喷淋脱硫塔内除雾器运行特性

喷淋脱硫塔内除雾器运行特性

除雾器的除雾效果对脱硫系统的稳定运行、烟道腐蚀及烟气排放有重要影响，研

究不同空塔流速及组合条件下除雾器的除雾性能很有必要。为此，建立了接近实

际工程的喷淋脱硫塔实验台，研究了空塔流速、喷淋层与除雾器距离、不同雾化

喷嘴等对除雾器出口液滴含量、粒径分布的影响，以及管式除雾器性能。

研究结果表明：空塔流速对一级除雾器出口液滴含量的影响较大，对二级除雾器

出口液滴含量有一定影响；除雾器出口液滴粒径随空塔流速提高而减小；喷嘴雾

化粒径变小后，一级除雾器出口液滴含量明显增加：喷淋层与除雾器间距对i级

除雾器出口液滴含量有较大影响；管式除雾器对除雾器出口液滴含量影

响不大。

关键词：烟气脱硫；喷淋塔；除雾器；氧化镁撞击法；液滴粒径

国家对燃煤电厂二氧化硫等污染物排放要求日益严格，这对燃煤电厂的脱硫装置

设计提出了更高的要求。石灰石-石膏湿法烟气脱硫技术(WFGD)是目前国内外

广泛采用的烟气脱硫技术，该技术又分为喷淋塔、液柱塔、鼓泡塔等不同型式，

目前采用最多的是喷淋塔型式［1-4］。

当烟气通过脱硫塔喷淋洗涤脱除二氧化硫时，会携带出大量以硫酸盐、亚硫酸盐、

碳酸盐及灰分为主的酸性液滴。若不去除这些液滴，不但会造成下游烟道及设备

的堵塞、腐蚀以及烟囱雨等问题，还会使烟气粉尘排放增加［5-8］。

除雾器是脱硫塔内去除液滴的重要设备，其运行特性引起广泛关注。文献［9-13］

通过改变流速、除雾器叶片间距、除雾器板型等因素对除雾器性能进行研究，但

这些研究基于的实验台均与实际工程脱硫塔差异较大，需要对接近实际工程的脱

硫塔内除雾器性能进行深入研究o

木文搭建了冷态喷淋脱硫塔实验台，内设喷淋层及屋脊式除雾器，模拟实际脱硫

塔内除雾器入口条件，使得实验台除雾器入口液滴及流场分布与实际脱硫塔内相

似。在该实验台上开展了一系列研究：

（1）空塔流速对除雾器出口液滴含量的影响：（2）空塔流速对除雾器出口粒径

分布的影响；（3）喷淋层与除雾器距离对一级除雾器出口液滴含量的影响；（4）

喷淋层喷嘴雾化粒径分布对除雾溶液滴排放的影响；（5）

管式除雾器的除雾效果。所得结果为喷淋塔内除雾器设计和运行提供了重要的参

考数据。

1实验装置

所建立的冷态喷淋脱硫塔实验台如图1所示。

图1冷态喷淋脱硫塔实验台示意

实验台由脱硫塔模型、辅助风机、水泵以及相应电气热控设备组成。脱硫塔模型

内径2.65m,高10.00口，其中入口风道距离喷淋层2.5m,喷淋层距离一级除雾

器2.5m,一级除雾器距离二级除雾器2.0m,二级除雾器距离脱硫塔出口3.Oni。

喷淋层雾化喷嘴分别采用SPRAY公司螺旋喷嘴和空心锥喷嘴，雾化粒径与实际脱

硫塔内相近。风机与水泵均采用变频控制，以满足实验中不同工况的需要。

2除雾器出口液滴含量的测试方法及过程

对除雾器出口液滴含量测试采用氧化镁膜片撞击法[MT5],其具体做法为：在

载玻片上覆盖一层氧化镁薄膜，将氧化镁膜片固定于采样器上，采样器迎面垂直

于气流方向，当含有液滴的气体流过时，氧化镁膜片由于雾滴的撞击而留下圆形

印记，取下氧化镁膜片，采用显微镜和软件分析系统来测量和统计印记数

量及尺寸信息，测得的印记尺寸经过修正后即得到雾滴的真实尺寸，通过有关计

算得到气流中液滴的质量。

显微镜粒径分析系统由正置显微镜、数字摄像头、自动载物分和显微粒度分析软

件等组成。氧化镁膜片被液滴撞击后的典型显微图如图2所示。

图2典型氧化镁撞击膜片显微图

测试时，启动风机，调节风机电机变频器，使用微压计、毕托管在入口风道标定

气流速度和气流量；开启水泵调节变频器，使得喷嘴入口压力达到设计值，从而

产生所需的液滴。将液滴采样器伸入除雾器后的测量口采样并计时。对已采样的

氧化镁膜片进行分析♦，最终获得气流中的液滴含量，通过除雾器前后气

流中液滴含量，得到除雾器除雾效果。

3实验结果及分析

空塔流速、除雾器布置及组合方式、除雾器与喷淋层间距等因素对除雾器除雾效

果有较大的影响。实验台模拟实际喷淋塔内除雾器的运行工况，空塔流速分别设

定为2.4m/s,3.lm/s,4.Om/s,4.7m/s,5.2m/s；一级除雾器为屋脊式弧形板

式，板间距30nlm；二级除雾器为屋脊式带钩弧形板式，板间距

23mm；管式除雾器为2层平行圆形管排错列布置，管径d75mm,2排圆管中心垂

直间距85mm,横向间距149mm。

3.1空塔流速对除雾器出口液滴含量的影响

随着空塔流速提高，气体携带进入除雾器的液滴粒径增大，数量增多，导致除雾

器出口液滴含量发生变化，对除雾器的液滴脱除效率会产生一定的影响。空塔流

速对除雾器出口液滴含量的影响如图3所示。

图3空塔流速对除雾器出口液滴质量浓度的影响

由图3可知：

（1）塔内气流速度小于4.lm/s时，一•级除雾器四口液滴含量没有明显变化，当

流速增加到4.7m/s时，，一级除雾滞出口液滴含量急剧下降，直到空塔流速增加

到5.2in/s时一级除雾器出口液滴含量大幅增加，此时在一级除雾器出口可观察

到有大颗粒液滴从除雾器飞溅出来。

这是由于流速低于5.2m/s时，随着气体流速增大，除雾器入口液滴含量增加，

而流速的增大也会增强除雾器脱除效果，综合作用使一级除雾器出口液滴含量降

低。当气流速度达到5.2m/s时，气流携带进入除雾器的液滴量进一步增加，除

雾器脱除的液滴量过大，积液无法顺利排出，液滴被气流二次携带，造成一

级除雾器出口液滴含量大幅增加。

（2）随着入口气流速度增加，二级除雾器出口液滴含量有所增加，空塔流速达

到4.lm/s后除雾器的脱除效率增加，二级除雾器出口液滴含量开始下降，当气

流速度达到5.2m/s后，二级除雾器出口液滴含量仍然下降，说明在该气流速度

下除雾器仍然没有发生气流对液滴二次夹带，除雾器出口的液滴含量没有加

现突然增大的现象，但从整个实验过程看，气流速度对除雾器出口的液滴含量还

是有较大影响。

3.2空塔流速对除雾器出口粒径分布的影响

由于一级除雾器入口液滴含量非常大，无法用氧化镁膜片撞击法测量粒径分布规

律，本文暂不讨论。液滴粒径统计的原则为：小于10um的点不统计；每个粒径

值表示1个粒度区间，如20um表示的粒径（d）是10umWdV20uni区间内的

所有液滴。不同空塔流速条件下，一、二级除雾器出口液滴粒径分布如图4所示。

S9

金

s.

SH釜

箜

等

与

b)级除切器后

图4不同空塔流速一级、二级除雾器后液滴粒径分布

从图4可以看出：(1)一级除雾器出口粒径90以上液滴完全脱除，在气流速度

低于5.2m/s的实验过程中均未发现；流速2.4m/s时，一级除雾器出口主要以

4(T70um粒径液滴为主，其他较大粒径或较小粒径液滴含量所占比例较少；随

塔内速度增加，大粒径液滴所占比例逐渐减少，小粒径液滴所占比例逐渐增

大；塔内气流速度增加到4.7m/s时，70Hm以上粒径已消失，30Hm粒径液滴所

占比例最大。

(2)二级除雾器出口液滴粒径均在60um以内，气流速度2.4m/s时50Hm粒径

液滴占比最大，液滴粒径越小，其质量所占总液滴质量的比例越小；随气流速度

增加，大粒径液滴的质量占总液滴质量的比例逐渐减小，小粒径液滴的质量占总

液滴质量的比例逐渐增大。

(3)塔内除雾器对大粒径液滴的脱除效果较好，经过除雾器最终排出的液滴主

要由小粒径液滴组成。

3.3喷淋层与除雾器距离对一级除雾器出口液滴含量的影响

除雾器与喷淋层的距离对除雾器入口的液滴含量会造成一定的影响，并可能影响

除雾器出口的液滴含量。调整一级除雾器与喷淋层的距离分别为2.5nl和3.7mo

喷淋层与一级除雾器距离对除雾器出口液滴含量的影响如图5所示。

—无管式除雪措，喷淋以与除密留向扣2.5m：

•无管式除雾器.喷淋以、除雾器何即3.7m

■\//

2.02.53.03.54.04.55.05.5

空格流速“m・s)

图5喷淋层与除雾器距离对除雾器出口液滴浓度影响曲

从图5可知，当空塔流速低于4.0m/s时，随喷淋层距离增加，一级除雾器出口

液滴含量减小明显；当空塔流速高于4.0m/s时，除雾器与喷淋层之间距离对一

级除雾器出口液滴含I量的影响逐渐减小。这是由于随着空塔流速增加，气体携带

液滴能力提高，在空间高度上可以沉降的液滴减少，且除雾器脱除效果随空

塔流速的增加而增加。

3.4管式除雾器性能分析

在一级屋脊式除雾器下方布置管式除雾器。有无管式除雾器条件下，一级除雾器

出口雾滴含量随空塔流速变化曲线如图6所示。

图6管式除雾器布置与否对一级除雾器出口液滴质量浓度的影响

由图6可知，在不同空塔流速下，是否布置管式除雾器对一级除雾器出口液滴含

量影响不大。管式除雾器可以拦截部分较大粒径的液滴，而一级除雾器对这部分

液滴的脱除效率相对较高，因此是否安装管式除雾器对一级除雾器出口的液滴含

量影响有限。但是布置管式除雾器可以降低一级除雾器的部分负荷，在

实际工程中可以降低一级除雾器沾污风险。

3.5喷淋层喷嘴雾化粒径分布对除雾器液滴排放的影响

喷淋层喷嘴雾化粒径变小可增加气液接触面积，提高脱硫塔脱硫效率，但有可能

会造成除雾器出口雾滴含量增加。采用螺旋和空心锥2种不同雾化粒径喷嘴进行

实验，喷嘴压力0.2MPa,螺旋喷嘴雾化中径895um,小于520inn粒径的液滴体

积比为2%,小于1650inn粒径的液滴体积比为98%；空心锥喷嘴雾化中

径为485uni,小于360nm粒径的液滴体积比为2%,小于1100um粒径的液滴体

积比为98%。不同喷嘴形式对一级除雾器出口液滴含量的影响如图7所示。

图7不同喷嘴型式对除雾器出口液滴质量浓度的影响

由图7可见，喷嘴雾化粒径变小之后，一级除雾器出口的液滴含量明显增加；随

着空塔流速增加，喷嘴雾化粒径变小对一级除雾器出口液滴含量影响变小。这是

由于喷嘴雾化粒径变小，大量小粒径液滴在较低流速时就能被气流带入除雾器，

造成一级除雾器出口液滴含量增大较多；随空塔流速增大，除雾器对小

粒径液滴脱除效果提高，除雾器出口雾滴含量下降明显。

4讨论及建议

（1）喷淋脱硫塔空塔流速过大时，一级除雾器出口液滴含量会快速增加，二级

除雾器出口液滴含量所受影响较小；但在整个实验区间，高流速对除雾器出口液

滴含量有较大影响。吸收塔内空塔流速在3.。〜4.Om/s即可。

（2）随着空塔流速的提高，一、二级除雾器出口小粒径液滴占比均逐渐增大，

液滴脱除难度也在增加。建议提高二级除雾渊板间流速，以提高对小液滴分离效

果。

（3）喷淋层与一级除雾器之间距离和除