烟气脱硫系统的吸收塔及停留时间

【摘 要】 介绍了烟气脱硫系统中三种主要的吸收塔类型,及烟气在吸收塔中停留时间和喷淋吸收区高度的计算方法。简述了液气比与气速、 烟气中SO2含量的关系,并列举了喷淋塔、动力波塔和平流塔等工程实例。

0、引言
烟气脱硫系统中使用的吸收剂均带有悬浮物或结晶体,使体积庞大的塔内件清洗困难,因此烟气脱硫系统中的吸收塔宜采用喷淋空塔,且尽可能使用逆流型喷淋塔,以提高传质推动力。塔中,烟气与浆液喷淋区及塔底浆液池可分别视为连续过程的气一液反应器和液一液反应器。塔内液面上方烟气与喷淋的浆液逆向接触,烟气从入塔到离开喷淋吸收区的时间即为烟气的停留时间(空时)。塔底储浆池体积与循环浆液排出量之比,即为浆液的停留时间。
1、烟气和浆液在塔内停留时间
吸收塔中影响脱硫效率的主要因素为液气比,气速及平均停留时间。当吸收剂与吸收烟气中的SO2量的比值(一般取1.03-1.05)确定后 ,要达到一定的脱硫效率,塔内气速越高,所需的液气比越低,所需的液气比越高。塔内烟气流速一般为3.5-4.8m/s,液气比为11-18L/m3。 一般来说,若在保证脱硫效率不变的情况下,烟气中含硫量越高,吸收反应中传质单元数越大,在钙硫比、烟气量以及气速不变的情况下,由于传质单元数的加大,所需的液气比也相应变大。吸收塔中烟气在塔内停留的时间越长,与喷淋而下的吸收剂接触时间越长,反应进行得 越完全,脱硫的效率越高,但所需的喷淋区域越大,吸收区高度也越高。由于气速的限制,一般吸收区高度为15-20m。
塔内反应物的平均停留时间:
f(t)称为停留时间分布密度,它可以通过简单的示踪试验,并经过简易的处理和标绘获得。停留时间也可以用下式表达:
VR
t=—— (3)
Q
式中:t为停留时间;VR为塔内喷淋区体积;Q为体积流量。
停留时间也可以从已建成的具有相似工艺条件的吸收塔中计算得到。有了停留时间t,可从下式确定吸收塔的直径D和喷淋层高度H:
3.14
Q=——D2V (4)
4
H=vt (5)
从(4)、(5)式可知,若要气速高,则H就大,吸收塔直径就小;反之气速低,则H就小,D就大。由(5)式得知烟气流速的确切定义,应为吸收段高度与停留时间之比,气速越大,传质气膜厚度越薄;增加液体流量,增加了气液两相流的湍动,提高了总传质系数。在脱硫效率一定的条件下,气速从2.3m/s提高到4.3m/s,液气比L/C减少了32%,传质速率提高50%。但是,气囊过高,浆液雾滴将烟气带走,同时,也会使塔内压力损失增大。
湿法烟气脱硫吸收塔塔内烟气的停留时间一般为3.5-5.5s吸收剂为溶液的动力波塔和平流塔内烟气的停留时间一般为1.5-3.5s。
循环浆液在浆液池的停留时间长,有利于石膏晶体长大,但浆液排出时间过长,已成型的石膏晶体容易被循环泵破坏,因此浆液池的停留时间一般取10-25h。吸收剂为溶液时,循环浆液的停留时间以维持塔底溶液的pH值和反应物浓度为准,故停留时间无需过长,一般不大于 1h。
2、不同类型吸收塔的应用
在石灰石湿法脱硫系统中,最常用的烟气脱硫塔为逆向喷喷淋塔,对于不同的吸收剂也有使用动力波塔及平流塔的。
2.1 逆向喷淋塔
逆向喷淋塔是石灰石湿法脱硫系统中常用的吸收塔。烟气从塔中下部进入,与从塔内由上向下喷淋的浆液逆向接触。
例一:某工程烟气量为3375195m3/h,SO2含量10618mg/m3,L/G为19.74L/m3,塔径为16.8m,吸收层高度H=20.8m,气速为4.23m/s,储浆 池体积4707.2m3,浆液排出量为298.8m3/h。由计算可知:烟气停留时间Tt=4.92s,浆液在储浆塔中停留时间T2=15.75h,吸收层高度H=20.8m 。
2.2 动力波塔
动力波塔中,烟气从塔顶进入两个竖直管道中的逆向喷淋器的顶部,吸收剂向上通过一系列的抗磨损的大管径喷射器喷出,形成高度湍流的竖直波,液体被气体强制转向的同时,液体表面发生了速度极快的化学反应,从而完成SO2的脱除过程。动力波塔只需6个喷头,喷射器口径大,即使吸收剂中含有高达20%的悬浮物也不易堵塞。
例三:某公司利用柠檬废水母液,添加NaOH碱液作为洗涤液,用动力波塔进行烟气脱硫。烟气最为1404146m3/h,SO2含量为974mg/m3,L/G为6.27L/M3,塔径D为12m,吸收层高度H=6m,v=3.45m/s,洗涤液池体积为384.34m3,增压泵排出量500m3/h。脱硫效率可达95%。经计算确定烟气停留时间Tt=1.74s,循环石膏浆液在储浆池中停留时间T2=0.77h,吸收高度H=6m。
2.3 平流塔
平流塔吸收区呈水平U型,烟气在塔内喷淋区实现U型变向,烟气进出口在塔的同一侧。
例四:某公司二期烟气脱硫采用平流塔,利用柠檬废水在平流塔内进行烟气脱硫,处理烟气量为1242705m3/h,烟气中SO2含量为 1046.52mg/m3,L/G为6.76L/m3,塔径12m,停留时间Tt=3.75s,气速为6.9m/s,洗涤液停留时间T2=0.86h,脱硫效率为92%-95%。
湿法脱硫系统也曾有采用平流塔的实例,但效果不理想,主要原因是烟气在塔内停留时间不够,烟气流场不理想,与浆液不能做到真正逆向接触。
由于湿法烟气脱硫工艺的吸收过程涉及气液固三相之间的扩散过程,反应过程以及伴随固体在溶液中的溶解过程,机理复杂,很难表述。当吸收剂为溶液时,由于SO2的化学吸收速率高,过程为气膜传质控制,可适当提高气速,以减少气膜的厚度。
综上所述,即使工艺条件相同,随着吸收塔结构的不同以及使用不同的吸收剂,烟气在塔内的停留时间将有所不同。
3、结语
烟气脱硫系统的吸收塔宜采用喷淋空塔。工程设计中应确定烟气在喷淋吸收区的停留时间,并由此确定吸收区的高度。吸收塔结构不同及使用不同的吸收剂,烟气在塔内的停留时间将有所不同。由于石膏结晶所需,循环石膏浆液在储浆池的停留时间远大于溶液吸收剂在储浆池停留时间。