柱上行至最高点,而后弥散开来,以水幕形式下落,浆液在上下行程中与上行烟气传质 |
脱硫率 |
>95% |
>95% |
90%左右 |
>95% |
优缺点 |
液气比最小,液气接触面积大,塔内结构简单,系统压力损失小,但喷嘴易堵塞、磨损,对脱硫剂粒径要求高 |
易结垢、堵塞,系统阻力较大,对石灰石粒径和烟气含尘量要求较高 |
不需浆液循环泵、喷嘴,气液接触面大,不受烟气含尘量影响,但系统阻力大,装置体积相对较大 |
喷嘴孔径较大,不易堵塞,对脱硫剂粒径及烟气含尘量要求低,工作稳定 |
由于喷淋塔结构简单,操作与维护方便,脱硫效率高而且在工程上的应用比较成熟,喷淋塔成为湿法脱硫工艺的主流塔型。因此本工艺选择喷淋塔脱硫技术。
(2)吸收塔设计计算
1) 吸收塔直径设计
吸收塔的直径(D)可由吸收塔出口实际烟气体积流量和烟气流速确定,烟气流速通常为3.0~4.5m/s,工程实践表明,3.6~4.2m/s是性价比较高的流速区域,因此,本工程的实际烟气流速设为4.0m/s。吸收塔直径计算公式为:
式中Q为烟气体积流量,m3/h;v为烟气流速,m/s;A为烟气过流断面面积,m2。
设塔内的操作温度为
则吸收塔直径为:
2) 喷淋塔塔高设计
① 吸收区高度(h1):
吸收区高度h1一般指烟气进口水平中心线到喷淋层中心线的距离。
容积吸收率的定义为:含有二氧化硫的烟气通过喷淋塔,塔内喷淋浆液将烟气中的SO2浓度降低到符合排放标准的程度,将此过程中塔内总的二氧化硫吸收量平均计算到吸收区高度内的塔内容积中,即为吸收塔的平均容积负荷—平均容积吸收率,以
其中,
C—标准状态下进口烟气的质量浓度,kg/m3;
V—吸收区容积,m3;
h1—吸收塔内吸收区高度,m;
K0—常数,K0=3600v×273/(273+t)其数值取决于烟气流速v(m/s)和操作温度(℃) ;
将
在喷淋塔操作温度为
故吸收区高度h1=11.2m。
如果仅从脱硫技术角度考虑,设计时
②烟气进口高度h2,出口高度
根据工艺要求,进出口流速(一般为
式中: u—烟气入口气速,一般取14~15m/s;本设计取15m/s;
L—烟气进、出口宽度;
Q—高温状态下烟气进口流量为:
烟气进出口宽度占塔内径的60%~90%。本设计取入口宽度为内径的80%,出口宽度为内径的60%。则:
L入 =8.3×0.8=6.64m
L出=8.3×0.6=4.98m
所以由上面公式得:
h2=298.6÷15÷6.64=3.0m
③浆液池高度h3:
浆池容量V1的计算表达式如下:
式中:L/G—液气比,取15L/m3;
Q—烟气标准状态湿态容积,m3/h,Q=195m3/s;
t1—浆液停留时间,4~8min,取t1=4min=240s。
由上式可得喷淋塔浆液池体积:
V1=(L/G)
×Q×t1=15×195×240/1000=702 m3
选取浆液池内径略大于吸收区内径,内径D=9m。
根据V计算浆液池高度h3:
④ 除雾区高度h4:
除雾区分为2层,本设计高度确定为3.0m,即h4=3.0m。
⑤ 烟道入口到第一层喷淋层的距离h5=2~3.5m;本设计取3m。
⑥ 烟气进口底部至浆液面的距离h6:
一般定为0.8~1.2m为宜,本设计方案取1m。
⑦ 最顶层喷淋层到除雾器的距离h7=1.2~2m;本设计取1.2m。
⑧除雾器到吸收塔出口的距离h8=0.5~1m;本设计取0.6m。
因此喷淋塔最终的高度为:
H=4+0.6+3.0×2+1.2+2.0×3+3.0+3.0+1.0+11=34.6m,取整值35m。
(1)再循环系统设计
本设计中的烟气含硫量较低,循环泵可采用单元制。吸收塔内喷淋层设计为4层,每台循环泵对应一层喷淋层;运行的再循环泵数量根据吸收浆液流量的要求确定,以达到每台锅炉负荷的吸收效率。4层喷淋布置能够满足整套装置对脱硫效率的要求。
循环浆液量为要脱除SO2的量与单位循环浆液吸收SO2能力的比值。本设计中要脱除的SO2量为0.84×90×1000×64/1000=4838.4kg/h,单位体积循环浆液吸收SO2的能力约为
(2)氧化风机的设计及选型
亚硫酸钙和亚硫酸氰盐的氧化分为两个部分,一是吸收塔内烟气中氧气进入浆液液滴的自然氧化,二是空气通过曝气管网进入浆液池的强制氧化。
考虑空气富裕量,氧化所需的氧气流量,等于SO2烟气量,即0.47 m3/s,则相应的湿空气量为:0.47×(3.78+1)×(1+0.0116)=
2.27m3/s=8172m3/h。
采用4台L48×66WD-2型罗茨风机,电机型号为Y
(3)氧化吸收池搅拌机的选型
在吸收塔底部浆液池设有4台侧进式搅拌机,用来使石灰石固体颗粒在浆液中保持均匀悬浮状态,保证浆液对SO2的吸收和反应能力。搅拌器的搅拌直径为
(4)石灰石浆泵的选型
上已算出石灰石用量为9733.3kg/h。石灰石浆液由制浆系统配制而成,调节浆液密度至
9733.3/(1230×0.3)=26.28m3/h
设计采用的石灰石浆泵为2台双相流泵,流量为