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1、吸收塔类型分析 脱硫工艺选择 石灰石石膏湿法烟气脱硫工艺是目前世界 上应用最广泛、技术最为成熟的脱硫技 术。该工艺采用石灰石作为脱硫吸收剂， 石灰石磨制后形成石灰石浆液，利用石灰 石浆液吸收烟气中的SO2。该系统脱硫效率 可达到99%以上，是目前国内外大型燃煤机 组中应用最为成熟的烟气脱硫工艺系统， 不同吸收塔型式特点和比较分析 尽管世界上的湿法脱硫工艺多种多样，但是原理上都是大同小异，差 别主要体现在吸收塔各有特点，而其它系统如烟气系统、吸收剂制备 系统、石膏脱水系统、废水处理系统几乎没有差别。目前石灰石石 膏湿法烟气脱硫的吸收塔型式较多，各个厂家的结构和型式各具特点 ，但无论采用那种型式的
2、吸收塔，其目的均在于有效实现烟气与吸收 剂浆液互相密切接触，提供尽可能大的气液有效接触面积和高强度的 界面更新能力，最大限度地减少吸收阻力，增大吸收反应的速率，实 现对烟气中SO2的高吸收效率。 经过几十年的发展、完善，目前运行业绩较多的吸收塔类型主要有： 喷淋塔（根据内部结构不同可分为喷淋空塔、托盘塔、旋汇耦合塔、 浆液分层脉冲悬浮塔、文丘里栅棒塔、液滴流化床塔、内部隔板塔等 ）、填料塔、液注塔、鼓泡塔和双回路循环塔等。填料塔由于易结垢 堵塞、清理困难，填料损耗大，压损大、维修替换困难，目前该塔型 已经逐渐淘汰。鼓泡塔由于阻力较大、增压风机压力和功率过于庞大 ，塔内结构复杂、塔内件易结垢，结
3、垢后清理困难，近年来的应用受 到一定的局限。 填料塔结构图 鼓泡塔内反应原理 1.喷淋空塔 喷淋塔一般为空塔。烟气自下而上运动，吸收 剂浆液则由塔顶的喷咀呈喇叭状垂直向下喷洒 或与水平面呈一定角度向下喷洒。吸收塔内浆 液喷咀分层布置，喷淋方向可以是自上而下的 直喷式或斜喷，也可以采取自下而上的喷淋或 组合式喷淋，如图1-1 喷淋（喷雾）吸收塔示 意图和图1-2 喷淋（喷雾）吸收塔喷淋层示意 图所示。 喷淋塔中的烟气和吸收剂浆液两相接触面积与 喷淋密度成正比，选择合适的喷淋密度，可以 使气液充分接触，完成SO2吸收过程 喷淋塔示意图 喷淋塔的特点是结构简单，造价较低，压降小，烟气流速较大，吸收效
4、率较高，缺点是烟气分布欠均匀，液气比（L/G）较大。 1-11-2 2.托盘塔 工艺原理 应用此技术的是美国巴威公司，在喷淋空塔的基础上，设置一 层塔板，塔板位于吸收塔浆液喷咀下部，塔板上按照一定的开 孔率布满小孔，吸收剂浆液在塔板上形成一定厚度的液层，因 此称塔板为多孔托盘。烟气从吸收塔底部进入，气液两相逆相 通过托盘上的小孔，烟气在托盘上被分散成小股气流（托盘实 际上是布风装置）、均匀分布到整个吸收塔截面、气流在液层 中鼓泡，流体剧烈湍动，形成气液接触界面，液体则直接由小 孔下落，在此过程中完成SO2的吸收过程。托盘上的液层高度靠 烟气托住。如图2-3 托盘吸收塔示意图和图2-4 托盘示意
5、图。 托盘塔的特点是液气比较低，吸收塔的脱硫效率高，操作性能 好，结构比较复杂，处理能力大，吸收塔内部表面及托盘无结 垢、堵塞问题,托盘可同时用作维修喷咀的平台。缺点是阻力较 大、抗腐蚀、磨蚀的要求较高。 托盘吸收塔示意图 托盘示意图 2-32-4 技术特点 a)气流均布 烟气由吸收塔入口进入后，能否均匀的通过吸收塔各层截面对吸收塔的脱硫效率影响 非常关键。特别在高硫煤高脱硫效率的烟气脱硫项目中，局部细微的均布不好，都将 导致脱硫效率的明显下降。在吸收塔烟气均布上也有比较多的方式，比如设置导流板 等，从效果来看，巴威公司的技术专利产品合金托盘的作用更加明显。烟气由吸收 塔入口进入，形成一个涡流
6、区。烟气由下至上通过合金托盘后流速降低，并均匀通过 吸收塔喷淋区 烟气通过吸收塔截面示意图 2-5 从图2-5可以看出，设置托盘后，进入吸收塔的气体流速得到了很好的均布作用 ，大部分气体流速处在平均流速范围内；而没有托盘时，气体的流速分布比例 分布范围较宽。图2-6是无托盘和有托盘的气体流速分布图 无托盘 有托盘 烟气在吸收塔内的流速分布图 吸收塔内设置托盘，其效果相当与增加了一层 喷淋层，提高喷淋密度。 为了防止烟气偏流，无托盘的吸收塔在喷淋层 喷嘴的设计上需充分考虑烟气在吸收塔内流速不均 匀性所带来的影响，因烟气在塔内同一截面内流速 是不均匀的（如图2-6所示），有的区域流速高， 有的区域
7、流速低，在气体流速高的区域，需多布置 喷嘴，气体流速低的区域需减少喷嘴的布置，因此 ，无托盘的吸收塔在吸收塔设计方面，需建立完善 气体流动模型来优化喷嘴的布置，以使烟气在吸收 塔内流速均匀。 2-6 b）延长反应时间、降低装置消耗 托盘的设置可以提高吸收剂利用率；由于托盘可保持一定高度液膜，增加了烟气在吸收塔中的停留时间。当气体 通过时，气液接触，可以起到充分吸收气体中部分污染成分的作用，从而有效降低液气比，提高了吸收剂的利用 率，从而降低了循环浆液泵的流量和功耗。此外，设置托盘不仅提高了浆液对SO2 的吸收效率，托盘处所持有的 液膜还可起到一定的缓冲作用，当烟气负荷有所变化时，使吸收塔的操作
8、平稳，不会因为锅炉运行的波动而引起 SO2 脱除率的波动，为稳定的脱硫效率提供了可靠的保证。 c）托盘可以提高石灰石的溶解量，增强SO2的吸收 在吸收区域内溶解的石灰石量取决于浆液在吸收区域内滞留的时间。如果使用托盘，那么这种滞留时间会更长一 些。浆液滞留时间取决于托盘上的压差。因此，通过改进的或除L/G以外的更有效的接触，以及通过在吸收区域内 提供更高的溶解碱度，可以使托盘提高SO2的去除率。对于中硫至高硫煤的脱硫率达98% 的双托盘吸收塔的浆液 滞留托盘上的浆液滞留时间大约为3.5秒。托盘上浆液的PH比反应池内的pH低。如果反应池内的pH为5.5， 那么托盘上浆液的pH将约为4.0。石灰石
9、的溶解速率与浆液内水合氢离子的浓度H+成正比。pH为4.0条件下的H+ 是pH为5.5条件下H+ 的31倍。因此，托盘上石灰石的溶解速率比反应池内石灰石的溶解速率快31倍。在托盘上 滞留3.5秒相当于在反应池内滞留1.9分钟。 d)检修方便 托盘的设置可使吸收塔运行维护方便。在塔内件进行检修时，不需将塔内浆液全部排空，然后在塔内搭建临时检修 平台，运行维护人员可直接站在合金托盘上就可对塔内部件进行维护和更换，减少运行时维护的时间。 e) 降低液气比降低电耗 近年来，国内高硫煤高脱硫效率的烟气脱硫的项目越来越多,如何在保证脱硫效率在达到环保要求的情况下，节约 电厂运行成本，提高电厂经济效益的议题
10、变得越来越重要。在与技术支持方巴威公司的合作中，对无托盘吸收塔 的脱硫技术也进行了许多的研发工作，研究表明，是否设置托盘对吸收塔运行的关键数据之一、液气比的影响非常大 带托盘不带托盘备注 含硫量（）L/G(L/Nm3)L/G(L/Nm3)SO2排放浓度小于 200mg/Nm3 3141921 4172730 4.5519223035 设置托盘与液气比的关系对比结果 托盘与液气比的关系对比结果 3. 旋汇耦合塔 国电清新的 “单塔一体化脱硫除尘深度净化技术（SPC-3D）”是近期推出的实现脱硫 除尘超净排放的专利技术，SPC超净脱硫除尘一体化技术由旋汇耦合脱硫技术、高效喷淋技 术和管束式除尘装置
11、三部分组成旋汇耦合脱硫技术 从引风机引来的烟气进入吸收塔后，首先进入旋 汇偶合区，通过旋流和汇流的耦合，在湍流空间 内造成一个旋转、翻覆、湍流度很大的有效气液 传质体系。在完成第一阶段脱硫的同时，烟气温 度迅速下降；在旋汇 耦合装置和喷淋层之间，烟 气的均气效果明显增强；烟气在旋汇耦合装置反 应中，由于形成的亚硫酸钙在不饱和状态下汇入 浆液，避免了旋汇耦合装置结垢的形成。第二阶 段进入吸收区，经过旋汇耦合区一级脱硫的烟气 继续上升进入二级脱硫区，来自吸收塔上部两层 喷淋联管的雾化浆液在塔中均匀喷淋，与均匀上 升的烟气继续反应。净化烟气经除雾后排放。该 技术脱硫效率达到95%以上。 （1）旋汇耦
12、合脱硫技术 旋汇耦合专利技术是将进塔烟气由层流变成湍流状态，大大增加了气体的漩流速度，与同类脱硫技术相比， 具有如下特点： 1)传质效率高 烟气通过旋汇耦合器时，烟气形成若干提高气液传 质效率的目的，空塔脱硫烟气不具备吸收塔内烟气形成 湍流的特点。因此个湍流个体，单个湍流个体产生气液 旋转翻覆湍流空间，增强气液固三相充分接触、该技术 具有脱硫效率、除尘效率高的突出特点。 2)均气效果好 吸收塔内气体分布不均匀，是造成脱硫效率低和 运行成本高的重要原因，安装旋汇耦合器的脱硫塔， 均气效果比一般空塔提高15%-30%，烟气均布优异性 能确定本技术液气比较普通石灰石-石膏湿法空塔脱 硫装置低，可在相
13、对经济、稳定的状态下运行。 3)降温速度快 从旋汇耦合器端面进入的烟气,通过旋汇和汇流 的耦合,旋转、翻覆形成湍流很大的气液传质体系， 烟气温度迅速下降，有 利于塔内气液充分反应，各 种运行参数趋于最佳状态。 4)系统能耗低 采用了旋汇耦合装置的吸收塔脱硫效率高，液气 比小，溶液循环量小,比普通空塔脱硫技术节约电能 10-15%。 5）适应范围宽 不同工艺：由于降温速度快，有效的保护了脱 硫塔内壁防腐层，提高了脱硫系统安全性。 不同工况：较好的均气效果，受气量大小影响 较小，系统稳定性强。 不同煤种：脱硫效率高，受进塔气二氧化硫含 量变化影响小，煤种范围宽。 原料的不同粒径：石灰石粒度200目
14、325目 均可 SPC超净脱硫除尘一体化技术示意图 （2）管束式除尘装置 管束式除尘装置为新近研发的专利技术，可替代传统除雾器，安装于吸收塔上部原除雾器位置，实现净烟气携带液滴和烟尘 的脱除净化。 管束式除尘装置结构示意图 管束式除尘装置的使用环境是含有大量液滴的50饱和净烟气，特点是雾 滴量大，雾滴粒径分布范围广，由浆液液滴、凝结液滴和尘颗粒组成。大量的细 小液滴与颗粒在高速运动条件下碰撞机率大幅增加，易于凝聚、聚集成为大颗粒 ，从而实现从气相的分离。 除尘器筒壁面的液膜会捕悉接触到其表面的细小液滴，尤其是在增速器和分 离器叶片的表面的过厚液膜，会在高速气流的作用下发生“散水”现象，大量的大
15、液 滴从叶片表面被抛洒出来，在叶片上部形成了大液滴组成的液滴层，穿过液滴层 的细小液滴被捕悉，大液滴变大后跌落回叶片表面，重新变成大液滴，实现对细 小雾滴的捕悉。 经过加速器加速后的气流高速旋转向上运动，气流中的细小雾滴、尘颗粒在 离心力作用下与气体分离，向筒体表面方向运动。而高速旋转运动的气流迫使被 截留的液滴在筒体壁面形成一个旋转运动的液膜层。从气体分离的细小雾滴、微 尘颗粒在与液膜层接触后被捕悉，实现细小雾滴与微尘颗粒从烟气中的脱除。 气体旋转流速越大，离心分离效果越佳，捕悉液滴量越大，形成的液膜厚度 越大，运行阻力越大，越容易发生二次雾滴的生成；因此采用多级分离器，分别 在不同流速下对
16、雾滴进行脱除，保证较低运行阻力下的高效除尘效果。当吸收塔 入口烟尘浓度低于50mg/Nm3时，采用“SPC超净脱硫除尘一体化技术”配管束式除 尘器，可保证吸收塔出口烟尘浓度低于5 mg/Nm3。当吸收塔入口烟尘浓度低于 30mg/Nm3时，采用普通喷淋空塔配管束式除尘器，可保证吸收塔出口烟尘浓度低 于5mg/Nm3。该技术目前已有山西大唐国际云岗热电厂3号机（300MW机组）示 范改造工程，2014年9月投运，吸收塔入口烟尘浓度为22.27mg/Nm3- 35.97mg/Nm3，出口烟尘浓度为3.9mg/Nm3 -4.7mg/Nm3，吸收塔和管束式除尘器 综合除尘效率78.81%-85.38%。由于投运时间很短，效果有待进一步考证 4.浆液分层脉冲悬浮塔 氧化空气 石膏排放 去喷淋层 吸收剂 池分离器氧化区 脉冲搅拌 浆液分层脉冲悬浮塔的吸收塔反应池示意图 将反应池分为两个反应区的优点是：反应池上部浆液的
