CN100363089C - 具有气液耦合平衡吸收区的烟气脱硫吸收塔的设计方法 - Google Patents

Abstract

具有气液耦合平衡吸收区的烟气脱硫吸收塔的设计方法及一种用于火力发电机组石灰石—石膏湿法烟气脱硫装置或类似领域中提高SO₂吸收效能的设计方法，该烟气脱硫吸收塔是以实验或数值计算的方法获取吸收塔各截面的速度、压力分布情况，并按其数值的相对大小进行分区，按传质效率最大化的目标对各区域分别寻优，从而确定各控制区域内在喷淋管上的雾化喷嘴分布、雾化区形状及雾化后的液滴平均粒径大小，并将设计结果再次回归优化修正；该方法对吸收塔各截面及截面的各个不同区域吸收剂分布进行差异化设计，使得汽液相对速度达到最优，汽液接触面积达到最大，从而使传质效能最大化，在同等能耗下达到最大效能。

Description

具有气液耦合平衡吸收区的烟气脱硫吸收塔的设计方法

技术领域

本发明涉及一种用于火力发电机组锅炉尾气石灰石-石膏湿法烟气脱硫装置(WFGD)吸收塔或类似领域中用于提高吸收塔传质效能同时降低其能量消耗的设备，属于环保设备的技术领域。

背景技术

近年来，集除尘、冷却、吸收、氧化功能为一体的单塔式湿法烟气脱硫装置已得到广泛应用，为防止设备结垢、堵塞等现象的发生，保证烟气脱硫装置及主机系统的正常运行，在国内外的脱硫工程中，吸收区普遍采用空塔喷淋的方式，即烟气与浆液逆向接触，烟气中的SO₂向吸收剂浆液中扩散传质，其吸收反应速度及效率取决于烟气与浆液的相对速度，接触面积，停留时间等多种因素，而这些因素之间又相互制约和牵制。目前公知的解决上述问题的方法是在各种因素中寻求一种平均化的折中，即忽略吸收塔各不同截面及截面不同部位分布的差异性，在一维假设的基础上寻求相对速度，接触面积及停留时间等的优化。这种看似“平均化”最优的处理方案必然导致资源(吸收剂)的局部过剩和局部不足，从而在同等的能耗下不能充分发挥吸收塔应有的潜能，或在达到同等效能下消耗过多的资源。

发明内容

技术问题：为了克服现有脱硫方法存在的问题，本发明提供一种具有气液耦合平衡吸收区的烟气脱硫吸收塔的设计方法，该塔设计成可以按烟气脱硫系统工艺的要求针对不同的吸收塔对汽液的相对平衡进行设计及控制，提供同时满足全局最优和局部最优的汽液接触环境，以提高吸收塔传质效能，同时降低其能量消耗。

技术方案：本发明解决其技术问题所采用的设计方法是：

该塔由浆液池、气液耦合平衡吸收区、喷淋管、除雾器、吸收塔出口、吸收塔入口组成，其中浆液池位于吸收塔的最下方，气液耦合平衡吸收区位于浆液池的上部，喷淋管位于吸收塔内的汽液耦合平衡吸收区上部，除雾器位于位于吸收塔内的喷淋管上部，吸收塔出口位于吸收塔的最上部，吸收塔入口位于吸收塔中气液耦合平衡吸收区的侧面，根据气相流场的不同变化，喷淋管上的雾化喷嘴以不均匀分布的方式设置。

烟气脱硫吸收塔是以实验或数值计算的方法获取吸收塔各截面的速度、压力分布情况，并按其数值的相对大小进行分区，按传质效率最大化的目标函数对各区域分别寻优，从而确定各控制区域内吸收剂速度、覆盖范围及平均粒径大小应满足的要求，在此基础上对喷嘴及喷淋管系进行设计，并将设计结果再次回归优化修正。

步骤1、首先采用实验和数值计算的方法确定无液滴喷淋时空塔内各横向截面的速度、压力分布情况，并根据目标截面速度的大小划分成若干由封闭曲线的等速线构成各对应的控制区域；

步骤2、对各控制区域按照传质效率最大化为目标的原则进行寻优，其中，在截面流速较高的区域设置较多、较大的喷嘴且该喷嘴产生较粗的雾化液滴，形成较大的喷淋密度和持液量，相应增加该区的烟气流动阻力进而抑制烟气流速起到平抑高烟速区烟速的作用，同时也利用了高烟速状况下扰动强有利传质的条件；在截面流速较低的区域设置较少、较小的喷嘴，且该喷嘴产生较细的雾化液滴形成较小的喷淋密度和持液量，相应减少该区的烟气流动阻力进而相对提高烟气流速起到相对提升低烟速区烟速的作用，同时也保证了低烟速状况下液滴在吸收区的停留时间保证传质的完成，来确定在喷淋管上的雾化喷嘴分布、雾化区形状及雾化后的液滴平均粒径大小；

步骤3、对按上述要求设置喷嘴的吸收塔在有液滴喷淋时的流场进行测试计算，得出有有液滴喷淋时塔内各横向截面的速度、压力分布。

步骤4、循环重复上述步骤1根据新的目标截面速度的大小划分成若干由封闭曲线的等速线构成各对应的控制区域；步骤2；步骤3直至下一个循环的数值与上一个循环的差别控制到规定范围内。由于现行普遍采用的吸收塔为多层喷淋设计，因而上述各步骤在具体实施时应分截面进行，如在第一层喷淋层前，第一及第二喷淋层间，等。

有益效果：本发明对吸收塔各截面及截面的不同部位的流动差异性进行了细致的考虑，在对吸收剂与烟气相对速度、接触面积，停留时间等多种因素进行综合分析的基础上提出了吸收塔吸收区气液耦合平衡设计方法。各截面及截面的各个不同区域吸收剂分布的差异化设计，使得汽液相对速度达到最优，汽液接触面积达到最大，从而使传质效能最大化，在达到同等性能的情况下有效地降低了能耗，或在同等能耗下达到最大效能。

附图说明

图1为汽液耦合平衡吸收区吸收塔示意图。图中有：浆液池1、汽液耦合平衡吸收区2、喷淋管3、除雾器4、吸收塔出口5、吸收塔入口6。

图2为无液滴喷淋时吸收塔纵向截面速度分布图。图中的封闭曲线是等速线，数据为等速线的速度值。

图3为无液滴喷淋时吸收塔横向截面速度分布图。图中的封闭曲线是等速线，数据为等速线的速度值。

图4为汽液耦合平衡吸收区吸收塔纵向截面速度分布图。图中的封闭曲线是等速线，数据为等速线的速度值。

图5为汽液耦合平衡吸收区吸收塔横向截面速度分布图。图中的封闭曲线是等速线，数据为等速线的速度值。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步说明。

该塔由浆液池1、气液耦合平衡吸收区2、喷淋管及其安装于其上的雾化喷嘴3、除雾器4、吸收塔出口5、吸收塔入口6组成，其中浆液池1位于吸收塔的最下方，气液耦合平衡吸收区2位于浆液池1的上部，喷淋管3位于吸收塔内的气液耦合平衡吸收区2上部，除雾器4位于位于吸收塔内的喷淋管3上部，吸收塔出口5位于吸收塔的最上部，吸收塔入口6位于吸收塔中气液耦合平衡吸收区2的侧面，根据气相流场的不同变化，喷淋管3上的雾化喷嘴以不均匀分布的方式设置。

根据烟气脱硫吸收塔因故有结构特性决定各截面的速度、压力分布不均的情况，以实验或数值计算的方法获取吸收塔各截面的速度、压力分布情况，并按其数值的相对大小进行分区，，按传质效率最大化的目标对各区域分别寻优，从而确定各控制区域内在喷淋管3上的雾化喷嘴分布、雾化区形状及雾化后的液滴平均粒径大小，

步骤1、首先采用实验和数值计算的方法确定无液滴喷淋时空塔内各横向截面的速度、压力分布情况，并根据目标截面速度的大小划分成若干由封闭曲线的等速线构成各对应的控制区域；

步骤2、对各控制区域按照传质效率最大化为目标的原则进行寻优，其中，在截面流速较高的区域设置较多、较大的喷嘴且该喷嘴产生较粗的雾化液滴，形成较大的喷淋密度和持液量，相应增加该区的烟气流动阻力进而抑制烟气流速起到平抑高烟速区烟速的作用，同时也利用了高烟速状况下扰动强有利传质的条件；在截面流速较低的区域设置较少、较小的喷嘴，且该喷嘴产生较细的雾化液滴形成较小的喷淋密度和持液量，相应减少该区的烟气流动阻力进而相对提高烟气流速起到相对提升低烟速区烟速的作用，同时也保证了低烟速状况下液滴在吸收区的停留时间保证传质的完成，来确定在喷淋管(3)上的雾化喷嘴分布、雾化区形状及雾化后的液滴平均粒径大小；

步骤3、对按上述要求设置喷嘴的喷淋塔在有液滴喷淋时的流场进行测试计算，得出有有液滴喷淋时塔内各横向截面的速度、压力分布。

步骤4、循环重复上述步骤1根据新的目标截面速度的大小划分成若干由封闭曲线的等速线构成各对应的控制区域、步骤2、步骤3直至下一个循环的数值与上一个循环的差别控制到规定范围内。

Claims (1)

1.一种具有气液耦合平衡吸收区的烟气脱硫吸收塔的设计方法，其特征在于烟气脱硫吸收塔是以实验或数值计算的方法获取吸收塔各截面的速度、压力分布情况，并按其数值的相对大小进行分区，按传质效率最大化的目标对各区域分别寻优，从而确定各控制区域内在喷淋管(3)上的雾化喷嘴分布、雾化区形状及雾化后的液滴平均粒径大小，并将设计结果再次回归优化修正；其具体的步骤为：

步骤1、首先采用实验和数值计算的方法确定无液滴喷淋时空塔内各横向截面的速度、压力分布情况，并根据目标截面速度的大小划分成若干由封闭曲线的等速线构成各对应的控制区域；

步骤2、对各控制区域按照传质效率最大化为目标的原则进行寻优，其中，在截面流速较高的区域设置较多、较大的喷嘴且该喷嘴产生较粗的雾化液滴，形成较大的喷淋密度和持液量，相应增加该区的烟气流动阻力进而抑制烟气流速起到平抑高烟速区烟速的作用，同时也利用了高烟速状况下扰动强有利传质的条件；在截面流速较低的区域设置较少、较小的喷嘴，且该喷嘴产生较细的雾化液滴形成较小的喷淋密度和持液量，相应减少该区的烟气流动阻力进而相对提高烟气流速起到相对提升低烟速区烟速的作用，同时也保证了低烟速状况下液滴在吸收区的停留时间保证传质的完成，  来确定在喷淋管(3)上的雾化喷嘴分布、雾化区形状及雾化后的液滴平均粒径大小；

步骤3、对按上述要求设置喷嘴的吸收塔在有液滴喷淋时的流场进行测试计算，得出有液滴喷淋时塔内各横向截面的速度、压力分布；

步骤4、循环重复上述步骤1根据新的目标截面速度的大小划分成若干由封闭曲线的等速线构成各对应的控制区域、步骤2、步骤3直至下一个循环的数值与上一个循环的差别控制到规定范围内。

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