CN214416037U - 一种优化设计的sda吸收塔 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种优化设计的SDA吸收塔。它包括吸收塔塔体、烟气进口、双气旋烟气分布器、旋转雾化器和脱硫灰干粉喷嘴；双气旋烟气分布器、旋转雾化器、脱硫灰干粉喷嘴、气液反应区、结垢区、气固反应区和蒸汽喷嘴均布置在吸收塔塔体内部；烟气进口设置在吸收塔塔体上端两侧；双气旋烟气分布器布置在吸收塔塔体上部；结垢区位于吸收塔塔体内壁上；脱硫灰干粉喷嘴布置在吸收塔塔体内壁上；气固反应区位于结垢区和气液反应区的下方；蒸汽喷嘴布置在吸收塔塔体内壁上；吸收塔塔体下部设置锥形结构；锥形结构侧壁上设置烟气出口、下端设置脱硫灰外排口。本实用新型具有负荷适应性强、脱硫效率高、低结垢量和良好的经济性的优点。

Description

一种优化设计的SDA吸收塔

技术领域

本实用新型涉及烟气处理技术领域，更具体地说它是一种优化设计的SDA吸收塔。更具体地说它是一种优化设计的半干法SDA吸收塔。

背景技术

根据国家对燃煤电厂大气污染物超低排放要求，烟气中主要污染物SO₂的排放质量浓度不得超过35mg/m³的限值。针对烟气脱硫，工业上常采用湿法、半干法、干法脱硫工艺，其中半干法工艺同时具有湿法高脱硫效率和干法不腐不堵的特点，以及技术成熟、系统简单、运行稳定、脱硫副产物有较高回收价值等优点，得以广泛应用。

旋转喷雾脱硫技术(SDA)，是一种比较有效的半干法烟气脱硫技术，主要原理是液态吸收剂浆液Ca(OH)₂经高速旋转雾化器被切割成粒径50um左右的气雾，在SDA吸收塔内与含硫烟气接触反应，脱除烟气中SO₂的同时，液态雾化吸收剂浆液吸收烟气热量蒸发为干燥状态的副产物，经塔底排灰口排出，部分送入塔内循环脱硫，部分外排；脱硫后的净烟气经除尘处理达标后排入大气。

现有工程项目设计的SDA吸收塔，在机组负荷或烟气状态(温度、含硫量)出现较大浮动变化时，适应性较差，常出现塔内结垢、脱硫效率等问题。究其原因，主要在于：1)雾化粒径过小或烟温过高，吸收剂雾滴被快速蒸干，烟气中SO₂气体与雾滴湿润表面接触反应时间短，同时干燥后的吸收剂颗粒与烟气发生气固反应效率也远低于气液反应效率，造成整体脱硫效率下降；2)雾化粒径过大或烟温过低，虽有助于延长气液反应时间，提升脱硫效率，但雾滴达到塔壁未处于蒸干状态，易造成塔壁结垢，结垢进一步影响塔内气流分布，阻碍雾滴与烟气接触反应，对脱硫效率起到抑制作用。3)若按最大负荷工况进行SDA塔设计并考虑一定裕量，可有效避免塔壁结垢，但一方面造成制作成本上升，另一方面在较低负荷工况下，塔壁附近区域烟气与雾滴无接触，造成烟气逃逸，降低脱硫效率。

因此，如何克服现有SDA吸收塔存在的矛盾，使设计的SDA塔与雾化粒径、烟气温度具有较强的适应性，同时保证高脱硫效率、低结垢量和良好的经济性，是现有SDA塔设计时需要解决的问题。

发明内容

本实用新型的目的是为了提供一种优化设计的SDA吸收塔，为一种基于CFD仿真优化设计的SDA吸收塔，确保SDA吸收塔具有负荷适应性强、脱硫效率高、低结垢量和良好的经济性；解决了现有 SDA吸收塔存在的矛盾，低负荷或超负荷易产生的脱硫效率降低、结垢严重的问题。

为了实现上述目的，本实用新型的技术方案为：一种优化设计的 SDA吸收塔，其特征在于：包括吸收塔塔体、烟气进口、双气旋烟气分布器、旋转雾化器、脱硫灰干粉喷嘴、气液反应区、结垢区、气固反应区、蒸汽喷嘴、烟气出口和脱硫灰外排口；

所述双气旋烟气分布器、旋转雾化器、脱硫灰干粉喷嘴、气液反应区、结垢区、气固反应区和蒸汽喷嘴均布置在吸收塔塔体内部；

烟气进口设置在吸收塔塔体上端两侧，且沿吸收塔的圆周呈切向布置；

双气旋烟气分布器布置在吸收塔塔体上部、且位于旋转雾化器上方；

旋转雾化器位于吸收塔塔体上部、且位于气液反应区上方；

结垢区位于吸收塔塔体内壁上、且布置在气液反应区外周；

脱硫灰干粉喷嘴布置在吸收塔塔体内壁上、且位于双气旋烟气分布器与结垢区之间；

气固反应区位于结垢区和气液反应区的下方；

蒸汽喷嘴布置在吸收塔塔体内壁上、且位于气固反应区上部；

吸收塔塔体下部设置锥形结构；

锥形结构侧壁上设置烟气出口、下端设置脱硫灰外排口。

在上述技术方案中，脱硫灰干粉喷嘴临近布置在吸收塔塔体的内壁；

蒸汽喷嘴远离吸收塔塔体的内壁布置。

在上述技术方案中，旋转雾化器安装在吸收塔塔体顶部；

旋转雾化器由电机和雾化盘喷嘴组成；电机安装在雾化盘喷嘴上方。

在上述技术方案中，双气旋烟气分布器由多个单元体构成。

在上述技术方案中，蒸汽喷嘴有六个；六个蒸汽喷嘴沿吸收塔塔体呈圆周布置。

在上述技术方案中，脱硫灰干粉喷嘴有六个；六个脱硫灰干粉喷嘴沿吸收塔塔体呈圆周布置；

脱硫灰干粉喷嘴与垂线夹角为45度、与吸收塔塔体圆周切线夹角为45度。

本实用新型具有如下优点：

(1)本实用新型采用CFD模拟辅助SDA吸收塔优化设计，优势如下：可对实际运行参数情况进行CFD仿真计算，并据仿真结果对塔高径比进行个性化设计，避免按最大负荷下不结垢对SDA塔设计时加大相关尺寸裕量，造成的制作成本上升以及较低负荷工况下塔壁附近区域烟气逃逸、脱硫效率低等问题；

(2)本实用新型采用多单元的双气旋烟气分布器，优势如下：1) 烟气经多单元的双气旋烟气分布器，在吸收塔塔体截面可形成多股旋转流气体，增强烟气与吸收液雾滴两相传质反应效果，提高SO₂脱除率；2)烟气螺旋向下，增大了运动路径，进而延长烟气与吸收剂的反应时间，提高脱硫效率；

(3)本实用新型采用脱硫灰干粉喷射(即脱硫灰干粉喷嘴)和蒸汽喷射(即蒸汽喷嘴)等辅助措施，可进一步增强SDA吸收塔对较大变负荷工况的适应性，烟气温度过低或者吸收剂雾滴粒径偏大，通过喷脱硫灰干粉，可形成干粉边界层，阻止液相雾滴与吸收塔塔体内壁接触产生结垢；烟气温度过高或者吸收剂雾滴粒径偏小时，通过蒸汽喷嘴喷高温低压蒸汽，可湿润蒸发干燥后的未反应的Ca(OH)₂细微颗粒，提升其与烟气SO₂反应活性，保证较高的SO₂脱除率。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为本实用新型中的双气旋烟气分布器布置图。

图3为本实用新型中的双气旋烟气分布器的单元体结构图。

图中1-烟气进口，2-双气旋烟气分布器，2.1-单元体，3-旋转雾化器，3.1-电机，3.2-雾化盘喷嘴，4-脱硫灰干粉喷嘴，5-气液反应区， 6-结垢区，7-气固反应区，8-蒸汽喷嘴，9-烟气出口，10-脱硫灰外排口，11-吸收塔塔体，11.1-锥形结构。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本实用新型的实施情况，但它们并不构成对本实用新型的限定，仅作举例而已。同时通过说明使本实用新型的优点更加清楚和容易理解。

参阅附图可知：一种优化设计的SDA吸收塔，包括吸收塔塔体 11、烟气进口1、双气旋烟气分布器2、旋转雾化器3、脱硫灰干粉喷嘴4、气液反应区5、结垢区6、气固反应区7、蒸汽喷嘴8、烟气出口9和脱硫灰外排口10；

吸收塔塔体1的尺寸根据CFD模拟结果进行优化设计，设计思路如下：根据正常工况条件(烟气量、烟气含硫量、烟气温度、吸收剂雾滴粒径等)，采用CFD技术进行模拟，首先对塔内流场情况，确保塔内流场混合均匀；再对吸收剂雾滴与烟气中SO₂化学反应过程进行模拟，得到吸收剂雾滴运动轨迹(由液相到固相)；根据吸收剂雾滴液、固转变点的距离，确定SDA吸收塔的直径；SDA吸收塔的高度根据仿真计算来确定，综合考虑以下几部分：烟气进气段空间高度、烟气分布器所占高度、气液反应区高度、气固反应区高度以及底部烟气出口和灰斗高度等；确保吸收剂与烟气中SO₂有足够的气液、气固反应空间，使出口烟气满足排放要求；

所述双气旋烟气分布器2、旋转雾化器3、脱硫灰干粉喷嘴4、气液反应区5、结垢区6、气固反应区7、蒸汽喷嘴8自上而下依次布置在吸收塔塔体11内部；

烟气进口1设置在吸收塔塔体11上端两侧，且沿吸收塔的圆周呈切向布置；

双气旋烟气分布器2布置在吸收塔塔体11上部、且位于旋转雾化器3的雾化盘喷嘴3.2上方；

旋转雾化器3位于吸收塔塔体11上部、且位于气液反应区5上方；

结垢区6位于吸收塔塔体11内壁上、且大致位于气液反应区5 外周；

脱硫灰干粉喷嘴4布置在吸收塔塔体11内壁上、且位于双气旋烟气分布器2与结垢区6之间；

气固反应区7位于结垢区6和气液反应区5的下方；

蒸汽喷嘴8布置在吸收塔塔体11内壁上、且位于气固反应区7 上部；

吸收塔塔体11下部设置锥形结构11.1；锥形结构11.1设置在气固反应区7下端；

锥形结构11.1侧壁上设置烟气出口9、下端设置脱硫灰外排口 10，锥形结构11.1的主要功能是积灰和排烟，也可以根据需要作为发生气固反应区。

进一步地，脱硫灰干粉喷嘴4的喷头临近布置在吸收塔塔体11 的内壁，即，脱硫灰干粉喷嘴4的喷头主要布置在吸收塔塔体11内壁附近，确保沿吸收塔内壁附近形成一层薄的隔离层杜绝或减少结垢形成；

蒸汽喷嘴8的喷头远离吸收塔塔体11的内壁布置，即，蒸汽喷嘴8的喷头主要布置在吸收塔塔体11内壁较远位置，确保蒸汽不会造成塔内壁湿润产生结垢。脱硫灰干粉喷嘴4用于喷射脱硫灰干粉，一方面通过喷脱硫灰干粉，在SDA吸收塔内壁形成一圈薄干粉边界层，避免液相吸收剂雾滴与SDA吸收塔内壁接触，减少结垢；另一方面，脱硫灰干粉中的未参与反应的Ca(OH)₂细微颗粒，可继续与烟气中SO₂气体反应，既可提高SO₂脱除率，又可提高吸收剂的利用率，继而降低吸收剂Ca(OH₎₂浆液的耗量等；

而蒸汽喷嘴8用于喷射蒸汽使气固反应区7的固态颗粒表面湿润，一方面未反应的Ca(OH)₂固体颗粒湿润后可增强其反应活性，提升 SO₂脱除效率，另一方面，可有效去除CaSO₃、CaSO₄、Ca₂CO₃等细小颗粒，降低后续除尘器负荷。

进一步地，旋转雾化器3安装在吸收塔塔体11顶部；

旋转雾化器3由电机3.1和雾化盘喷嘴3.2组成；电机3.1安装在雾化盘喷嘴3.2上方，由上方电机3.1带动雾化盘喷嘴3.2旋转并将吸收剂浆液雾化成小雾滴；

旋转雾化器3由雾化盘喷嘴3.2喷射的吸收剂雾滴沿圆周方向旋转喷射，并在上方烟气作用下螺旋向下运动。

进一步地，双气旋烟气分布器2由多个单元体2.1均布组合构成；

单元体2.1上下两层用密封板严密封闭，使烟气仅能从单元体2.1 内部通过；烟气从上方进入单元体2.1内部，在双程旋流板的作用下，形成具有一定速度的向下的内外两股旋转气流，最终在多个单元体 2.1的作用下，烟气在SDA塔径截面形成多股旋转气流；多股旋转气流与旋转雾化器3喷射的吸收剂雾滴形成高速旋切，促使烟气与吸收剂雾滴形成气液两相的剧烈的湍流效果，同时由于烟气旋流增加了运动路径，进一步延长烟气在塔内的停留时间，因此，整体有助于提高烟气与吸收剂雾滴气液传质效率和反应效率。

进一步地，蒸汽喷嘴8有六个；六个蒸汽喷嘴8沿吸收塔塔体 11圆周方向均匀布置；在SDA塔内，若烟气温度过高或者吸收剂雾滴粒径偏小，在烟温作用下，吸收剂雾滴会被快速蒸干，剩下的钙基吸收剂颗粒与烟气之间的气固反应效率远小于烟气与液相吸收剂之间的气液反应效率，造成整体脱硫效率降低；

为此，本实用新型在SDA吸收塔的气固反应区(具体高度位置可根据CFD仿真结果确定)的顶部位置，沿吸收塔塔体11圆周方向均匀布置6个高温低压蒸汽喷嘴(即蒸汽喷嘴8)，喷嘴(即蒸汽喷嘴8)方向垂直向下，蒸汽喷嘴8的喷射方向垂直向下；通过蒸汽喷嘴8喷射蒸汽可使固态颗粒表面湿润，一方面未反应的Ca(OH)₂固体颗粒湿润后可增强其反应活性，提升SO₂脱除效率，另一方面，可有效去除CaSO₃、CaSO₄、Ca₂CO₃等细小颗粒，降低后续除尘器负荷。

更进一步地，脱硫灰干粉喷嘴4有六个；六个脱硫灰干粉喷嘴4 沿吸收塔塔体11圆周方向均匀布置；

脱硫灰干粉喷嘴4呈倾斜设置；脱硫灰干粉喷嘴4与垂线夹角为 45度，脱硫灰干粉喷嘴4与吸收塔塔体11圆周切线夹角为45度；根据对SDA吸收塔脱硫灰的成分分析发现，未参与反应的Ca(OH)₂约占全部灰分的1/3左右，在SDA(喷雾干燥脱硫技术)塔内，若烟气温度过低或者吸收剂雾滴粒径偏大，吸收剂雾滴蒸发所需时间长，在到达吸收塔塔体11内璧面时仍处于液相状态，造成吸收塔塔体11 内璧面结垢；

为此，在SDA吸收塔的气液反应区(具体高度位置可根据CFD (ComputationalFluid Dynamics，计算流体动力学)仿真结果确定)的顶部位置，沿塔圆周方向均匀布置6个脱硫灰干粉喷嘴4，喷嘴(即脱硫灰干粉喷嘴4)方向向下；

脱硫灰干粉喷嘴4与垂线夹角45度，与吸收塔塔体11圆周切线夹角45度，一方面通过喷脱硫灰干粉，在SDA吸收塔内壁形成一圈薄干粉边界层，避免液相吸收剂雾滴与SDA吸收塔内壁接触，减少结垢；另一方面，脱硫灰干粉中的Ca(OH)₂细微颗粒，可继续与烟气中SO₂气体反应，既可提高SO₂脱除率，又可提高吸收剂的利用率，继而降低吸收剂Ca(OH₎₂浆液的耗量等。

本实用新型所述的优化设计的SDA吸收塔的工作过程如下：

1)原烟气由SDA吸收塔顶部的双切向烟气进口1进入吸收塔，并在吸收塔塔体11内螺旋向下运行；

2)烟气从双气旋烟气分布器2上方进入单元体2.1内部，在双程旋流板的作用下，形成具有一定速度的向下的内外两股旋转气流，最终在多个单元体2.1的作用下，烟气在SDA塔径截面形成多股旋转气流；

3)吸收剂Ca(OH)₂浆液在旋转雾化器3高速旋转作用下，被粉碎成粒径50um左右的细小雾滴；

4)多股旋转气流与旋转雾化器3喷射的吸收剂雾滴形成高速旋切，形成气液两相的剧烈湍流，在旋转雾化器3下方的气液反应区，液相吸收剂雾滴与烟气中SO₂气体进行脱硫反应；

5)在非正常负荷条件下，吸收剂雾滴可能在达到吸收塔塔体11 内壁时依然处于液相，此区域属于结垢区6；通过脱硫灰干粉喷嘴4 向吸收塔塔体11内喷入脱硫灰，在SDA吸收塔内壁形成一圈薄干粉边界层，避免液相吸收剂雾滴与SDA吸收塔内壁接触而产生结垢现象；

6)随着烟气向下运行，脱硫灰干粉中的未反应的Ca(OH)₂成分，以及吸收剂浆液蒸发干燥后的Ca(OH)₂细微颗粒，在气固反应区7、，继续与烟气中的SO₂气体反应；

7)为进一步提高气固反应区7的脱硫效率，蒸汽喷嘴8向气固反应区7喷入高温低压蒸汽，湿润Ca(OH)₂细微颗粒、提升其反应活性；

8)脱硫后的烟气，通过烟气出口9排出，进入后续除尘器设备；

9)脱硫产生的脱硫灰，通过底部的脱硫灰外排口10排出，一部分脱硫灰经干粉输送系统送入SDA吸收塔脱硫灰干粉喷嘴循环，另一部分脱硫灰外运处理。

其它未说明的部分均属于现有技术。

Claims (6)

1.一种优化设计的SDA吸收塔，其特征在于：包括吸收塔塔体(11)、烟气进口(1)、双气旋烟气分布器(2)、旋转雾化器(3)、脱硫灰干粉喷嘴(4)、气液反应区(5)、结垢区(6)、气固反应区(7)、蒸汽喷嘴(8)、烟气出口(9)和脱硫灰外排口(10)；

所述双气旋烟气分布器(2)、旋转雾化器(3)、脱硫灰干粉喷嘴(4)、气液反应区(5)、结垢区(6)、气固反应区(7)和蒸汽喷嘴(8)均布置在吸收塔塔体(11)内部；

烟气进口(1)设置在吸收塔塔体(11)上端两侧，且沿吸收塔的圆周呈切向布置；

双气旋烟气分布器(2)布置在吸收塔塔体(11)上部、且位于旋转雾化器(3)上方；

旋转雾化器(3)位于吸收塔塔体(11)上部、且位于气液反应区(5)上方；

结垢区(6)位于吸收塔塔体(11)内壁上、且布置在气液反应区(5)外周；

脱硫灰干粉喷嘴(4)布置在吸收塔塔体(11)内壁上、且位于双气旋烟气分布器(2)与结垢区(6)之间；

气固反应区(7)位于结垢区(6)和气液反应区(5)的下方；

蒸汽喷嘴(8)布置在吸收塔塔体(11)内壁上、且位于气固反应区(7)上部；

吸收塔塔体(11)下部设置锥形结构(11.1)；

锥形结构(11.1)侧壁上设置烟气出口(9)、下端设置脱硫灰外排口(10)。

2.根据权利要求1所述的优化设计的SDA吸收塔，其特征在于：脱硫灰干粉喷嘴(4)临近布置在吸收塔塔体(11)的内壁；

蒸汽喷嘴(8)远离吸收塔塔体(11)的内壁布置。

3.根据权利要求2所述的优化设计的SDA吸收塔，其特征在于：旋转雾化器(3)安装在吸收塔塔体(11)顶部；

旋转雾化器(3)由电机(3.1)和雾化盘喷嘴(3.2)组成；电机(3.1)安装在雾化盘喷嘴(3.2)上方。

4.根据权利要求3所述的优化设计的SDA吸收塔，其特征在于：双气旋烟气分布器(2)由多个单元体(2.1)构成。

5.根据权利要求4所述的优化设计的SDA吸收塔，其特征在于：蒸汽喷嘴(8)有六个；六个蒸汽喷嘴(8)沿吸收塔塔体(11)呈圆周布置。

6.根据权利要求5所述的优化设计的SDA吸收塔，其特征在于：脱硫灰干粉喷嘴(4)有六个；六个脱硫灰干粉喷嘴(4)沿吸收塔塔体(11)呈圆周布置；

脱硫灰干粉喷嘴(4)与垂线夹角为45度、与吸收塔塔体(11)圆周切线夹角为45度。

Images