脱硫塔设备之喷淋层设计

       在湿法脱硫设备中喷淋层的主要作用是通过循环泵将打到脱硫塔的浆液进行雾化,从而提高浆液的传质比表面积，增加脱硫浆液与塔内含二氧化硫烟气的快速反应而达到脱硫要求。影响喷淋层效果的主要设计因素有循环浆液喷淋量、喷嘴的结构及型式、喷淋层的布置等。
 
一、循环浆液喷淋量的选择
       循环浆液喷淋量是影响喷淋效果的主要因素。作为湿法脱硫，在计算浆液喷淋量时主要考虑一下几个量:烟气量、液气比。一般循环浆液量Q=「脱硫塔出口烟气量V ( Nm^3/h ) x液气比(L/Nm³) ]/1000，有此公式知，烟气量和液气比与循环浆液量成正比。一般情况下，脱硫设备的烟气量按锅炉引风机出口工况烟气量的110%来考虑,而液气比的选择主要考虑脱硫效率及脱硫塔入口二氧化硫浓度。关于液气比的计算目前国内尚无科学的公式可用，依据相关试验资料表明单位体积的循环液吸收二氧化硫的能力约为0.15kg/m³ ，由于是试验条件具有一定的局限性，此值也只能作为参考，无法正确应用于工程实践。因此液气比的选择主要来源于设计人员的设计经验和在运行工程的实际参数。经过十几年的工程实践，我公司对液气比选择做出了大概的取值范围。脱硫效率在97-99%范围内利用插值法对液气比按15-25取值。针对超低排放项目的取值点可以在上述的取值范围高2-3,但尽量不要超过28,液气比增大会导致喷淋层上方的除雾器处理能力不足而出现石膏雨，腐蚀脱硫塔周边设施。
 
二、喷嘴的结构及型式选择
 
       喷嘴作为影响喷淋层的因素之一， 在实际应用中也显的至关重要。为了提高脱硫浆液的比表而积，脱硫喷嘴必须要求较好的雾化效果。常规的设计中要求喷嘴出口雾滴颗粒为2000μm(平均直径)。影响喷嘴雾化效果的主要因素是通过每个喷嘴的压力和流量。
 
(一) 喷嘴压力选择。由于脱硫浆液的含固量一般在15%-20%，而且浆液里含有硅盐类物质，对喷淋管道及喷嘴的磨损较大。因此脱硫喷嘴的压力不能选择的太大，压力太大会加剧喷嘴磨损。经脱硫喷嘴厂家的试验研究表明，喷嘴人口压力控制在0.5- 0.7bar时，不仅可以降低喷嘴磨损增加喷嘴寿命，而且可以达到良好的雾化效果。因此以我公司多年的工程.
设计和实践，建议采用入口压力为0.6bar的喷嘴。
 
(二) 唢嘴流量选择。经相关唢嘴厂家试验及相关唢嘴的理论知识，在喷嘴人口压力一定的前提下，喷嘴的雾化效果与流量成反比。可见在选定喷嘴压力等级的前提下，尽可能减少喷嘴流量。当然喷嘴流量也不是一味的低就好，因为喷嘴流量降低意味着喷嘴的流通口径减小。湿法脱硫在运行中，由于浆液中会有石膏、亚硫酸钙等物质的产生，该物质具有粘稠性容易堵塞喷嘴，因此喷嘴口径不得太小。依据多年设计经验，建议喷嘴口径不小于DN50,即单个喷嘴流量不要小于20m³/h。
 
(三)喷嘴数量选择。喷嘴的数量与喷淋层覆盖率密切相关，一般脱硫塔的喷淋覆盖率为200--300%，脱硫效率高98.5%以上时--般取300%，脱硫效率低于98.5%时可以适当调低。脱硫塔喷淋覆盖率确定后,还需知道单个喷嘴的覆盖率。一般以离喷嘴口1米以下1.8 米直径范围内的面积为单喷嘴覆盖范围。知道了以上参数就可以按以下公式求解喷嘴数量。喷
淋层覆盖率公式为:喷淋层覆盖率= (喷嘴数量x单个喷嘴覆盖而积) 1脱硫塔截面积。
 
(四) 喷嘴角度选择。喷嘴角度的选择主要考虑两点;一是喷淋层覆盖率，二是喷嘴对塔壁及支撑梁的冲刷影响。在同样的喷淋层覆盖率下,喷嘴角度越大，单喷嘴的覆盖率越大,所需的喷嘴数量就会减少。一般的湿法脱硫中，喷嘴雾化角一般在90- -120°。但喷嘴角度也不是越大越好，角度过大会对喷淋梁及塔壁冲刷，影响脱硫塔的安全稳定运行。一般设计时,塔壁处的喷嘴采用小角度喷嘴，一般选择90°喷嘴;其他地方的喷嘴选用100喷嘴。
 
(五) 喷嘴型式选择。湿法脱硫中常见的喷嘴型式有三种:螺旋喷嘴、空心锥喷嘴、实心锥喷嘴。
 
(1 )通常情况下螺旋喷嘴的口径比较小，由于脱硫浆液含固量较高，所以该喷嘴一般适合于小流量的情况,而且由于螺旋喷嘴外形是螺旋体形态，在实际应用中如果采用碳化硅材质很容易损坏，因此此种喷嘴一般建议采用2205材质。 
 
(2) 空心锥喷嘴的流通口径比较大,而且内部无结构件，一般不不会发生堵塞情况,适合于大流量的情况，此种喷嘴在目前的喷淋层设计中占主导地位。
 
(3) 实心锥喷嘴的流通口径比较小，而且内部含旋流叶片,用在湿法脱硫中容易堵塞喷嘴，但其雾化效果比同压力等级的空心锥喷嘴雾化效果要好。在喷淋层实际应用中比较少，目前主要用于脱硫除雾器或湿式电除尘的喷淋冲洗。总而言之，当喷嘴流量在30m³/h以上时建议采用空心锥喷嘴，在30m³/h以下时建议采用螺旋喷嘴。
 
三、喷淋层的布置
 
       喷淋层的布置在喷淋层设计中同样也有种很主要的作用，其布置主要从喷淋层数、单层喷淋层内部喷嘴布置、喷淋层相互之间的夹角三个层面考虑。
 
(一) 喷淋层数。喷淋层数的确定主要考虑两个方面,一是脱硫效率， 二是泵的性能曲线。一般情况下脱硫塔的层数为2- 5层，每层层距在1.8 -2.2米。脱硫效率高达98%时,喷淋层数按4- -5层布置，低于98%时按2- 3层布置。当然单台循环泵的流量过大时，有可能会选不到合适泵，这就要参考泵的性能曲线，通过泵的性能曲线合理调整泵的扬程和流量。单台泵的流量确定后，通过(总循环浆液量/单台泵的流量)就可以确定喷淋层数。
 
(二)单层喷淋层内部喷嘴布置。通过前面喷嘴的介绍知道一般喷嘴喷洒直径约1.8 米，因此为了喷嘴有一定的重叠率，喷嘴间的距离一般控制在0.7米-1.2米之间。一般喷淋层.最里圈喷嘴数量为4个，从里到外依次按4的倍数递增，初步布置后再通过喷嘴总数合理划分每圈的喷嘴数量。喷嘴布置时要力求布置均匀，尤其是塔壁处，一定要避免出现烟气短路现
象。一定要保证喷嘴可以喷到整个脱硫塔截面。
 
(二) 喷淋层相互之间的夹角。喷淋层相互间夹角，主要是考虑喷淋层空间叠加效果。合理的夹角可以使喷淋层达到更加均匀的的效果。经我公司多年经验一般喷淋层相互间的夹角为15° -18°时喷淋层综合效果更加均匀。
 
四、结语
       正确选择循环浆液量、唢嘴结构及型式，优化喷淋层及喷嘴布置,通过对喷淋层进行合理的优化设计，不仅可以有效提高喷淋层的脱硫效率,而且可以延长整个喷淋层的使用寿命,为整个脱硫塔的长期稳定运行提供了有力保障。