脱硫塔喷淋层设计

一、喷淋层中喷淋管及管网的设计

喷淋层又可以称为液体分布器，它是由喷淋管和喷嘴组成，将液体通过喷淋管的分配作用达到均匀分布的每个喷嘴，由喷嘴喷出，与逆向流动的烟气充分接触，SO₂污染气体即在此吸收。

    ①喷淋层中的喷淋管目前主要有2种材质和结构形式：

    (1)全玻璃钢(FRP)材质，由于玻璃钢的材料特性，这种结构需要在喷淋管底部设置支撑梁。

    (2)主管用碳钢，内外衬胶，支管用FRP管，主管和支管之间用法兰连接，主采用等径钢管，管径大、壁厚，自身起到支撑梁的作用，FRP支管底部可以不设支撑梁。

 

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。在实际运行中，全玻璃钢喷淋层底部的支撑梁有被上部喷嘴喷出的浆液击穿破坏的现象。为避免由此带来的隐患，本工程喷淋层采用第2种形式，喷淋FRP支管底部不设支撑梁。吸收塔喷淋区域塔径，喷淋FRP支管较长，要求喷淋层供应商利用管道分析软件对喷淋层进行受力分析，选择合理管壁厚，通过在支管上加筋提高FRP支管的强度和刚度，并对其各个生产环节进行认真监督检验。最上层喷浆管至第一段除雾器高差。根据喷浆后雾滴大小及烟气上升流速考虑，一般在3m～3.5 m左右。

    ②喷淋层中管网的作用是浆液通过分布在喷淋管上的喷嘴喷出雾状液以吸收烟气中的S02。要求管内外均耐磨蚀，管内同时要求耐浆液腐蚀，管表面要求耐浆液冲刷。其设计，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)，喷淋层间距通常为lm～2m，一般按1．5～1．7m计。

二、喷嘴的设计

  喷嘴的性能对脱硫率有重要影响。目前在湿法喷淋层脱硫塔内通常采用空心锥切线型、实心锥切线型、双空心锥切线型、实心锥、螺旋型5种喷嘴。常用的脱硫喷嘴有2种形式：螺旋型实心锥喷嘴和空心锥切线型喷嘴。螺旋型实心锥喷嘴的特点是喷淋量大，所以喷嘴个数少，缺点是结构易碎，且液滴均匀性也有待提高。在湿法脱硫吸收塔上，空心锥切线型喷嘴是螺旋型实心喷嘴的替代产品，其自由畅通直径大，具有自清洗功能，应用最为普遍，因此选用该型式喷嘴。脱硫喷嘴采用的材料主要有反应烧结碳化硅(RBSC)和氮化硅结合碳化硅(SNBSC)。RB-SC属于精细陶瓷，显气孔率小，弯曲强度大，适用于制作精细的螺旋型喷嘴。SNBSC主要制造空心锥类喷嘴。目前，脱硫喷嘴的国产化率仍然很低，有的厂家正在开拓脱硫喷嘴业务，但是目前的制作还处于粗旷型模型仿制阶段。从国外公司的供货情况看SNBSC是喷嘴的主导材料。各喷淋层喷嘴错开布置，保证浆液重叠覆盖率至少达170％～250％，最外层喷嘴与塔壁要保持合理距离，防止塔壁穿孔漏浆。

1)喷嘴的选择

    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20℃．流量占该喷头总量的70％，下喷角度是90度，流量占30％，近塔壁的均用上下喷角为90度的喷头。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，如用钢管内外橡胶，则只能用前者。

 

2）喷嘴特性参数

    喷嘴的特性参数主要有喷嘴压降、喷雾角、喷嘴流量等。

    (1)喷嘴压降是指浆液通过喷嘴通道时所产生的压力损失，主要与结构参数和浆液粘度等因素有关。压降越大，系统能耗也越大。一般WFGD喷淋系统喷嘴压降典型值为0．05-0．1MPa。

    (2)喷雾角是指浆液离开喷嘴口后形成的液膜锥的锥角，主要受喷嘴孔半径、旋转室半径和浆液入口半径等因素影响。选择喷雾角时，必须与喷嘴在塔内布置相结合，保证塔内覆盖均匀度与覆盖率，通常要求喷淋角为90～120^。。

    (3)喷嘴流量是指单位时间内通过喷嘴的体积流量，主要与压降、喷嘴结构参数等因素有关。喷嘴流量根据系统布置与工艺计算确定“唧。喷嘴流量与喷嘴压降一般有以下关系：

 

其中：Q为喷嘴流量，L／min；K为特性系数，由喷嘴具体型号确定；

△P为喷嘴压降，bar；

由式可知，对于给定喷嘴，确定了喷嘴流量也就确定了喷嘴工作压力。

3)喷嘴在塔内布置设计

    喷嘴在塔内布置是非常重要的，只有进行合理、优化的喷嘴布置设计，才能达到系统设计要求，使脱硫系统达到高脱硫率。其中喷嘴在塔内布置的方法有两种：一种是同心圆布置，另一种是矩阵式布置。

    进行喷嘴在塔内布置设计中应该注意以下问题：

    (1)选择合理的喷嘴覆盖高度，通常根据喷嘴特性及两层喷淋之间距离来确定。

    (2)选择合理的单层喷嘴个数。一般来说，喷嘴个数根据工艺计算来确定。通常每层布置一个喷淋管网，每层应装有足够多的喷嘴，尽量减少连接喷嘴的管道长度。喷嘴数量选择按如下公式计算：

n^＊=ψ×Do/d2

其中 ψ--200％或220％(覆盖率；多取220％)

Do--吸收塔喷淋区直径(米)

d2--喷嘴在喷射距离l米处的喷射直径(米)

    (3)当喷嘴覆盖高度确定以后，则就可以计算单个喷嘴的覆盖面积，

 

 式中，为喷雾角。A₀为单个喷嘴的覆盖面积，m²。喷嘴覆盖高度,m。

    (4)当在脱硫塔内布置喷嘴时，选择合适的喷嘴之间的距离。通常根据喷嘴个数和脱硫塔直径来选择喷嘴间距，并要与连接喷嘴的喷管布置方案整体考虑。

    (5)选择合理的经济流速，并根据喷管产品的标准来确定石灰石浆液母管和支管直径。

    (6)当检验喷淋层在脱硫塔覆盖率时，不仅要考虑喷嘴液流与母管、支管和支撑的碰撞对覆盖率的影响，还要考虑所有喷嘴在脱硫塔内覆盖均匀度。喷淋层在脱硫塔内覆盖率为

 

式中 а为覆盖率，%；n为单层喷嘴个数；A₀为单个喷嘴的覆盖面积，m²；

A为吸收塔的截面积，m²。

    工程设计时通常要求塔内喷淋覆盖率为200％～300％，且覆盖比较均匀。进行喷淋层间距选择时还必须要考虑喷嘴液流与母管、支管和支撑的碰撞对覆盖率的影响。

    在本次设计中喷嘴采用矩阵式布置方法，其喷淋盘母管和支管管径的布置如下图所示