（化工过程机械专业论文）氨法烟气脱硫氨回收研究.pdf

摘要 针对炼油厂氨法烟气脱硫工艺中脱硫塔出现的氨挥发剧烈的问题，开发设计了一 套包括喷淋塔和除雾器在内的氨回收装置。在喷淋塔内，利用螺旋喷嘴产生的大量雾 滴吸收脱硫塔内挥发出的氨气；而吸收氨气后粒径较小的雾滴可被烟气带离喷淋塔， 需用除雾器将这些雾滴分离下来，以避免氨的二次污染，保证烟气达标排放。 以双膜理论为基础，对喷淋塔内氨气吸收过程进行了研究，建立了氨吸收效率模 型，确定了影响氨吸收效率高低的主要操作参数有空塔气速、液气比和吸收区高度； 通过对各操作参数进行正交实验，得出各参数主次关系为：空塔气速 液气比 吸收 区高度；结合各操作参数单因子吸收效率实验和喷淋塔压力损失实验，得出各参数最 佳区域：空塔气速4 m s ，液气比0 8 l n m 3 ，吸收区高度o 8 m ，此时氨吸收效率为9 0 5 ， 喷淋塔出口处氨含量低于2 0 p p m ，喷淋塔总压降为1 4 0 p a ；以喷淋塔压力损失实验数 据为基础，拟合出了喷淋塔的压力损失方程 卸= 【c d 。( 鲁_ 1 ) 2 + o 5 q ：鲁( 鲁- 1 ) + 1 3 4 9 l s - 6 3 8 4 】竽 方程预测值与实验值具有良好一致性，对喷淋塔工业放大设计具有一定的参考价值。 最后对旋流板除雾器分离性能进行了实验研究，得出除雾器参数最佳区域：空塔 气速3 5 m s ，旋流叶片数1 2 ，叶片仰角2 5 0 ，旋流区高度0 4 m ，此时除雾器分离效率 为9 9 2 ，除雾器总压降为7 2 0 p a ；以除雾器压力损失实验数据为基础，拟合出了除 雾器的压力损失方程 卸= 【( 鲁- 1 ) 2 + o 5 鲁( 鲁- 1 ) “3 1 6 矿姗r e o 嘶】等 方程预测值与实验值具有良好一致性，对除雾器工业放大设计具有一定的参考价值。 关键词：喷淋塔，液气比，旋流板，吸收，压力损失 a m m o n i ar e c o v e r ys t u d yi nf l u eg a sd e s u i p h u r i z a t i o nb y a m m o n i am e t h o d w uz h e n s o n g ( c h e m i c a lp r o c e s sm a c h i n e r y ) d i r e c t e db yp r o f l i ug u o r o n g a b s t r a c t a i m i n g a tt h ep r o b l e mo fd r a s t i ca m m o n i av o l a t i l i z a t i o ni nt h ed e s u l f u r i z a t i o nt o w e ro f f l u eg a sd e s u l f u r i z a t i o nt e c h n o l o g yo fp e t r o l e u mr e f i n e r y , d e v e l o pa n dd e s i g na na m m o n i a r e c o v e r yd e v i c ew h i c hi n c l u d e sas p r a yt o w e ra n dam i s te l i m i n a t o r i nt h es p r a yt o w e r , a b s o r bt h ev o l a t i l ea m m o n i af x o mt h ed e s u l p h u r i z a t i o nu s i n gn u m e r o u sd r o p l e t ss p r a y e db y as p i r a ln o z z l e ；a f t e ra m m o n i aa b s o r p t i o n , f i n ed r o p l e t sc a r r i e da w a yf r o mt h es p r a yt o w e r b yt h ef l u eg a ss h o u l db es e p a r a t e db yt h em i s te l i m i n a t o r , a v o i dt h es e c o n d a r yp o l l u t i o no f t h ea m m o n i ，a n dg u a r a n t e et om e e tt h ed r a i n i n gs t a n d a r do ft h ef l u eg a s b a s e do nt h et w o - f i l mt h e o r y , c a r r yo u tas t u d yf o rt h ea m m o n i aa b s o r p t i o np r o c e s s ， d e d u c eam o d e lo ft h ea m m o n i aa b s o r p t i o ne f f i c i e n c y ，m a k es u r et h a tt h em a i no p e r a t i n g p a r a m e t e r sa f f e c t i n gt h ea b s o r p t i o ne f f i c i e n c ya r ee m p t yt o w e rg a sv e l o c i t y , l i q u i d g a sr a t i o a n dh e i g h to ft h ea b s o r p t i o nr e g i o n ；t h r o u g ht h eo r t h o g o u a le x p e r i m e n tf o re a c hp a r a m e t e r , d r a wt h ec o n c l u s i o nt h a tt h em a j o ra n dm i n o rr e l a t i o n s h i po ft h e s ep a r a m e t e r si se m p t y t o w e rg a sv e l o c i t y l i q u i d g a sr a t i o h e i g h to ft h ea b s o r p t i o nr e g i o n ；c o m b i n e d 、析t ht h e e x p e r i m e n t so fa b s o r p t i o ne f f i c i e n c ya n dp r e s s u r el o s so fe a c ho p e r a t i n gp a r a m e t e r , d r a w t h ec o n c l u s i o nt h a tt h eb e s tr e g i o no ft h e s ep a r a m e t e r s ：e m p t yt o w e rg a sv e l o c i t yi s4 r n s ， l i q u i d g a sr a t i oi s0 8 l n m 3 ，h e i g h to ft h ea b s o r p t i o nr e g i o ni so 8 m ，也ea m m o n i a a b s o r p t i o ne f f i c i e n c yi s9 0 5 a tt h i sm o m e n t ，a m m o n i ac o n t e n ta tt h eo u t l e ti sl o w e rt h a n 2 0 p p m ，a n dt h et o w e rp r e s s u r ed r o pi s14 0 p a ；b a s e do nt h ee x p e r i m e n t a ld a t ao ft o w e r p r e s s u r el o s s ，f i tap r e s s u r el o s se q u a t i o nf o rt l l et o w e r 卸= 睇- c 鲁州2 + o s q z 鲁c 鲁叫+ 1 3 4 9 l g - 6 3 8 4 ，竽 t h ep r e d i c t e dp r e s s u r el o s sb ym o d e li si ng o o da g r e e m e n tw i t he x p e r i m e n t a ld a t a , a n dt h i s e q u a t i o nh a sac e r t a i nr e f e r e n c ev a l u ef o rt 1 1 ei n d u s t r i a ls c a l e u pd e s i g no ft h es p r a yt o w e r f i n a l l yc a r r yo u ta ne x p e r i m e n t a ls t u d yf o rt h es e p a r a t i o np e r f o r m a n c eo ft h em i s t e l i m i n a t o r , d r a wt h ec o n c l u s i o nt h a tt h eb e s tr e g i o no fp a r a m e t e r s ：e m p t yt o w e rg a sv e l o c i t y i s3 5 m s ，b l a d en u m b e r1 2 ，b l a d ee l e v a t i o na n g l ei s2 5 0 ，h e i g h to ft h es w i r l i n gz o n ei s0 4 m ， t h es e p a r a t i o ne f f i c i e n c yi s9 9 2 a tt h i sm o m e n t , a n dt h ep r e s s u r ed r o pi s7 2 0 p a ；b a s e do n t h ee x p e r i m e n t a ld a t ao ft h ep r e s s u r ed r o p ，f i tap r e s s u r el o s se q u a t i o nf o r t h em i s t e l i m i n a t o r 卸= 【( 鲁一) 2 + o s 鲁( 鲁一) + - 3 舶矿啪k n 0 4 6 】竽 t h ep r e d i c t e dp r e s s u r el o s sb ym o d e li si ng o o da g r e e m e n tw i t he x p e r i m e n t a ld a t a , a n dt h i s e q u a t i o nh a sac e r t a i nr e f e r e n c ev a l u ef o rt h ei n d u s t r i a ls c a l e u pd e s i g no f t h ee l i m i n a t o r k e yw o r d s ：s p r a yt o w e r , l i q u i d - g a sr a t i o ，c y c l o n ep l a t e ，a b s o r p t i o n ，p r e s s u r el o s s 主要符号说明 主要符号说明 k 解离常数，只随温度而改变； 见溶质在气相中的平衡压力，k n m 2 ； x 平衡状态下，溶质在液相中的摩尔分率； e 亨利系数，k n m 2 ； 日溶解度系数，k m o l ( m i c n ) ； 、巳，分别为液相主体及界面上a 组分的浓度，k m o l l m 3 ； 皖、噍分别为液膜及气膜的厚度，m ： 巳液相态浓度，k m o 3 ； 尸气相总压，k p a ； 液相惰性组分在主流与界面间浓度的对数平均值，k m o 时； p 砌气相惰性组分在主体与界面间分压得对数平均值，k p a ； 以吸收速率，k m o l ( m 2 - s ) ； 只及只，a 在气相主体及相界面上的分压，p a ； k 气膜吸收分系数，k m o l ( m 2 s p a ) ； 只及只，a 在气相主体及相界面上的分压，p a ； k _ 气膜吸收分系数，k m o l ( m 2 s p a ) k g 气相总传质系数，k m o l ( m 2 s p a ) ； 吒液相总传质系数，m s ： p 。与液相浓度c 成平衡的气相分压，p a ； c 与气相分压p 成平衡的液相浓度，k m o m 3 ； d ，液滴平均直径，m ； 甜，液滴和烟气间的相对速度，m s ； 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 v g 姻气的运动粘度，m 2 s ； 鼢一施伍德准数，无量纲； r e g 雷诺准数，无量纲； 一斯密特准数，无量纲； d b - 组分a 在b 中的扩散系数，m 2 s ； y 通过吸收塔的惰性气体量，k m o l s ； 三通过吸收塔的吸收剂量，k m o l s ； y 、z 分别为朋一，2 截面及塔底气相中溶质摩尔比，k m o l 溶质k m o l 惰性气体； 工五分别为册一露截面及塔底液相中溶质的摩尔比，k m o l 溶质k m o l 溶剂； e 一气流量，因n h 3 浓度很低，可近似看作是烟气流量，k m o l ( m 2 - s ) ； m 、耽吩别为塔进、出口处烟气中n i l ，的摩尔分数( 标况下的体积分数) ； k r 口单位体积内n h 3 以气相摩尔差为推动力的总传质系数，k m o y ( m 3 s ) ； 单位体积内的有效传质面积，m 2 m 3 ： 或喷嘴的喉部直径，m ； ，液滴与气流的相对速度，m s ： 吼液滴的表面张力系数，n m ： 以姻气的密度，k g m 3 ： 儿液体的动力粘度，p a s 见液体密度，k g m 3 ； 鱿喷雾流量，m 3 s ： p 表喷雾的表压力，p a ： q 阻力系数； 1 ，g 气体的运动粘度，m 2 s ； 主要符号说明 心气体的动力粘度，p a 。s i 材。液滴的切向速度，即圆周速度，m s ： ，液滴作离心旋转的半径，m ； f 液滴离心沉降速度，m s ； 肌l 实验前储液槽内加入水的质量，k g ； m 2 实验结束后储水槽内剩余水的质量，k g ： 口叶片仰角，口= 2 2 5 0 一3 0 0 ，一般取口= 2 5 0 ； 聍一叶片数，m = 8 - 2 4 片，一般取m = 1 2 ： 万叶片厚度，m ，一般取8 = 0 0 0 3 m ； 卸。喷淋塔干气压降，p a ： 鼻干气体通过喷淋塔( 不喷水) 时的阻力系数； 知局部阻力系数； 么。主管路的截面积，i n 2 ； a 2 喷淋塔的截面积，m 2 ； q 。渐扩管阻力系数，大小与渐扩管锥角有关，锥角为4 5 。时阻力系数为0 9 5 ； 巳：- 渐缩管阻力系数，大小与渐扩管锥角有关，锥角为4 5 。时阻力系数为0 3 5 ； 卸：喷淋塔干气压降，p a ： 磊因向喷淋塔喷水而引起的阻力系数； 鼻除雾器入口局部阻力损失系数； 六除雾器出口局部阻力损失系数； 除雾器内阻力损失系数。 三g 一液气比，l n m 3 。 关于学位论文的独创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在指导教师指导下独立进行研究工作所取得 的成果，论文中有关资料和数据是实事求是的。尽我所知，除文中已经加以标注和致 谢外，本论文不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含本人或他人为获得 中国石油大学( 华东) 或其它教育机构的学位或学历证书而使用过的材料。与我一同 工作的同志对研究所做的任何贡献均己在论文中作出了明确的说明。 若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。 学位论文作者签名：是亟查刍 日期：纠7 年6 月尹日 学位论文使用授权书 本人完全同意中国石油大学( 华东) 有权使用本学位论文( 包括但不限于其 印刷版和电子版) ，使用方式包括但不限于：保留学位论文，按规定向国家有关部 门( 机构) 送交学位论文，以学术交流为目的赠送和交换学位论文，允许学位论 文被查阅、借阅和复印，将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 采用影印、缩印或其他复制手段保存学位论文。 保密学位论文在解密后的使用授权同上。 学位论文作者签名 - ： 关- j 。振 六气1 指导教师签名：麦= j 鞯 指导教师签名： 到l 艺毖 月厂日 f 易月妒日 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 1 1 课题研究背景 第一章绪论 近年来随着加工进口高硫原油以及环保法规对排放要求越来越严格，控制排放烟 气中的含硫量势在必行。针对炼油厂催化裂化装置烟气排放的实际情况，反复筛选比 较各种脱硫工艺，最后选用湿式氨法脱硫工艺进行炼油厂烟气的脱硫。 ( 1 ) 氨法脱硫简介 氨法烟气脱硫是以吸收、冷凝、过滤、结晶原理为基础，采用一定浓度的氨水作 吸收剂，在一结构紧凑的吸收塔内洗涤烟气中的s 0 2 ，以达到净化烟气目的的新型脱 硫技术。该工艺主要由吸收过程和结晶过程组成。在脱硫塔中，烟气中的s 0 2 与氨水 吸收剂逆向接触，s 0 2 被氨水吸收，生成亚硫酸氨与硫酸氢氨。在喷淋塔底槽，亚硫 酸氨被充入的强制氧化空气氧化成硫酸氨。由底槽排出的硫酸氨吸收液，先经灰渣过 滤器滤去飞灰，再在结晶反应器中析出硫酸氨结晶液，经脱水、干燥后得到副产品硫 酸氨【1 1 。 ( 2 ) 烟气脱硫后出现的问题 湿式氨法烟气脱硫采用一定浓度的氨水作为吸收s 0 2 的吸收剂，主要优点是脱硫 剂是液态、设备简单、脱硫剂利用率和脱硫效率高，且副产物为硫酸铵，其经济效益 可抵消大部分运行费用，应用前景较为广阔。但由于烟气的温度和湿度都很高，反应 吸收的温度也比较高，氨极易损失。氨损失主要为吸收液氨蒸汽损失，同时氨还易生 成亚硫酸铵、硫酸铵和氯化铵等难以去除的气溶胶，造成氨损失和烟雾排放。氨的价 格相对于低廉的石灰石等吸收剂来说还是太高了，由此尾气中氨含量的控制就显得尤 为重要。2 0 0 7 年施行的炼油与石油化学工业大气污染物排放标准中规定了氨的最 高允许排放浓度为3 0 m g m a ，即为4 0 p p m ，因此如果氨法脱硫工艺不能有效地解决氨 的挥发性问题，氨法脱硫很可能因此而失败。 脱硫后的烟气在进入烟囱排放前，烟气中的的雾沫夹带量必须控制在一定水平之 下，否则就会出现风机带水、湿烟囱等工程事故，其危害是严重和长期的。由于大量 雾滴被风机抽出，使后续管道、风机、烟囱等受到腐蚀，其中受到危害最大的是风机。 烟气中的微尘在水的作用下，牢牢粘贴在风机的叶轮上，使其失去动平衡，加之酸腐 蚀，叶轮在较短时间内就得更换；大量酸性水会对烟囱浸泡、腐蚀，从而引发烟囱开 第一章绪论 裂、倒塌等严重事故，而且由于大量水气被带出，严重影响了烟气的抬升高度，加大 了排烟负荷。 ( 3 ) 解决措施 针对氨法烟气脱硫后出现的氨损失严重的问题，开发设计包括喷淋塔和除雾器在 内的氨回收装置。在喷淋塔内，清水经供液泵吸入喷淋塔并进行喷淋雾化，与烟气逆 向接触，吸收脱硫塔内挥发出来的氨气，同时也洗掉绝大部分的气溶胶，从而使烟气 中的含氨量符合工业大气污染物排放标准的要求；烟气流经喷淋塔后必然夹带大量的 小雾滴，而这些雾滴是吸收了氨气的，如果不能及时回收这部分雾滴，一是会造成氨 的二次损失，二是会使烟气的含湿量大大增加，造成风机带水、湿烟囱等工程事故， 所以必须在喷淋塔后安装除雾器来解决这个问题。因此，本文将重点对喷淋塔的吸收 性能和除雾器的分离性能进行实验研究，优化其主要的操作参数，在压降尽可能小的 前提下，使喷淋塔的吸收效率和除雾器的分离效率尽可能地高。 1 2 课题研究内容 针对炼油厂氨法烟气脱硫工艺中脱硫塔存在的氨挥发剧烈的问题，开发设计一套 包括喷淋塔和除雾器在内的氨回收装置，并对喷淋塔的吸收性能和除雾器的分离性能 进行理论分析和实验研究。具体来说，本课题的研究内容包括： ( 1 ) 烟气中气、液两相物理和化学性质的研究； ( 2 ) 气体吸收及除雾设备选型研究； ( 3 ) 建立喷淋塔氨吸收效率模型的研究； ( 4 ) 除雾器结构设计研究： ( 5 ) 喷雾过程中，各操作参数对氨吸收效率的影响研究； ( 6 ) 喷淋塔压力降特性研究； ( 7 ) 除雾过程中，各操作参数对除雾器分离性能的影响研究； ( 8 ) 除雾器压力降特性研究。 2 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 2 1 气体吸收设备概述 第二章文献综述 在氨法脱硫工艺流程中，从吸收塔中逃逸的氨气可看作气态污染物，因此氨气回 收可参考气体污染物的净化技术。气态污染物在废气中呈分子状态，分布得很混匀， 不像颗粒物那样可以用重力、离心力、静电力等使其与废气分离。气态污染物的控制 主要是利用物化性质，如溶解度、吸附饱和度、露点和选择性化学反应等的差异，将 污染物从废气中分离出去；或者将污染物转化为无害或易于处理的物质。常用的方法 有吸收法、吸附法、冷凝法、催化转化法和燃烧法。考虑整套脱硫工艺的要求，选择 吸收法作为氨气回收的主要方法。 吸收是根据气体混合物中各组分在液体溶剂中物理溶解度或化学反应活性不同而 将混合物分离的一种方法。吸收净化法具有效率高、设备简单等特点，广泛应用于气 态污染物的控制之中，它不仅是减少或消除气体污染物向大气排放的重要途径，而且 还能将污染物转化为有用的产品。 由于气液两相界面的状况对吸收过程有着决定性的影响，吸收设备的主要功能就 在于建立最大的并能迅速更新的相接触表面。根据气液两相界面的形成方式，吸收设 备可分为表面吸收器、鼓泡式吸收器和喷洒吸收器3 大类。表面吸收器的两相界面是 静止的液面或流动的液膜表面，属于这类吸收器的有表面吸收器、液膜吸收器、填料 吸收器和机械膜式吸收器。鼓泡式吸收器的特点是气体以气泡形式分散于吸收剂中， 属于此类的吸收器有泡罩吸收塔、湍球塔、泡沫吸收塔、板式吸收器和带有机械搅动 的吸收器。喷洒吸收器中，液体以液滴形式分散到气体中。这类吸收器主要有喷淋塔、 高气速并流喷洒吸收器和机械喷洒吸收器等。 在气体污染净化中，因为气体量大而浓度低，所以常选用以气相为连续相、湍流 程度高、相界面大的吸收设备，最常用的是填料塔，其次是板式塔，此外还有喷淋塔 和文丘里吸收器【引。 2 1 1 填料塔 如图2 1 所示，填料塔以填料作为气液接触的基本构件。塔体为直立圆筒，筒内 支撑板上堆放一定高度的填料。气体从塔底送入，经过填料间的空隙上升。吸收剂自 塔顶经喷淋装置均匀喷洒，沿填料表面下流。填料的润湿表面就成为气液连续接触的 3 第二章文献综述 传质表面，净化气体最后从塔顶排出。填料塔具有结构 简单、操作稳定、适用范围广、便于用耐腐蚀材料制造、 压力损失小、适用于小直径塔等优点。塔径在8 0 0 m m 以下时，较板式塔造价低、安装检修容易。但用于大直 径的塔时，则存在效率低、重量大、造价高以及清理检 修麻烦等缺点。今年来，随着性能优良的新型填料塔( 如 波纹填料塔、湍球塔) 等的不断涌现，填料塔的适用范 围正在不断扩大。 ( 1 ) 波纹填料塔 波纹填料塔的阻力较一般乱填料低，属于整砌型填 料，因而空塔气速可达2 m s 。同时由于其紧凑，具有很 大的比表面积，因而效率较高。此外，它的操作 l 一液体入口；2 _ 气体出口； 弹性大，可用各种金属、非金属材料制造，便于 ：鋈薯：耄言：4 _ 6 - - 外a 孔壳； 处理腐蚀性物料。 7 ，l 卜填料支撑：8 _ 气体入口。 湍球塔麓端二蒙 湍球塔是近十年来发展的高效吸收设备，属 l l 一液体再分布器；1 3 ，1 4 _ 填料 于填料塔中的特殊塔型。它是以一定数量的轻质 图2 - 1 填料塔结构示意图 小球作为气液两相接触的媒体。塔内有开孔率较高f 9 2 - 1 s i r u c t u 朋1d a g r a mo f p a c k e d 细7 e r 筛板上。吸收液从塔上部的喷头均匀地喷洒在小球表面。需处理的气体由塔下部的进 气口经导流叶片和筛板穿过湿润的球层。当气液速度达到足够大时，小球在塔内湍动 旋转，相互碰撞。气、液、固三相接触，由于小球表面的液膜不断更新，使得废气与 新的吸收液接触，增大了吸收推动力，提高了吸收效率。净化后的气体经过除雾器脱 去湿气，由塔顶部的排出管排出塔体。 湍球塔的优点是气液速度高，处理能力大；体积小，吸收效率高；还可以同 时对含尘气体进行除尘；由于填料剧烈地湍动，一般不易被固体颗粒堵塞。其缺 点是随着小球运动，有一定程度的返混；段数多时阻力较高；塑料小球不能承受 高温，且磨损大，使用寿命短，需要经常更换。常用于处理含颗粒物的气体或液 体以及可能发生结晶的过程。 4 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 2 1 2 板式塔 如图2 2 所示，板式塔通常由一个成圆柱形的壳体 及沿塔高按一定间距水平设置的若干层塔板所组成。操 作时，吸收剂从塔顶进入，依靠重力作用由项部逐板流 向塔底排出，并在各层塔板的板面上形成流动的液层； 气体由塔底进入，在压力差的推动下，由塔底向上经过 均布在塔板上的开孔，以气泡形式分散在液层中，形成 气液接触界面很大的泡沫层。气相中部分有害气体被吸 收，未被吸收的气体经过泡沫层后进入上一层塔板，气 体逐板上升与板上的液体接触，被净化气体最后 由塔顶排出。由此可见，塔板是塔内气液接触的m 9 2 2 基本构件。 图2 - 2 板式塔结构示意图 s t r u c t u r a ld i a g r a mo fp l a t et o w e l - 板式塔的类型很多，主要区别在于塔内所设置的塔板结构不同。板式塔的塔板可 分为有降液管及无降液管两大类，如图2 3 所示。在有降液管的塔板上，有专供液体 流通的降液管，每层板上的液层高度可以由溢流挡板的高度调节，在塔板上气液两相 呈错流方式接触，常用的板型有泡罩塔、浮阀塔和筛板塔等：在无降液管的塔板上， 没有降液管，气液两相同时逆向通过塔板上的小孔呈逆流方式接触，常用的板型有筛 孔和栅条等形式。除此之外，还有其它类型的塔盘如筛板塔、网孔塔、旋流板塔等。 溢 流 挡 扳 a ) 有降液管塔扳c o ) 无降液管塔扳 图2 - 3 板式塔的结构类型 与填料塔相比，板式塔的空 塔气速高，因而生产能力大，但 压降较高。直径较大的板式塔， 检修清理较容易，造价较低。在 扳 气体污染控制工程中用得比较多 的板式塔主要是筛板塔和旋流板 塔。 f i 醇- 3 s t r u c t u r et y p eo fp l a t et o w e r 旋流板塔是我国2 0 世纪7 0 年代研究出的塔型，目前在用于除尘脱硫、除雾中效 果良好，其结构如图2 4 所示。旋流塔盘是一种喷射型塔盘，如图2 5 所示，其形状 犹如风车叶轮，气流通过叶片间隙时产生旋转和离心运动；液体自盲板中流向各叶片 上，形成薄液层，与旋转向上的气流相遇，喷洒成小液滴，且随着气流旋转，又受到 5 第二章文献综述 离心力作用，甩向塔壁聚成液膜，因重力作用沿壁下降至集液槽，通过异形降液管以 及圆形降液管流动下一层盲板上。 6 也型- j 5 l 气体进口：2 一溢流管；3 一旋流板； 4 一液体进口管；卜除雾旋流板；6 气体入口 图2 - 4 旋流板塔示意图 f i 9 2 - 4 s c h e m a t i cd i a g r a mo f r o t a t i n g - s t r e a m - w a ys c r u b b e r l 吁翅绦粼 踺驭- _ ， 6 6 l 一盲板；2 旋流叶片；3 一罩筒；4 集液槽； 5 一溢流口；6 一异形降液管；7 _ - 圆形降液管 图2 - 5 旋流塔盘示意图 f i 9 2 - 5 s c h e m a t i cd i a g r a mo fp l a t eo f r o t a t i n g - s t r e a m - t r a ys c r u b b e r 2 1 3 特种接触塔型 在这种塔型中，气体为连续相，液体以液滴形式 分散于气体中形成气液接触界面。常用的有喷淋塔、 喷射吸收器、机械喷洒吸收器和文丘里吸收器等。 ( 1 ) 喷淋塔 喷淋塔也称为重力喷淋塔、喷淋室或喷淋洗涤器， 是用于气体吸收最简单的设备。一个喷淋塔包括一1 图2 6 逆流喷淋塔 体进入 空塔和套喷淋液体的喷嘴，其结构如图2 - 6 所示。f j 9 2 - 6 c o u n t e r c u r r e n ts p r a yt o w e r 一般情况下，气体由塔底进入，经气体分布系统均匀分布后向上穿过整个设备，而同 时由一级或多级喷嘴喷淋液体，气体与液滴逆流接触，净化后气体除沫后由塔顶排出。 喷淋塔的优点是结构简单、造价低廉、气体压降小，且不会堵塞，目前广泛用于 湿法脱硫系统中。其主要特点是完全开放，除喷淋的喷嘴外，无其它内部设施。喷嘴 是喷淋塔的主要附件，要求喷嘴能够提供细小和尺寸均匀的液滴以使喷淋塔有效运转。 6 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 另外它的操作性能差，本来液体由喷淋装置中喷出的雾滴直径就大，而在液滴下落的 过程中往往又会聚集在一起形成更大的液滴，从而大大减小了气液传质面积，而且液 滴内部几乎没有液体的循环，造成液膜的阻力往往会很高。因此喷淋塔只适用于吸收 溶解度很大的气体。 气态污染物控制技术的发展促进了对喷淋塔的研究。尤其是火电厂烟气脱硫技术 的发展，对喷淋塔结构作了很多改进。早期的火电厂的大型脱硫塔所采用的几乎都是 填料塔，比如我国重庆珞璜电厂1 9 9 2 年投运的一期2 x 3 6 0 m w 的两套引进日本三菱 重工的脱硫塔，所采用的塔型就是格栅填料塔，这在当时被认为是比较优良的塔型。 到了1 9 9 9 年，该厂第二期2 x 3 6 0 m w 配套脱硫塔( 仍是日本三菱的装置) ，塔型就改 成了喷淋塔。近十几年来，国外不少从事火电厂烟气脱硫研究的大的环保工程公司在 对喷淋塔用于烟气脱硫方面作了大量的深入细致的研究工作，在塔型的结构、流体力 学特性，传质传热特性诸多方面的研究上，取得了许多成果，不少在工程上都取得了 成功的应用。目前国外几个著名的大公司如德国的诺尔公司、挪威的a b b 公司、美 国的巴布科克公司、法国的巴高克公司，还有日本的三菱、日立等，在火电厂的湿法 烟气脱硫工程中，几乎都在采用经过改进设计的喷淋塔，或称空塔。 在空塔结构的研究上，喷嘴是研究的重点。在喷嘴的研究和使用上，大约有四个 研究方向。喷嘴的结构，是采用单向流，还是两相流，这方面各公司有各公司特点， 总的一点是如何保证有大的喷淋密度、细的液滴和使液体分布均匀，增大气液传质面 积。喷嘴在塔内的布置，一是布置的层数，二是布置的位置。喷嘴的喷射方向， 一般都主张向多个方向喷射，以造成气液在塔内的高度紊流，使气液充分接触，延长 接触时间，提高吸收效率。喷嘴的喷射速度，在不影响塔的操作性能的前提下，尽 可能提高喷射速度，目的还是造成高度紊流状态，提高液体的吸收能力。 目前的喷淋塔采用的空塔气速普遍较高。旧式喷淋塔的最大缺陷之一就是气速低， 一般都在1 5 m s 以下。现在的喷淋塔的空塔气速一般都在4 m s 以上，有的高达6 m s ， 但阻力要大一些。 ( 2 ) 喷射吸收器 图2 7 所示为喷射吸收器。吸收剂由顶部压力喷嘴高速喷出，形成射流，产生的 吸力将气体吸入后并流经吸收管，液体被喷成细小的雾滴和气体充分接触，完成吸收 7 第二章文献综述 过程，然后气液进行分离，净化气体经除沫后排出。喷射吸收器的优点是气体不需风 机输送，气体压降小；缺点是能耗高。 嚷收羽 图2 - 7 喷射吸收器 f i 9 2 - 7s p r a ya b s o r b e r l 一外壳：2 一盘型槽；3 装有喷洒器的轴 4 - 液体进口；卜气体进口；卜除雾器； 7 - 气体出口；8 一液体出口 图2 - 8 机械喷洒式吸收器 f i 9 2 - 8m e c h a n i c a ls p r a y - t y p ea b s o r b e r ( 3 ) 机械喷洒吸收器 机械喷洒吸收器是利用机械部件回转产生的离心力，使液体向四周喷洒而与气体 接触。其特点为效率高、压降低、适合于用少量液体吸收大量的气体；缺点为结构复 杂，需要较高的旋转速度，因此消耗能量较多，同时它还不适用于处理强腐蚀性的气 体和液体。 图2 8 为带有浸入式转动锥体的吸收器。通过附有圆锥形喷洒装置的直轴转动， 从而将液体喷散，达到气液两相接触。如图中箭头所示，气体是沿盘形槽间曲折孔道 通过机械喷洒吸收器。当液体自上而下通过各层盘形槽流动时，附着于轴上的喷洒装 置将液体截留，使其沿机械喷洒吸收器的截面方向喷洒。这样，不仅使液体通过机械 喷洒吸收器的时间延长，更重要的是，能使气液两相密切接触。 ( 4 ) 文丘里吸收器 文丘里吸收器与湿式除尘器中文丘里除尘器的原理和构造基本相同。文丘里吸收 器有多种形式，如图2 - 9 为气体引流式文丘里吸收器，它依靠气体带动吸收液进入喉 管，与气体接触进行吸收。图2 1 0 是靠吸收液引射气体进入喉管的吸收器，这样可省 去风机，但液体循环能量消耗大，仅适用于气量较小的场合，气量大时，需要几台文 8 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 丘里管并联使用。 l 气体 图2 - 9 气体引流式文丘里吸收器 f i 9 2 - 9g a sd r a i n i n gv e n t u r ia b s o r b e r 迸气 吸收液 图2 一l o 液体引流式文丘里吸收器 f i 醇- 1 0l i q u i dd r a i n i n gv e n t u r ia b s o r b e r 在文丘里吸收器中，由于喉管内气速低，一般为2 0 - - 3 0 m s ，液气比要较文丘里除 尘器高得多，通常为5 5 1 1 t ，n m 3 。文丘里吸收器是一种并流式吸收器，随着气体分 子不断被吸收，逐渐接近平衡浓度，直到没有更多的吸收发生为止。 文丘里吸收器的优点是体积小、处理能力大；缺点是噪声大、消耗能量多【3 】o 2 1 4 吸收设备选型 如上所述，实现对气体组分高效率的吸收，目前所采用的方式和设备很多。但其 最基本的要求是实现气体与吸收剂液体的密切接触，也就是要提供尽可能大的有效接 触面积和高强度的界面更新，并最大限度地减小阻力和增大推动力。据此，对吸收设 备提出以下基本要求： ( 1 ) 气液之间有较大的接触面积和一定的接触时间； ( 2 ) 气液之间扰动剧烈，吸收阻力小，吸收效率高； ( 3 ) 操作稳定并有合适的弹性： ( 4 ) 气流通过时的压降小； ( 5 ) 结构简单，制造维修方便，造价低廉； ( 6 ) 针对具体情况，要求具有抗蚀和防堵能力【4 1 。 常用吸收设备的操作参数及优缺点见表2 1 所示1 5 。 9 第二章文献综述 表2 - 1 常用吸收设备的操作参数及优缺点比较 t a b l e 2 1p a r a m e t e r so fc o m m o na b s o r p t i o ne q u i p m e n t sa n dc o m p a r i s o no fm e r i t sa n dd e m e r i t s 名称操作要点优点缺点 液气比1 1 0 l n m 3 结构简单，制造容易；填 气速过大会形成液泛， 喷淋密度6 8 m 3 ( m 2 h ) 料可以用耐酸陶瓷，易解决处理能力低；填料多、重 填料塔腐蚀问题，流体阻力较小，量大。检修时劳动量大； 压力损失5 0 0 p a