火电厂烟气湿法脱硫装置吸收塔的设计

火电厂烟气湿法脱硫装置吸收塔的设计

王祖培

(化学工业第二设计院,太原030001)

　　摘　要　在火电厂烟气湿法脱硫吸收塔设计过程中对其主要尺寸的确定,各主要零部件的结构和防腐材料的选择作了阐述。

关键词　湿法脱硫　吸收塔　防腐

文章编号:100529598(2002)05200044205　中图分类号:TQ53　　文献标识码:A

引　言

烟气湿法脱硫是当今国际上85%左右大型火电厂采用的工艺流程,而我国火电厂的烟气脱硫尚处于技术开发阶段。已建或正在建设的十几套装置都是从国外引进的,投资昂贵。

作者在某大型火电厂烟气湿法脱硫工程的技术开发工作中,参阅了国内外有关资料,参观了几套引进装置,结合该厂引进的中型工业试验装置的状况,经过10多个月的工作,从可研、初设到施工图,完成了30万kW和5万kW机组的设备设计,本文仅就该装置中的核心设备——吸收塔的设计体会作一个介绍,以供同行们设计参考。

吸收塔是火电厂湿法脱硫(FGD)的核心设备。其作用是将除尘后的烟气中SO2被石灰浆液吸收,经除雾器除雾后进入烟道。吸收SO2后的浆液在塔体下部浆池内逐步氧化反应生成石膏作为商品外销。

该塔操作压力不高(3kPa左右),温度不高(进气温度一般在140℃左右,出口温度小于50℃),但直径较大(一般配30万kW机组,其直径约为513m～514m)。属大型薄壁容器。其特点:一是开孔

及各零部件所用材料要求既耐腐蚀,有些还要求耐浆液的冲刷及磨蚀。现将该塔在设计过程中涉及到的一些问题及处理意见分述如下。

1　外形尺寸的决定

本塔为气液逆向反应的立式塔,其大致结构如图1所示

。

图1　吸收塔示意图

1.1　直径　由工艺处理烟气量及其流速而定。(一

大,考虑为使入口烟气在塔内分布均匀,矩形入口管宽高比较大,入口开孔之宽达塔径的80%以上,加上开孔的上部有喷浆管及除雾器等较重部件沿轴向压下,故该设备的大开孔加强计算较复杂。二是塔体

收稿日期:2002205228

作者简介:王祖培,男,1934年出生,高级工程师,从事化工设备设计及管理工作。

般配30万kW机组直径为513m～514m,5万

kW机组直径约为56m～57m)。1.2　几个必要高度

1.2.1　浆液高(a)。由工艺专业根据液气比需要的浆液循环量及吸收SO2后的浆液在池内逐步氧化反应成石膏浆液所需停留时间而定。

1.2.2　烟气进口底部至浆液面距离(c)。考虑浆液鼓入氧化空气和搅拌时液位有所波动;入口烟气温

度较高、浆液温度较低可对进口管底部有些降温影响;加之该区间需接进料接管,一般定为800mm～1200mm范围为宜。1.2.3　烟气进出口高度。根据工艺要求的进出口流速(一般为12ms～18ms)而定进出口面积,一般希望进气在塔内能分布均匀些,且烟道均呈方形,故宽高取得较大些,即高度尺寸取得较小。但宽度亦不宜过大,否则将会使壳体径向开口太大而影响壳体的稳定性。

1.2.4　烟气进口中心至第二层喷浆管距离(b)。根据烟气通过雾化区上升流速,反应时间算到第二层。层间高差(e)根据国外用离心式喷雾喷头经验,按1.7m计。喷浆管一般设3～4层,个别厂有设2层的(用实心锥状雾化喷头),这主要根据液气比所需浆液循环量和喷头设置数量而定,而液气比又与要求脱硫率有关。

1.2.5　最上层喷浆管至第一段除雾器高差(d)。根据喷浆后雾滴大小及烟气上升流速考虑,一般在3m～3.5m左右。

1.2.6　除雾器冲洗水喷头距除雾器间距(f)。按0.5m～0.6m计,两层除雾器之间还设有上下冲水的两层水管,其间隔(A)应考虑到便于安装维修。加

蚀,管内同时要求耐浆液腐蚀,管表面要求耐浆液冲刷。

喷浆管的设计,首先要考虑喷头的布置,应保证塔内喷出浆液匀称,避免疏密不均。喷头的数量根据液气比需要的浆液量而定。为保证浆液与烟气的接触充分,一般喷浆管分成3～4层(极个别厂有用2层的,但用的是锥尾式单向喷头)。

喷浆管的材料,目前大致有两种:玻璃钢和钢管内外衬橡胶。玻璃钢重量轻,据了解国外支管都用柔性接头,而我国只能做插管手糊加强性连接,考虑此连接部受弯和喷浆时可能由颤抖现象而引起疲劳开裂(因为喷头处压力为0.07MPa,喷头质量有8kg,支管呈悬臂梁状态工作而且浆液流动也没有柔性连接畅通)。欧洲大部分用FRP(玻璃纤维增强塑料)材料制作,质量较轻。而日本、台湾则有用钢管内外衬橡胶的,质量较重。签于国内制造厂商不能保证欧洲国家那样制作的FRP管的质量,而国内引进的这些装置在我国刚运行不久,还需经过较长时间的观察、考核。

国内初次设计,为了保证安全起见,暂按钢管内外衬橡胶设计,但用FRP管肯定是今后国内发展的方向。

2.1.2　喷头的选择

浆液本身要求喷头能耐腐蚀。但由于喷嘴处压力较高,流速较大,内部要求能耐磨蚀,表面要求能耐冲刷(因为有上层浆液喷下)。故喷头材料要求全部用碳化硅(SiC)制成。这种大流量的漩流雾化喷头国内制造质量还达不到要求,国外已有专业工厂生产。该喷头最上一层是单喷,下面2～3层均采用上下同时喷的形式,一般是上喷角度为120℃,流量占该喷头总量的70%,下喷角度是90°,流量占30%,近塔壁的均用上下喷角为90°的喷头。这种喷头有法兰连接和丝扣连接,承插连接三种,如喷浆管用FRP材料,则应用后两者连接方式,如用钢管内外衬橡胶,则只能用前者。2.1.3　喷头的布置

上两层波形除雾器高度,最底部上冲水管至最上部下冲水管总高差(g)约3.4m～3.5m。以上尺寸适于平铺波纹板式除雾器。如用菱形除雾器,其空间高度(g)将可降1m左右。

1.2.7　搅拌器设置高度(h),离塔底部1.5m～1.8m处均布。

综上所述:只要定出烟气进出口高度,则塔的有效高H和总高即可得到。

2　结　　构

FGD的吸收塔设计特点:①直径大,跨直径的

零部件多,如喷浆管,冲水管,支撑梁等;②开孔大(烟道进口宽度达塔直径的80%以上)。由此而产生的对设计要求刚度要好,有些部件的支撑、固定需作特殊设计。要求固定牢固,不能有颤动现象,否则易损坏防护层。

2.1　喷浆部分　是吸收塔功能最主要的部分,靠喷出的雾化浆液吸收烟气中的SO2。2.1.1　喷浆管

其作用是浆液通过分布在管子上的喷头喷出雾状液以吸收烟气中的SO2。要求管内外都需要耐磨

根据所选的喷头数量在塔内均匀布置,用喷洒角90°的喷头,层间高差为1.7m时,其平行间距在1.3m左右。喷洒面积按51.8m布满塔的圆面积,如有空缺则个别喷头间距可适当调整,在喷洒范围内应有交叉,如间距经过小调整后仍填补不了空隙,则考虑喷头数量是否需要增加,允许调整多少,涉及到液气比、浆液的循环量,则需与工艺专业协调解决。

2.1.4　喷浆管的支承

吸收塔的塔径一般都较大,而喷头的数量较多质量也较重,搁置在支承梁上。考虑大跨度受弯曲因素,应保证其有足够的刚度、足够大的断面系数。一般都用钢材焊制成矩形空腹梁,如喷浆管材质用的是FRP,则可以采用主管穿过空心梁的结构型式(见图2)。结构紧凑,但需考虑烟气和浆液渗漏入梁内腐蚀钢材的措施,其结构见图2;如喷浆管用内外衬胶的管子,则只能采用搁置在梁上托架的结构,因在安装现场已衬好橡胶的管子,不可能再进行焊接组装

。

图3　除雾器波纹板

是添加滑石粉增强聚丙烯,美国一般用玻璃纤维增强塑料(FRP),这种材料我国用手工制作较多,表面粗糙,增加了结垢的可能性,还容易引起“水泡”和

图2　管子穿过空心梁的结构图

“剥皮”现象。2.2.2　冲洗水管

为防止液滴粘在除雾器波纹板上逐渐结垢,影响烟气通路,在上下两 …… 此处隐藏：3384字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……