CN111569620A - 一种脱硫塔喷淋系统的喷淋层设计方法 - Google Patents

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郑喜洋
王海涛
陈伟
赵航
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Abstract

本发明公开了一种脱硫塔喷淋系统的喷淋层设计方法，包括以下步骤：(1)测量脱硫系统的烟气质量流量及烟气温度，根据公式(1)计算每层喷淋层的喷淋量；(2)结合测量得到的数据信息通过计算得到喷淋层实际布置时需要的尺寸参数，包括喷嘴的喷淋角度和喷嘴喷淋量，其中，喷淋层喷嘴通常选用不锈钢螺旋喷嘴，喷嘴的螺旋角度与喷淋层高度、塔径和喷嘴个数有关，并根据喷嘴喷淋量，向上选取流量合适的螺旋喷嘴。本发明适用2.5m～10m直径的脱硫塔，基本涵盖大部分脱硫塔型号，计算过程简单，计算所需要的输入值少，可以帮助设计者高效设计脱硫塔喷淋层的具体参数。

Description

一种脱硫塔喷淋系统的喷淋层设计方法
技术领域
本发明涉及一种喷淋层设计方法，尤其涉及一种脱硫塔喷淋系统的喷淋层设计方法。
背景技术
近百年来，由于SO2、NO2等酸性气体导致的酸沉降成为举世瞩目的区域性环境问题，人们开始关注由SO2、NO2等气态污染物在大气中形成的二次细微粒子，它不仅影响人类健康、大气能见度，甚至导致全球气候变化。控制SO2的排放已成为世界各国的共同行动。
目前绝大多数湿法脱硫的脱硫塔基本采用填料塔，由于每个设备的工作环境、工作情况不一样，每个脱硫塔也各不相同。脱硫塔中喷淋系统的喷淋效果是整个洗涤塔的关键，喷淋量、喷淋层、喷射角、覆盖率、喷嘴布置方式直接影响了脱硫最终的效果，喷淋层合理优化的设计可以有效减少脱硫的成本。
发明内容
发明目的：本发明目的是提供一种计算简单的脱硫塔喷淋系统的喷淋层设计方法。
技术方案：本发明包括以下步骤：
(1)测量脱硫系统的烟气质量流量及烟气温度，根据公式(1)计算每层喷淋层的喷淋量：
Figure BDA0002498467190000011
式中，Q为每层喷淋层喷淋量；L/G为脱硫塔液气比；N为预设喷淋层层数；Q烟为进口烟气的质量流量；ρ烟为烟气在标准温度与标准大气压下的密度；T为烟气温度(摄氏)；A为经验修正参数，取值范围为2.7～3.2。
(2)结合测量得到的数据通过公式(2)和(3)分别计算得到喷淋层实际布置时需要的尺寸参数，包括喷嘴的喷淋角度和喷嘴喷淋量：
Figure BDA0002498467190000021
式中，α为喷嘴喷淋角度，n为所需喷嘴个数；λ为喷淋覆盖率修正系数，取值范围为1.3～1.6，h为喷淋层与填料层表面的距离，取值范围为1.2m～1.5m，D为脱硫塔塔径；
故喷嘴喷淋量为：
Figure BDA0002498467190000022
式中，Q为每层喷淋层喷淋量，n为所需喷嘴个数。
所述的喷淋层包括喷淋管，所述的喷淋管包括主管路和支路，所述的主管路沿脱硫塔的水平径向方向伸入，主管路的两端连接有长短不一的支路，其中，第一支路沿脱硫塔径向方向对称设置，第一支路的两侧依次设有第三支路和第二支路，所述的第三支路位于主管路同一侧，第二支路关于主管路对称分布，第二支路和第三支路的端部均连接有喷头，其中，第二支路末端的喷头形成外环喷淋层，第三支路末端的喷头形成内环喷淋层，所述主管路的中心线及第一支路与外环喷淋层的交叉处均设有喷头，位于主管路上方的第一支路与内环喷淋层的交叉处设有喷头。
所述的主管路采用变径管路，主管路上设有两次变径。
所述主管路的末端设有管堵，主管路末端与脱硫塔内壁固定。
所述的支路末端均设有管堵，其中，位于主管路上方的第一支路设有一次变径，第一支路末端均与脱硫塔内壁固定。
所述的脱硫塔内壁与内环喷淋层和外环喷淋层为同心圆。
所述的主管路与支路采用法兰连接。
所述的喷淋喷头采用不锈钢螺旋喷嘴。
有益效果：本发明适用2.5m～10m直径的脱硫塔，基本涵盖大部分脱硫塔型号，计算过程简单，计算所需要的输入值少，可以帮助设计者高效设计脱硫塔喷淋层的具体参数。
附图说明
图1为本发明的喷淋层布置示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
本发明包括以下步骤：
(1)测量脱硫系统的烟气质量流量及烟气温度，根据公式(1)计算每层喷淋层的喷淋量：
Figure BDA0002498467190000031
式中，Q为每层喷淋层喷淋量，单位m3/h；L/G为脱硫塔液气比；N为预设喷淋层层数；Q烟为进口烟气的质量流量，单位kg/h；ρ烟为烟气在标准温度与标准大气压下的密度，单位kg/m3；T为烟气温度(摄氏)，单位℃；A为经验修正参数，一般为2.7～3.2。
(2)结合测量得到的数据通过公式(2)和(3)分别计算得到喷淋层实际布置时需要的尺寸参数，包括喷嘴的喷淋角度和喷嘴喷淋量。喷淋层喷嘴通常选用不锈钢螺旋喷嘴，喷嘴的螺旋角度与喷淋层高度、塔径和喷嘴个数有关，喷嘴的喷淋角度为：
Figure BDA0002498467190000032
式中，α为喷嘴喷淋角度，n为所需喷嘴个数；λ为喷淋覆盖率修正系数，通常为1.3～1.6，h为喷淋层与填料层表面的距离，一般为1.2m～1.5m，D为脱硫塔塔径；
故喷嘴喷淋量为：
Figure BDA0002498467190000033
式中，Q为每层喷淋层喷淋量，n为所需喷嘴个数，根据喷嘴喷淋量，向上选取流量合适的螺旋喷嘴。
喷淋管的主管路7与支路3以图1所示方式安装，主管路7沿脱硫塔水平径向方向伸入，主管路7上通过法兰6间隔连接有多个长短不一的支路3。其中，第一支路沿脱硫塔径向方向对称设置，第一支路的两侧依次设有第三支路和第二支路，第三支路位于主管路7下方，第二支路关于主管路7对称分布，第二支路和第三支路的端部均连接有喷头2，其中，第二支路末端的喷头2形成外环喷淋层，第三支路末端的喷头2形成内环喷淋层。主管路7的中心线及第一支路与外环喷淋层的交叉处均设有一个喷头2，位于主管路7上方的第一支路与内环喷淋层的交叉处也设有喷头2。因此，外环喷淋层共设置有八个喷头2，内环喷淋层共设置有三个喷头2。主管路7及支路3的末端均设有管堵4，主管路7及第一支路的末端均通过固定结构5与脱硫塔内壁1固定。脱硫塔内壁1与内环喷淋层和外环喷淋层为同心圆。位于主管路7上方的第一支路设有一次变径，变径设置在该第一支路与内环喷淋层的交叉处。
喷淋层采取内外层布置方式，共11个喷头，如图1黑色实心圆圈所标记的位置，根据塔径不同选择的喷淋角不同：
1)塔径2.5m≤D≤3.3m时，喷淋角α取整至60°；
2)塔径3.3m＜D≤5.8m时，喷淋角α取整至90°；
3)塔径5.8m＜D≤10m时，喷淋角α取整至120°。
图1中，外环喷淋层直径：d外＝0.8×D；内环喷淋层直径：d内＝0.4×D。
主管路7由于喷头存在，其内部压力会逐渐减小，每个喷头受到的压力会由外向内逐渐减小，以至于无法正常完成喷淋工作，所以通过主管路7管径变化，平衡管路两端压力，使每个喷头压力相同。
主管路7管径：
Figure BDA0002498467190000041
式中，d为喷淋管主管路直径，单位mm，v为洗涤液流速，单位m/s。
在主管路设置两次变径，变径后的直径为：
Figure BDA0002498467190000042
式中，d’为喷淋管变径后的直径，单位mm；n为喷嘴个数；n’为该次变径前的喷头总数。
以上所有管径大小均向上取整至标准管径。
实施例：
本发明基于长期的工程经验和实验对系统进行工艺设计，建立了如图1所示的喷淋层布置方式，为工程设计提供了理论计算依据和参考。下面以某船厂游轮为例，说明本发明布置方式及计算在实际工程设计中的应用效果。设计初始参数如表1所示：
表1计算初始参数
设计参数 计算值 设计参数 计算值
塔进口烟气温度(℃) 350 烟气标况密度(kg/m<sup>3</sup>) 1.286
烟气质量流量(kg/h) 14700 脱硫塔液气比 2.5
塔内径(m) 4.4 洗涤液流速(m/s) 2
通过公式(1)计算每层喷淋层的喷淋量：
Figure BDA0002498467190000051
喷淋层布置选择内外层布置形式，两层喷淋喷头所围成的圆环直径分别为3.52m、1.76m。
喷嘴个数为11，根据公式(3)求得喷淋喷头的流量：
Figure BDA0002498467190000052
可得到喷嘴选型为：喷淋角度90°、喷淋量大于150L/min。
主管路管径为：
Figure BDA0002498467190000053
向上整合至标准管径DN150。
设置两次变径，变径分别设置在第四个喷头后，第七个喷头后，故变径后的管径尺寸为：
Figure BDA0002498467190000061
整合至DN125；
Figure BDA0002498467190000062
整合至DN100；
支路管径为：
Figure BDA0002498467190000063
整合至DN40；
Figure BDA0002498467190000064
整合至DN65。

Claims (8)

1.一种脱硫塔喷淋系统的喷淋层设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)测量脱硫系统的烟气质量流量及烟气温度，根据公式(1)计算每层喷淋层的喷淋量：
Figure FDA0002498467180000011
式中，Q为每层喷淋层喷淋量；L/G为脱硫塔液气比；N为预设喷淋层层数；Q烟为进口烟气的质量流量；ρ烟为烟气在标准温度与标准大气压下的密度；T为烟气温度(摄氏)；A为经验修正参数，取值范围为2.7～3.2。
(2)结合测量得到的数据通过公式(2)和(3)分别计算得到喷淋层实际布置时需要的尺寸参数，包括喷嘴的喷淋角度和喷嘴喷淋量：
Figure FDA0002498467180000012
式中，α为喷嘴喷淋角度，n为所需喷嘴个数；λ为喷淋覆盖率修正系数，取值范围为1.3～1.6，h为喷淋层与填料层表面的距离，取值范围为1.2m～1.5m，D为脱硫塔塔径；
故喷嘴喷淋量为：
Figure FDA0002498467180000013
式中，Q为每层喷淋层喷淋量，n为所需喷嘴个数。
2.根据权利要求1所述的一种脱硫塔喷淋系统的喷淋层设计方法，其特征在于，所述的喷淋层包括喷淋管，所述的喷淋管包括主管路(7)和支路(3)，所述的主管路(7)沿脱硫塔的水平径向方向伸入，主管路(7)的两端连接有长短不一的支路(3)，其中，第一支路沿脱硫塔径向方向对称设置，第一支路的两侧依次设有第三支路和第二支路，所述的第三支路位于主管路(7)同一侧，第二支路关于主管路(7)对称分布，第二支路和第三支路的端部均连接有喷头(2)，其中，第二支路末端的喷头(2)形成外环喷淋层，第三支路末端的喷头(2)形成内环喷淋层，所述主管路(7)的中心线及第一支路与外环喷淋层的交叉处均设有喷头(2)，位于主管路(7)上方的第一支路与内环喷淋层的交叉处设有喷头(2)。
3.根据权利要求2所述的一种脱硫塔喷淋系统的喷淋层设计方法，其特征在于，所述的主管路(7)采用变径管路，主管路(7)上设有两次变径。
4.根据权利要求2或3所述的一种脱硫塔喷淋系统的喷淋层设计方法，其特征在于，所述主管路(7)的末端设有管堵(4)，主管路(7)末端与脱硫塔内壁(1)固定。
5.根据权利要求2所述的一种脱硫塔喷淋系统的喷淋层设计方法，其特征在于，所述的支路(3)末端均设有管堵(4)，其中，位于主管路(7)上方的第一支路设有一次变径，第一支路的末端均与脱硫塔内壁(1)固定。
6.根据权利要求4所述的一种脱硫塔喷淋系统的喷淋层设计方法，其特征在于，所述的脱硫塔内壁(1)与内环喷淋层和外环喷淋层为同心圆。
7.根据权利要求4所述的一种脱硫塔喷淋系统的喷淋层设计方法，其特征在于，所述的主管路(7)与支路(3)采用法兰(6)连接。
8.根据权利要求2所述的一种脱硫塔喷淋系统的喷淋层设计方法，其特征在于，所述的喷淋喷头(2)采用不锈钢螺旋喷嘴。
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