火電廠吸收塔的設(shè)計(jì)與研究

鐘天東

摘 要：隨著我國(guó)工業(yè)的不斷發(fā)展，城市化的不斷推進(jìn)，整個(gè)社會(huì)對(duì)于電力的需求量越來越大，電力已經(jīng)成為社會(huì)發(fā)展所必需的動(dòng)力能源。但當(dāng)前由于技術(shù)水平以及能源總量的限制，世界范圍內(nèi)主要使用煤炭進(jìn)行火力發(fā)電。因此電廠的濕法煙氣脫硫技術(shù)是電廠正常運(yùn)轉(zhuǎn)的重要技術(shù)，在此技術(shù)中，吸收塔的優(yōu)化設(shè)計(jì)研究是當(dāng)前人們比較關(guān)注的問題。因此，作者通過參考電力工廠方面的吸收塔優(yōu)化文獻(xiàn)，以及總結(jié)此方面存在的一些問題，將重點(diǎn)介紹吸收塔優(yōu)化控制問題。

關(guān)鍵詞：板式吸收塔；優(yōu)化設(shè)計(jì)；防腐設(shè)計(jì)

引言

當(dāng)前社會(huì)，各國(guó)的發(fā)展都受制于能源的限制。我國(guó)是一個(gè)地廣人多的國(guó)家，我國(guó)的國(guó)土資源面積十分廣闊，但我國(guó)的資源總量卻不足，因此，我國(guó)的發(fā)展主要受到能源重量的限制，這對(duì)于我國(guó)的社會(huì)進(jìn)步起著極大的阻礙作用。能源和環(huán)境是制約當(dāng)前我國(guó)發(fā)展的兩大問題，尤其是我國(guó)工業(yè)主要用電量大，并且我國(guó)電廠發(fā)電主要使用煤炭進(jìn)行發(fā)電，因此，由于技術(shù)原因，這種使用煤炭發(fā)電的技術(shù)對(duì)于環(huán)境的破壞極大。如何有效的解決這兩大問題，如何減小電廠發(fā)電對(duì)于環(huán)境的破壞程度是我國(guó)研究的主要問題，也是目前我國(guó)迫切需要解決的問題。我國(guó)的主要使用能源是煤炭資源，在目前為止，使用煤炭資源及進(jìn)行發(fā)電是很難進(jìn)行改變的，這一方面受制于資源的采集，另一方面主要是使用其他資源進(jìn)行發(fā)電的技術(shù)還不成熟，還不能大量推廣，而且使用其他資源進(jìn)行發(fā)電的效率不高，資源浪費(fèi)量比較大。因此，在不可改變當(dāng)前我國(guó)主要還是使用煤炭資源的現(xiàn)狀，我們的研究重點(diǎn)主要放在優(yōu)化煤炭火力發(fā)電的技術(shù)上，其中的吸收塔優(yōu)化是文章主要的講解重點(diǎn)。

1 吸收塔簡(jiǎn)介

吸收塔是實(shí)現(xiàn)吸收操作的設(shè)備。按氣液相接觸形態(tài)分為三類。第一類是氣體以氣泡形態(tài)分散在液相中的板式塔、鼓泡吸收塔、攪拌鼓泡吸收塔；第二類是液體以液滴狀分散在氣相中的噴射器、文氏管、噴霧塔；第三類為液體以膜狀運(yùn)動(dòng)與氣相進(jìn)行接觸的填料吸收塔和降膜吸收塔。塔內(nèi)氣液兩相的流動(dòng)方式可以逆流也可并流。通常采用逆流操作，吸收劑以塔頂加入自上而下流動(dòng)，與從下向上流動(dòng)的氣體接觸，吸收了吸收質(zhì)的液體從塔底排出，凈化后的氣體從塔頂排出。工業(yè)吸收塔應(yīng)具備以下基本要求：（1）塔內(nèi)氣體與液體應(yīng)有足夠的接觸面積和接觸時(shí)間。（2）氣液兩相應(yīng)具有強(qiáng)烈擾動(dòng)，減少傳質(zhì)阻力，提高吸收效率。（3）操作范圍寬，運(yùn)行穩(wěn)定。（4）設(shè)備阻力小，能耗低。（5）具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度和耐腐蝕能力。（6）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、便于制造和檢修。吸收塔（absorption tower）用以進(jìn)行吸收操作的塔器。利用氣體混合物在液體吸收劑中溶解度的不同，使易溶的組分溶于吸收劑中，并與其他組分分離的過程稱為吸收。操作時(shí)，從塔頂噴淋的液體吸收劑與由塔底上升的氣體混合物在塔中各層填料或塔盤上密切接觸，以便進(jìn)行吸收。伴有化學(xué)反應(yīng)的吸收叫化學(xué)吸收。按吸收時(shí)氣液作用方式吸收塔可分為表面式、膜式、噴淋式和鼓泡式等。

2 吸收塔的設(shè)計(jì)類型

吸收塔是煤炭資源火力發(fā)電中濕法煙氣脫硫技術(shù)的關(guān)鍵，我們建造設(shè)計(jì)吸收塔的最終目標(biāo)是為了大面積吸收二氧化硫的液體，減少煤炭燃燒廢氣排放對(duì)于大氣環(huán)境的污染。而吸收塔的優(yōu)化設(shè)計(jì)目標(biāo)主要是為了降低節(jié)約成本，加強(qiáng)吸收塔對(duì)于二氧化硫廢氣的吸收程度。當(dāng)前我國(guó)由于地處環(huán)境不同，因此南方與北方，東部與西部之間的發(fā)電廠吸收塔的設(shè)計(jì)類型存在不同，作者總結(jié)我國(guó)的吸收塔設(shè)計(jì)類型，發(fā)現(xiàn)主要有以下幾種。

2.1 填料塔

它由外殼、填料、填料支承、液體分布器、中間支承和再分布器、氣體和液體進(jìn)出口接管等部件組成，塔外殼多采用金屬材料，也可用塑料制造。

填料是填料塔的核心，它提供了塔內(nèi)氣液兩相的接觸面，填料與塔的結(jié)構(gòu)決定了塔的性能。填料必須具備較大的比表面，有較高的空隙率、良好的潤(rùn)濕性、耐腐蝕、一定的機(jī)械強(qiáng)度、密度小、價(jià)格低廉等。常用的填料有拉西環(huán)、鮑爾環(huán)、弧鞍形和矩鞍形填料，20世紀(jì)80年代后開發(fā)的新型填料如QH-1型扁環(huán)填料、八四內(nèi)弧環(huán)、刺猬形填料、金屬板狀填料、規(guī)整板波紋填料、格柵填料等，為先進(jìn)的填料塔設(shè)計(jì)提供了基礎(chǔ)。

填料塔適用于快速和瞬間反應(yīng)的吸收過程，多用于氣體的凈化。該塔結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于用耐腐蝕材料制作，氣液接觸面積大，接觸時(shí)間長(zhǎng)，氣量變化時(shí)塔的適應(yīng)性強(qiáng)，塔阻力小，壓力損失為300～700Pa，與板式塔相比處理風(fēng)量小，空塔氣速通常為0.5～1.2m/s，氣速過大會(huì)形成液泛，噴淋密度6～8m3/（m2·h）以保證填料潤(rùn)濕，液氣比控制在2～10L/m3。填料塔不宜處理含塵量較大的煙氣，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)克服塔內(nèi)氣液分布不均的問題。

2.2 湍球塔

它是填料塔的一種特殊形式，運(yùn)行時(shí)塔內(nèi)填料處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，以強(qiáng)化吸收過程。在塔內(nèi)柵板間放置一定數(shù)量的輕質(zhì)小球填料（直徑29～38mm），吸收劑自塔頂噴下，濕潤(rùn)小球表面，氣體從塔底進(jìn)入，小球被吹起湍動(dòng)旋轉(zhuǎn)，由于氣、液、固三相充分接觸，小球表面液膜不斷更新，增加了吸收推動(dòng)力，提高了吸收效率。

該塔制造、安裝、維修較方便，可以用大小、質(zhì)量不同的小球改變操作范圍。該塔處理風(fēng)量較大，空塔氣速1.5～6.0m/s，噴淋密度20～110m3/（m2·h），壓力損失1500～3800Pa，而且還可處理含塵氣體。其缺點(diǎn)是塑料小球不能承受高溫，小球易裂（一般0.5～1年），需經(jīng)常更換，成本高。

2.3 板式塔

板式塔是在塔內(nèi)裝有一層層的塔板，液體從塔頂進(jìn)入。氣體從塔底進(jìn)入，氣液的傳質(zhì)、傳熱過程是在各個(gè)塔板上進(jìn)行。板式塔種類很多。大致可分為二類：一類是降液管式，如泡罩塔、篩孔板塔、浮閥塔、S形單向流板塔、舌形板塔、浮動(dòng)噴射塔等；另一類是穿流式板塔，如穿流柵孔板塔（淋降板塔）、波紋穿流板塔、菱形斜孔板塔、短管穿流板塔等。

2.4 噴淋空塔

噴淋塔的主題設(shè)計(jì)主要有兩種，圓形或者矩形狀的。這種噴淋塔的設(shè)計(jì)通常情況下煙氣是由底部進(jìn)入塔內(nèi)，然后上流。在這種塔的頂端一般會(huì)配置噴淋管網(wǎng)，往下噴水，水珠接觸二氧化硫氣體，起到凈化的作用。

3 吸收塔的優(yōu)化設(shè)計(jì)

前文以及提及，由于受我國(guó)資源總量的限制，我國(guó)的煤炭發(fā)電技術(shù)存在的問題，使得使用煤炭資源進(jìn)行發(fā)電造成的環(huán)境破壞問題十分嚴(yán)重，因此，優(yōu)化吸收塔的設(shè)計(jì)，解決煤炭發(fā)電過程中吸收塔的廢氣排放問題是當(dāng)前我們研究學(xué)者主要的研究問題。吸收塔的優(yōu)化設(shè)計(jì)前提是保證性能方面的正常使用，主要有脫硫效率不低于95%，除塵效率不低于80%，以及電耗，裝置運(yùn)載連續(xù)工作七天的電量總消耗平均值不超過3600KWH/H，F(xiàn)GD連續(xù)裝載運(yùn)行七天的石灰石粉消耗總量平均值不超過3.27噸每小時(shí)，F(xiàn)GD連續(xù)裝載運(yùn)行七天的水量消耗總量平均值不超過30.6噸每小時(shí)。

3.1 優(yōu)化塔的防腐設(shè)計(jì)優(yōu)化

吸收塔的設(shè)計(jì)材料根據(jù)各地區(qū)的不同主要建筑材材料也不相同，但是主要使用的還是混凝土和鋼鐵建造，因此，對(duì)于吸收塔的防腐設(shè)計(jì)優(yōu)化是必須要的。我們對(duì)吸收塔的主體腳手架從上到下進(jìn)行噴砂，噴砂結(jié)束后帶清掃干凈后再涂抹刷漆。

3.2 吸收塔內(nèi)部入口水平煙道設(shè)計(jì)

吸收塔的煙道布置主要在吸收塔液的上部和塔體吸收的下部之間，這一部位是高溫區(qū)，也是與下落漿液的第一接觸區(qū)域。因此，這一區(qū)域如果把煙道設(shè)置成水平形狀，將有利于防止在煙道內(nèi)堆積沉淀物、有減少壓損體積、有使進(jìn)入煙道內(nèi)的氣體平均分布，能夠快速及時(shí)排除。

3.3 工程項(xiàng)目氧化形式的優(yōu)化

由于吸收塔液位較高，為了降低吸收塔的建造成本，在設(shè)計(jì)時(shí)可是對(duì)工程進(jìn)行氧化形式優(yōu)化。比如講氧化空氣噴槍設(shè)計(jì)優(yōu)化成氧化空氣布局管，這樣有利于節(jié)約設(shè)備的建造成本，又可以達(dá)到我們預(yù)期的脫硫效率。

4 結(jié)束語

隨著人們對(duì)于環(huán)境保護(hù)的認(rèn)識(shí)以及關(guān)注，使用煤炭資源進(jìn)行火力發(fā)電的環(huán)境破壞問題必須得到改善，而改善的首要優(yōu)化目標(biāo)是吸收塔的設(shè)計(jì)優(yōu)化。因此，我們對(duì)于吸收塔的設(shè)計(jì)優(yōu)化需要加緊努力，但當(dāng)前我們研究的吸收塔優(yōu)化設(shè)計(jì)還只是存在于理論階段，現(xiàn)實(shí)推廣起來還存在許多問題。因此，這就需要我們的研究人員更加努力，爭(zhēng)取早日解決使用煤炭進(jìn)行火力發(fā)電造成的環(huán)境破壞問題。

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