烟气脱硫喷淋塔的容积负荷与本体设计

烟气脱硫喷淋塔的容积负荷与本体设计ThevolumeabsorbingloadanddesignofasprayscrubberforwetFGD李荫堂,王双,刘艳华(西安交通大学环境工程系,陕西西安710044)摘要:提出了以喷淋塔的容积负荷———平均容积吸收率为控制指标的本体设计路线。在目前已有的设计、运行经验基础上,根据烟气的SO2进口浓度、要求的吸收效率等来确定喷淋塔容积。讨论了容积吸收率不同角度的定义,给出了采用容积吸收率进行喷淋塔本体设计的步骤。关键词:湿法烟气脱硫;吸收塔;喷淋塔;容积吸收率Abstract:Inthepaper,thevolume2absorbingloadisusedasacontrolparameterforthedesignofasprayscrubberofwetFGD.Accordingtothedesignandoperationexperiences,thevolumeofasprayscrubbercanbedecidedbySO2concentrationattheentranceandtheneededabsorbingefficiencywhenthevolumeabsorbingloadischoseninarec2ommendedrange.Thedeferentdefinitionsofthevolume2absorbingloadaregiven,andthedesignstepsofasprayscrubberbodyaredescribed.Keywords:wetFGD;sprayscrubber;thevolume2absorbingload中图分类号:X701.3文献标识码:B文章编号:1009-4032(2004)04-0017-02随着湿式烟气脱硫吸收塔的运行经验积累,近年来国内外的发展趋势表明,喷淋塔逐渐成为主导塔型。本文以喷淋塔为讨论对象,但设计方法和结论对其他型式的吸收塔也适用。由于吸收塔内气液流动传质、化学反应的复杂性,实际的工程设计主要靠经验。然而,为了使设计精确、完善,对于流动、传质理论的深入研究是不可或缺的。目前国内的大中型烟气脱硫系统大多是从国外引进的,有关吸收塔的设计制造尚在消化吸收、开发探索阶段。不少文章介绍了采用喷淋塔的烟气脱硫系统的调试和运行,但报道喷淋塔本体设计、研究的文章不多。王祖培〔1〕对喷淋塔及其系统设计的主要方面进行了讨论;郭毅等〔2〕对喷淋塔本体设计中主要参数的理论和经验性设计进行了分析。本文提出用喷淋塔的容积负荷———平均容积吸收率作为设计本体尺寸的控制指标,在确定喷淋塔的本体容积时,以容积吸收率为依据。文中阐述了不同角度的容积吸收率的定义、物理意义以及设计中的应用,给出了设计步骤。1喷淋塔的容积负荷含有SO2的烟气通过吸收塔,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SO2吸收量平均计算到吸收区高度内的塔内容积中,即为吸收塔的容积负荷———平均容积吸收率,以ζ表示。ζ可以从两个角度给出定义:(1)喷淋塔内总的SO2吸收量除以吸收区容积〔3〕,得单位时间单位体积内的SO2吸收质量:ζ=QV=K0Cηh(1)式中C为标准状态下进口烟气SO2质量浓度,kg/m3;η为按要求给定的SO2吸收效率,%;h为吸收区高度,m;由于一般喷淋塔的操作温度、烟气流速变化不大,K0基本上为常数,其值取决于烟气流速u(m/s)和操作温度t(℃);K0=3600u×273/(273+t)。(2)由传质方程可得喷淋塔内单位截面积上吸收的SO2总量〔4〕:G(y1-y2)=Kya·h·Δym(2)式中G为载气流量,因SO2浓度很低,可近似看作是烟气流量,kmol/(m2·s);y1、y2分别为塔进、出口处烟气中SO2的摩尔分数(标准状态下的体积分数);Kya为单位体积内SO2以气相摩尔差为推动力的总传质系数,kmol/(m3·s),a为单位体积内的有效传质面积,m2/m3;Δym为平均推动力,即塔底推动力Δy1=y1-y13与塔顶推动力Δy2=y2-y23712004年12月电力环境保护第20卷第4期©1995-2005TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.的对数平均值〔4〕,y3为SO2在气膜侧的平衡浓度。由此,定义容积吸收率为:ζ=G(y1-y2)/h(3)即吸收塔单位横截面积上的总吸收量除以吸收区高度,所表示的是单位时间体积内的污染气体平均吸收量。吸收效率η=1-y2/y1,即y1η=y1-y2,按排放标准,烟气中SO2质量浓度应低于1200mg/m3(标态),即体积分数为0.042%,这就要求:y1η≥y1-0.042%(4)式中y1