湿法烟气脱硫喷雾吸收塔设计概要

湿法烟气脱硫喷雾吸收塔设计概要

姚雪龙

(中国石化集团南京设计院,江苏南京 210048)

摘 要:对石灰石-石膏法烟气脱硫工艺中喷雾吸收塔结构、反应机理及内件配置进行了分析介绍,根据已有的工程设计经验,给出了喷雾吸收塔的设计参数,并讨论了设计中应考虑的主要问题。

关键词:烟气脱硫;喷雾吸收塔;工艺

中图分类号:TQ051.82 文献标识码:B 文章编号:1009-1904(2007)04-0019-04

1 概况

煤是供应我国能耗的主要来源,尽管近几年国家增加了对水力资源及其他能源的开发和投入,但煤在能源领域所占比重仍达到60%~70%,随着煤消耗量的增加,SO2的排放量也与日俱增,SO2的排放极易形成酸雨,其危害已影响了国民的生存空间,也制约了我国经济的持续发展。为此,国家环保部门加大了对环境整治力度,制定了严格的大气环保标准,以控制国内燃煤锅炉烟气排放的主要污染因子 SO2指标,提高大气质量。

自20世纪70年代,我国从国外引进了一些烟气脱硫技术,包括:石灰石 石膏法、循环流化床法、旋转喷雾干燥法、电子束辐照法等;在此基础上,国

p= p1+ p2

=0.210-3 L eq p0.45(p+98103)0.55+

3.8410-3 (p+98103)(9)

p=(p-98103)(10)由公式(9)和(10)可得式(11),

(p-98103)=0.210-3 L eq p0.45(p+98103)0.55

+3.4810-3 (p+98)(11)由式(1)~(3)可以看出,(2)、(3)两式是关于p的隐性函数。把式(2)、(3)代入式(11)中,可以看出式(11)是关于p的隐性函数。利用MATLAB 编写公式(1)~(11)的计算程序,输入b、D、!、d s、v、L1、L2等已知参数,通过fsolve命令则很容易得到p、 、L eq、 p等值。据此,该试验的计算结果为:p= 285.2kPa、 =18kg/kg、L eq=134m、 p=187.2 kPa。则输送管道初始端的压力p取290kPa、料气比 取20kg/kg是合理的。

7 结论

在炭黑密相气力输送系统,为了满足系统要求,压送罐的输送压力一般在196.0~333.2kPa,当气源压力较高时(一般大于686kPa),需通过比例调节阀来控制输送端的压力。在本设计中,系统输送能力设计值为6.6t/h,压送罐容积为2m3;输送管道采用DN150的超高分子量聚乙烯管;输送管道初始端的压力p取290kPa,初始输送速度v取3m/s。通过输送系统压力降的计算,验证了本设计参数的取值是合理的,且输送系统的压力降较小(为187.2 kPa)。将本设计参数应用于炭黑密相气力输送试验中,输送效果较好,基本满足了设计的要求。

参考文献:

[1] 李志华.气力输送装置[J].塑料科技,2003,(2):40~50.

[2] G E K li nz i ng,R D M arcu s,F R i zk,et a.l Pneum atic C onveyi ng of

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社,2003:108~112.

[4] 崔功龙.燃煤发电厂粉煤灰气力输送系统[M].北京:中国电

力出版社,2005:126~147.

[5] 蒋存刚.气力输送的流动性及其数值模拟[D].青岛:青岛科

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[6] H Bond.Press u re d rop p red icti on in l o w vel oci ty pn eumati c conve

ying[J].M on t h ly Notices of the Royal Astrono m i cal Soci ety,

1952,81(2):19.

作者简介:耿振中(1979-),河北衡水人,青岛科技大学机电学院化工过程机械专业在读硕士研究生。

(收稿日期:2007-05-08)

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2007年第4期 硫磷设计与粉体工程

S P&B M H RELATED ENG I N EER I NG

内也相继开发了一批简易的烟气脱硫技术。按脱硫

剂及脱硫副产物的状态基本上可分为湿法脱硫、干法脱硫、半干半湿法脱硫。湿法烟气脱硫中的石灰石-石膏法已成为我国火电厂湿法烟气脱硫的主要工艺[1]

。

从世界范围来看,湿法脱硫是最成熟可靠、运行最稳定的脱硫工艺,其脱硫效率达90%以上,并以石灰石-石膏法最具代表性。目前使用该脱硫技术的系统占脱硫总装机容量的80%以上,在脱硫技术装备中占主导地位,其原料采用石灰石,副产石膏可回收利用。

喷雾吸收塔是石灰石 石膏法脱硫装置的关键设备,近几年,通过引进技术等合作形式,先后完成了广东沙角发电厂C 厂660 3MW 机组、广西柳州发电有限责任公司200 2MW 机组、安徽华电宿州发电有限公司600 2MW 机组、辽宁华电铁岭发电有限公司600 2MW 机组烟气脱硫工程的详细设计。其中3套660MW 机组及2套200MW 机组已顺利通过168小时连续试车考核,并正式投入运行,各项指标皆达到了设计要求。在此基础上,就喷雾吸收塔的反应机理及工艺设计介绍如下。

2 反应机理

吸收塔反应机理在相关文献和著作中已有论述。烟气从吸收塔中部进入,在喷淋区与雾化喷淋的循环浆液逆向接触,吸收烟气中的酸性气体组分

(SO 2,H C l 和H F)并洗涤烟气中的灰尘。洗涤后的烟气进入除雾区,除去雾沫后从塔顶排出,并经烟囱放空。

吸收过程发生的主要反应如下:

SO 2+H 2O 2H ++SO -3

(1)H C l

H +

+C l

-

(2)

HF H +

+F -(3)

吸收酸性气体后的浆液,下落进入吸收塔浆池,首先进入反应区,完成石灰石与酸性物质的反应:

2CaCO 3+4H ++SO 2-3+2F -CaSO 3+C a F 2+2H 2O+2CO 2↑ (4)

生成的亚硫酸钙进入氧化区,通过外设氧化风机送风强制氧化,将亚硫酸钙转化为硫酸钙。在25~80?温度段内,形成CaSO 4!2H 2O [2]

,并在超饱和溶液中实现石膏的结晶:

2C aSO 3+4H 2O +O 2

2(CaSO 4!2H 2O)(5)

经足够的时间和搅拌,使生成的石膏结晶在吸收塔

浆池晶体生长区得以充分长大。实际上反应区、氧

化区及晶体生长区是无法严格区分的,三者是交互存在的。

吸收过程中形成的C l -

,经排浆泵排出,以免含量超标;C l -、灰尘颗粒及F -成为最终产物石膏中的一分子。

浆池内浆液反应的最佳pH 值范围为5.4~5.8,反应区p H 值稍高,晶体生长区p H 值稍低,在此范围内,既能保证石灰石的高效溶解,又能保证酸性气体的高效去除。p H 值的调节是通过加入石灰石浆液来控制的。

石灰石浆液可采用90%粒度小于0.043mm (325目)的石灰石粉直接加水配制,或采用小于20mm 的块状石灰石通过湿式球磨机制备,石灰石活性一般要求在90%以上。为节约用水,目前设计的脱硫装置主要以系统回收水作为石灰石制浆补水。

进入吸收塔的石灰石浆液其w (Ca O )一般控制在20%左右。

3 吸收塔设计

石灰石 石膏法烟气脱硫工艺运用的吸收塔有多种,如喷雾塔、液柱塔、托盘塔等,其中喷雾塔运用比较广。喷雾吸收塔通常采用钢制立式圆筒形塔槽一体结构,其主体结构可分为烟气入口、烟气出口、吸收塔浆池。烟气入口和烟气出口之间的区域可称为气体区域,该区域又可分为喷淋区和除雾区。烟气入口以下部分称为吸收塔浆池,石灰石浆液在吸收塔浆池中可分为反应区、氧化区及晶体生长区(见图1)。

图1 喷雾吸收塔结构示意

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2007年第4期

3.1 吸收塔壳体

吸收塔直径主要由进入吸收塔的烟气量和塔内的烟气流速确定,一般认为吸收塔烟气流速的合适范围是2.6~3.4m/s,大多取3m/s[3]。实践表明,烟气流速取4m/s是完全可行的,且比较经济(塔径小)。吸收塔设计成气密性结构,防止液体泄漏。其材质应选用耐介质腐蚀,并能承受烟气飞灰和脱硫工艺中固体悬浮物的磨损。一般多采用钢壳内衬橡胶或玻璃鳞片,局部内衬哈氏合金。吸收塔底面应能完全排空浆液。

3.2 烟气出、入口

烟气入口截面为边长大致相同的正方形,是未净化烟道气进入吸收塔的惟一通道,由碳钢板制作,外设型钢加强,内衬橡胶或玻璃磷片。干湿交界面通常采用H astelloy C-276衬里,采取塞焊方式贴衬于壳体。其宽L和高H由下式得出:

L=D sin?(6)

H=Q/(3600uD sin?)(7)式中:Q 吸收塔出口烟气量,m3/h;

D 吸收塔直径,m;

u 气速,一般取14~15m/s;

? 吸收塔弧长切角,一般取90#~95#。

吸收塔烟气出口规格并没有严格的要求,其气体流速通常取14~15m/s,宽高比在1~2之间。

出口烟气是经净化后的湿烟气,故烟气出口仅需内衬橡胶或玻璃鳞片。

3.3 吸收塔浆池

吸收塔浆池实际上是吸收塔浆液储槽,是反应区、氧化区及晶体生长区的合称。反应区的功能在于石灰石与浆液中的酸性物质反应,生成亚硫酸钙,见式(4);氧化区的功能在于完成亚硫酸钙的强制氧化反应,见式(5);晶体生长区的功能在于通过一定的时间培养和生长石膏晶体。

为了确保石膏晶体在生长过程中不沉淀,确保氧化空气的最佳分布和浆液的充分氧化,吸收塔底部晶体生长区配置了若干个搅拌器。它布置在若干个氧化空气管下方,搅拌系统能在任何时候都不会造成塔内石膏浆液的沉淀、结垢或堵塞。搅拌器的配置大多采用侧向式,但也有设置脉冲水力搅拌的。

吸收塔浆池容量与浆液的停留时间有关,一般要求不少于4m in。

3.4 浆液喷淋

在吸收塔烟气入口上方设置喷淋区,配置多层喷淋管(通常设三层),每层喷管配有一定数量的喷嘴。喷淋区的液气比在10~15L/m3,层淋洒密度达到45~55m3/(h!m2)是满足高脱硫率(不低于93%)的良好保证。另外,无论在技术性能方面,还是在经济性方面,喷嘴的选型和合理、优化的布置是脱硫系统达到高脱硫率的保证。

目前选用的喷嘴型式基本上是空心锥切线型,材质为碳化硅。喷嘴的选取主要在于其雾化性能,而雾化性能又取决于喷嘴结构参数以及循环浆液进口压力和黏度等。如果喷嘴进口压力越大,喷嘴的压力降越大,通过喷嘴的浆液流量越大,且喷出的雾化浆滴平均直径就越小,气液接触反应的表面积就越大;但喷嘴压力降增大,能耗也就越大。一般意义上讲湿法脱硫要求喷嘴的雾化平均粒径要小于2.1 mm,喷雾角为90#,喷嘴的流量控制在50~70m3/ h,喷嘴进口压力有多个等级,出于经济方面考虑,一般选用0.05M Pa。

喷淋液是由浆液循环泵供应,基本配置是一台循环泵对应一层喷淋管。浆液循环泵从吸收塔底部吸入浆液,送至吸收塔高位喷淋管。经验表明浆液密度控制在1050~1150kg/m3是比较经济合理的,浆液密度过大,对循环泵及管道的磨损会加剧,浆液密度过小,也就是说晶体生长不充分,会影响副产石膏的品质。

3.5 除雾区

在吸收塔喷淋区上部(喷淋层下游),设置除雾区,安装两级波型PP板除雾器,用以分离净烟气夹带的雾滴,并使除雾器出口烟气液滴含量不大于75 m g/m3(标准状况)。

除雾器主要分离粒径大于20~30 m的雾滴。其压力降一般要求在200Pa以下。

除雾器的除雾性能主要取决于烟气流速、叶片结构、叶片之间的距离及除雾器布置形式等。

1、烟气流速

通过除雾器断面的烟气流速过高或过低都不利于除雾器的除雾效果。烟气流速过高易造成烟气二次带水,从而降低除雾效率,同时流速高系统阻力大,能耗高。通过除雾器断面的流速过低,不利于气液分离,同样不利于提高除雾效率。此外,烟气流速低,吸收塔断面尺寸就会加大,投资也随之增加。根据不同除雾器叶片结构及布置形式,设计选用的烟气流速一般在3.5~5.0m/s。

2、除雾器叶片间距

除雾器叶片间距的选取对保证除雾效率,维持除雾系统稳定运行至关重要。叶片间距大,除雾效

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2007年第4期

姚雪龙 湿法烟气脱硫喷雾吸收塔设计概要

高铬铁素体不锈钢制造硫磺制酸干吸设备探讨

邱德良,刘焕安,赵成永

(旅顺滨城化工设备配件厂,辽宁大连 116049)

摘 要:针对高温浓硫酸腐蚀性强,高硅奥氏体不锈钢价格随金属镍价格而上涨等因素,介绍了硫磺制酸干吸系统塔设备用材质的技术进展,阐述了高铬铁素体不锈钢的优点和超低碳高铬铁素体不锈

钢对200?、98%H

2S O

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浓硫酸优良的耐腐蚀性能,以及它们在干吸系统设备中的应用情况,认为高铬

铁素体不锈钢在高温浓硫酸中的应用前景广阔。

关键词:硫酸生产;铁素体不锈钢+高铬;浓硫酸+高温;应用

中图分类号:TG142.71;TQ111.16 文献标识码:B 文章编号:1009-1904(2007)04-0022-04

1 概述

与矿制酸及冶炼烟气制酸工艺相比,硫磺制酸工艺具有诸多不同之处,在干燥与吸收工序,由于多年来形成的习惯性思维,其不同之处常常被人们忽视。实际上,由于硫磺制酸装置干燥塔中干燥的是空气,而不是湿度很高的含二氧化硫气体,因而可谓不存在水平衡问题,也不存在二氧化硫在干燥塔循环酸中溶解并在吸收塔中解吸,因此可以使用w(H2SO4)=98%的硫酸干燥空气。从吸收平衡及吸收速度的角度来看,干燥塔淋酸的w(H2SO4)在98.3%左右最好。使用98%H2SO4干燥空气,干燥塔和吸收塔的循环酸既可以交叉循环,也可以共用循环槽。

高铬铁素体不锈钢对w(H2SO4)?98%的浓硫酸耐腐蚀性能良好,用其制造硫磺制酸装置中的干燥塔和吸收塔更合理,更能适应干吸系统工艺变化的要求。硫磺制酸中干燥与吸收酸循环的工艺流程有:%三塔三槽&、%三塔两槽&(干燥塔和一吸塔循环槽合一或干燥塔和二吸塔循环槽合一)和%三塔一

率低。叶片间距选取过小,除加大能耗外,冲洗效果也有所下降,叶片上易结垢、堵塞,最终也会造成系统停运。叶片间距根据系统烟气特征(流速、SO2含量、带水负荷、粉尘浓度等)、吸收剂利用率、叶片结构等综合因素进行选取。设计选用的叶片间距一般在20~95mm。目前脱硫系统中最常用的除雾器叶片间距大多在30~50mm。

在脱硫系统运行时,除雾器往往受上游雾状浆液影响而结垢,并进一步影响除雾器的除雾性能,因此必须对除雾器进行间断冲洗。冲洗采用工艺水,冲洗压力为0.10~0.25MPa。此外,冲洗还是调节吸收塔水平衡的手段之一。

3.6 附件设置

为使吸收塔内烟气分布均衡,在吸收塔烟气入口和喷淋层间设置了气体分布区,通过适当缩小吸收塔内径,解决烟气进入吸收塔流体分布不均的问题。另外,在喷淋层间可设置环形板,避免烟气通过喷淋层时出现靠塔壁处因喷淋液不均而造成气相短路的现象,起到节能增效的功能。

4 结束语

吸收塔是湿法烟气脱硫中最关键的设备,其每个部件都是十分重要的,但又是紧密联系的,氧化空气分布、喷淋层配置、除雾器设置以及循环浆液泵的配套都是相互影响的。把握好吸收塔本体设计是脱硫装置成功的基础。

参考文献:

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[J].热力发电,2004,(1):29~31.

作者简介:姚雪龙(1968-)男,江苏昆山人,工程师,从事硫酸和环保烟气脱硫工艺专业设计研究工作。

(收稿日期:2007-04-06)

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硫磷设计与粉体工程

S P&B MH RELATED ENG I NEER I NG

2007年第4期

S P&B MH RELATED ENG I NEERI NG ABS TRACTS B i m onth l y TotalNo.79,No.42007;Pub li s h ed on J u.l31,2007

(In i ti al Issue i n Dec.of1991)

P rocess T ec hnology and Equ i pm en t Selection for L arge sized Sulf ur burning Sulfuric A cid P lant

SHA Ye wang(SI NO PEC N an ji ng D esign Institute,N anji ng210048,Chi na)

Abstrac t: The wo rk that t he the m e is T he K ey T echno l ogy,Equ i p m en t and F eatures o f D esi gn for La rge sized Sulfur burn i ng Su lf ur ic A c i d P lant prepared by S I NOPEC N anji ng D esi gn Instit ute is outli ned,and high ligh ts the issues i nclud i ng w aste hea t recovery and its u tili zati on,and the relationsh i p bet w een selecti on of m a i n equ i p m ent and energy sav i ng.It i s concl uded t hat the energy should be full y and e ffectively utilized,t he techno l ogy and equ i p m ent should be proper l y selected,so as to bu il d an energy effecti ve su lf u r burni ng su l f u ric acid p l ant w ith the m i n i m u m i nvest m ent and m ax i m u m energy sav i ng.

K ey words: su lf u r burni ng sulfuric ac i d production;des i gn;techno l ogy and equip m ent;fea t ure;waste heat;recovery and utilization; energy sav i ng

P ractice and S t udy o f P roducing D AP w it h H igh M agnesiu m Phosphor ite(to be continued) DUAN Fu gang(Co m pound F ertili zer Fac t o ry o f Shanx iHuashan Che m ica l G roup Co m pany,H uax ian714100,Ch i na) Abstrac t: Phosphor ite w it h h i gh m agnesi um content has sign ifi cantl y h i gh i m pact on the ex tracti on o f phosphor i c ac i d and DAP pro duction.The i m pac t of high m agnes i u m phospho rite used i n the60kt/a DA P plan t on the production process and quan ti ta ti ve fi gures of d i hydrate phosphor i c ac i d and conven tiona l phospha te producti on are outlined,as w ell as the m easures taken to m i n i m i ze or e li m i nate such i m pac t,i nc l ud i ng t he ad j ust m en t o f pro cess fi gures,feedstock adaptab ility reva m p and streng then i ng of process contro,l etc.Through compar i son ana l y si s,t he e ffect o f producti on usi ng hi gh m agnes i u m pho spho rite a fter taki ng the m easures i s eva l uated,and the develop m ent and use o f new techno logy related to t he DA P producti on w ith h i gh m agnesiu m pho spho rite are stud i ed and d i scussed.

K ey word s: phosphor i c ac i d;d i amm on i u m phosphate;high m agnesi u m phosphor ite;production practi ce;study

D es ign o f D ense Phase Pneu m atic Conveying Sys te m for Carbon Black

L I Zh i hua,LV Peng bo,ZHAO We,i SUN Ran,GENG Zhen zhong(M echan ica l Eng i neer i ng Schoo l of Q i ngdao Science and

T echno logy U n i versity,Q ingdao266061,Ch i na)

Abstrac t: Pneuma ti c convey i ng syste m s are m ore and m ore w i de l y app lied i n t he convey i ng of carbon b lack w ith the deve lop m ent of the rubber industry and due to t he unique advantages of pneuma ti c convey ing.W i th the pneuma ti c convey i ng sy stem f o r carbon b l ack as the ob j ect for study,t he dete r m i na tion of bas i c para m e ters for desi gn of the system,deter m i nati on o f pneu m atic conv ey i ng type,design of pressure conveying tank vo lu m e,des i gn o f convey i ng pi pes is deta iled,and it i s v erified through ca lcu l a ti on o f the pressure drop in the conv ey i ng sy stem tha t the values of desi gn para m e ters are reasonable.

K ey word s: pneu m ati c convey i ng+dense phase;carbon black;conveying syste m;desi gn

D es ign H ighlights f o r Spray A bsorption T o w er o fW etM ethod F lue G as D esulfurization

YAO Xue long(S I NOPEC N anji ng D esi gn Instit u te,N an ji ng210048,Ch i na)

Abstrac t: The construc tion,the reacti on m echanis m and t he confi gura ti on o f i nte rnals o f the spray absorption t ow er i n the li m estone gypsu m me t hod fl ue gas desulf ur i zati on process is ana l yzed and outlined.T he desi gn para m eters f o r t he spray absorption tow er a re g i ven based on the ex i sti ng eng i neeri ng desi gn exper i ences,and ma i n ite m s to be considered dur i ng the design are discussed.

K ey word s: fl ue g as desu lf u rization;spray absorption to w er;process

D iscuss ion o f Sulf ur burn ing Su lfuric A cid D ry ing and Abso rption Equip m entM ade of H igh

Chro m iu m Ferr itic S t a inless Steel

Q I U De liang,L IU H uan an,ZHAO Cheng yong(Lvshun B i ncheng Chem ical Equi pment A ccesso ry Facto ry,D ali an116049,Ch i na) Abstrac t: In v ie w of factors such as the strong corrosivity o f h i gh te m pe rature concentrated sulfuric acid,and the price o f h i gh sili con austen iti c sta i nless steel w ill i ncrease w it h the price o f m etal n icke,l t h is arti c le outli nes the techno l og ical develop m ent of ma teria l of constructi on of to w er equip m ent o f the dry i ng and abso rpti on syste m s for su lf u r burni ng su lf ur ic acid produc tion,and h i gh li ghts the ad

vantages o f h i gh ch ro m i um ferr itic sta i nless stee,l the exce llent co rrosion res i stance to98%H

2SO

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concentra ted su lf ur i c acid at200?

by the u ltra l ow carbon h i gh chro m i u m ferr iti c sta i n less stee,l as w ell as its app lica ti on i n the equip ment o f dry i ng and absorpti on sys te m s.It i s consi dered that t he h i gh chro m i u m ferr itic sta i n l ess steel offers w ide appli cati on for high tempe rature concentrated su lf ur i c acid. K ey word s: su lf ur i c ac i d produc tion;ferritic stai n l ess steel+h i gh chrom iu m;concentrated su lf ur i c ac i d+h i gh te m perature;app lica ti on

D evelop m ent and A pplication o f XD S-1H igh S ilicon A usten itic S t a inless Stee l for H igh

T e m perature C oncentra ted Su lfuric A cid

L IU H uan an,YE J i xuan(R esearch and Deve l op m ent Center fo r Spec i a lty M eta lM ater i a ls of X uanda G roup,Y ong ji a325105,Ch i na) Abstrac t: The deve l op m ent sta t us o f h i gh silicon austen iti c sta i nless stee l for h i gh te m perature concentrated su lf u ric ac i d both in Ch i na and abroad is outli ned,its a lloy desi gn and a ll oy i ng pri nc i ple i s analyzed,t he m echanical property and co rrosion resistance o fXD S-