1.设计条件 邯郸热电厂#11 号机组于 1998 年 11 月建成投产,装机容量为 200MW,锅炉最大蒸 发 量 为 670t/h,每台 锅炉 配置 了 两台双室器 电场干式高压静电除尘器,除尘效率 =99%,现进行第二期改造工程,完成脱硫任务. 烟气经电除尘器除尘后的性能参数: 烟气量 66.5 万 m3/h 烟气温度 TS=405.5K 烟尘排放浓度 108.8mg/Nm3 SO2 排放浓度:1920mg/m3 2.设计原则 每台静电除尘器后设计两套脱硫装置并联 烟气的空塔气速一般为 2.4-4.0m/s 的范围内,设计中取 3.3m/s.因为气速太大, 带液会比较严重;气速太小,塔径将很大,不经济,按 3.3m/s 计算,塔径也达到了 5.7 米. 对于这种大塔径的设备,其设计参数计算,运行经验都是难以找到的.怎么办? 笔者认为前人的成功经验是可以借鉴的.如旋风分离器的通常直径 1,2 米为好,最大 不要超过 2 米.那么塔径 2 米为上限.采用分层法,即把直径 5.7 米的塔,以 2

  时不带水.除雾器采用角钢制成的折板除雾器,两角钢间水平距离取 50mm,可保证不 至于发生堵塞的危险.同时由于塔径太大,为保证角钢的强度要求,故将塔截面分 块,将角钢分别安装于各块中.设计流程简图如下:

  该设计方案与应用于大型设备的其它方案的优缺点的比较: 1)科学性 该设备与直接采用 5.7m 的普通旋流板塔的直径相比较: 处理效果明显优于普通旋流板塔.因为 5.7m 的普通旋流板的直径远远超过旋风分 离器的允许直径——2m,并且运行中还存在着气流分布不均匀的问题,需布设一个气 流分布均匀装置,同时,由于叶片过长,水膜不能在叶片上均匀分布,例如,假设水 膜直达到叶片的 2/3 处,外端的 1/3 部分不能与水接触,由于流道面积越来越宽,因而 不能与水膜接触到的气流流量可达 1/2 强,从而严重影响了脱硫效果,直径 2.4m 的塔 实践已证明了这一观点. 该设备与采用多层旋流板或多层喷淋装置相比较: 处理效果明显强于后者.由笔者的实践经验和理论常识可知,采用不同的传质机理 组合的工艺流程,其处理效果要明显优于同种机理组合的工艺流程. 设计中有关尺寸均按已有设计中的最佳尺寸或允许尺寸取值,具有科学性. 2.经济性: 该设备与采用多个 2m 直径的旋流板相比较:为了达到相同的处理能力,需设置 2m 的旋流板塔 8 个,取流速为 3.3m/s,这将大大增加投资费用,增加设备占地面积和运 行费用,造成不必要的浪费. 3.实用性 这种放大了的旋流板塔不仅用于电站脱硫工程,而且是一种大型气固液三相传质 的好设备,它可应用于化工,冶金等行业,为传质工程增添了新的,大型化的设备类 型. 笔者所做的工作仅仅是从理论上论证了旋流板塔在大型处理设备中应用的可行性, 还没有经过时间的检验,其操作的可行性和稳定性还有待进一步的考证.由于笔者的 水平有限,因此在设计中可能存在的欠妥之处,希望广大读者提出宝贵意见,以便及 时改正.

  计 计 算 公 式,然后由内向外,逐一设计三个塔层.具体设计过程此处从略,仅将计算

  按照上述三个设计原则.参考旋流板塔设计有关资料.现将有关设计及主要 结果叙述如下: 选择空塔气速 3.3m/s.由总气量可求出总塔径为 5.7m.取内层塔径为 2m,盲板直 径为塔径的 1/4 左右,故取为 0.5m,首先粗算应分层数,根据每层塔体叶片近似相 等原则,所以共需(5.7-2)/21=2.85,已考虑到溢流堰和盲板的长度,故取 3 层塔壁, 由内到外分别称之为 1,2,3 层塔. 首先计算第 1 层塔的尺寸.根据等流速原则和等开孔率原则,所以存在 各层气量之比等于各层流通面积,也等于各层总面积之比.由此可求出第 1 层气量为 3.69 万 m3/h,由相关公式: 1, 叶片长度计算公式 dx=10√v√rv 式中:dx—叶片长度 m rv—气相重度 kg/m3 v—气量 m3 流通面积计算公式 A0=Aa(sinα(2×m×ζ)÷(∏(dxdm))) Aa=∏/4×(dx2 dm2) 式中: A0— 气体流通截面积 m2 α — 仰角° m — 叶片数, 块 ζ— 叶片厚度 mm 2, 开孔率计算公式

  我国是一个能源结构以燃煤为主的国家.大气污染属煤烟型,烟气中大量的 SO2 对 大气造成了严重的污染,致使我国酸雨逐年加重,酸雨面积不断扩大,其覆盖面积已 达国土面积的 30%.为了控制大气中 SO2 的含量应严格控制产生 SO2 污染的主要来源— 电站的 SO2 的排放.目前,国内对于中小型电站的烟气脱硫已有一些进展,对于大型电 站的烟气处理尚处于不成熟阶段.但随着国家将逐渐取缔小型电站,大中型电站的烟 气处理成为急待解决的问题. 对于电站烟气处理,国内采用的工艺流程之一是文丘里加旋流板,而国外多采用 文丘里加喷淋等.考虑到不同传质机理的脱硫组合效果更佳,笔者提出了文丘里加旋 流板加喷淋的设想,该工艺在山西,广西,海南等地的锅炉和小型电站有成功的应用 实例.旋流板是我国自行研究成功的一种喷射型塔板,这种板型由于开孔率较大,允 许气流高速通过,因此处理能力较大,而压降较小,操作弹性亦较大.同时,它不仅 可以脱硫,还起到气体分布均匀的作用.工艺流程中采用旋流板,可以省去一个气体 分布均匀装置,还可以提高脱硫除尘效率.但是应用于大型设备的实际工艺流程中, 往往因设备的放大,导致了严重失真的尴尬境地,严重影响了脱硫除尘效果.为了使 旋流板可以不失真的应用于大型设备,对于旋流板的设计与研究,是一个新的课题, 很值得研究.现以邯郸热电厂大型机组烟气脱硫为例,简述一下我们的研究成果.

  由计算结果可知,完全可以达到预期的要求,从而达到了较高的脱硫效率和气体 分布均匀的目的.该设计中的其他装置,还包括淋洒器和除雾器,以及副塔.简单设 计过程如下:由于塔径很大,达到了 5.7m,为保证塔内不存在喷淋不到的盲区,从而保 证洗涤效果,须设计一组淋洒器,淋洒器的分布位置根据几何布图法来确定.本设计 选择冲击式淋洒器,由于冲击式淋洒器的喷洒半径一般为 2m,故为保证安全,每个喷 洒器的喷洒直径 d0 可取 2.85m, 故可作塔体的内接六边形,并加上设置了中心的一个 喷头,共需七个喷头,可满足要求.除雾器和副塔的作用是除去水雾,以使风机运行

  米直径为一单元,将 5.7 米的直径分为 n 个单元,再按照等开孔率,等流速,等距离 的原则,使气体流动的降压相等,不走短路,而达到高效除尘脱硫的目的.近似相等 的原则:根据叶片长度,先假设内层旋流板盲板直径为 500mm,盲板尺寸一般为塔径的 1/4 左右.内层塔径 2000mm,该直径是旋风除尘器设计的允许最大直径,可保证较好 脱硫效果,以塔径 2000mm 为一单元,直径为 5700mm 的塔径,共需多少层呢?共需层 数为 2.85 层,考虑每层旋流板要设置盲板与溢流堰,所以层数取 3 层即可达到要求, 即除去外层塔壁后,再加设 2 层筒壁. 随后进行三层塔层的设计计算.为保证烟气的处理效率,气流应能在 5.7 米的塔 内分布均匀,不走偏流,因此必须保证通过三个塔层的旋流板的压强降相等,为达到 此目的在设计中应使三层旋流板的开孔率保持一致,并选择相等的气速.我们称之为 等开孔率原则和等速原则,而气速的大小的选择,前文已论述,在保证夹带 液量和气流阻力降较小的条件下 ,尽可能取较高气速,使设备尽量小,取得最佳的经 济效果.为了使通过旋流板的气体与筒壁碰撞时能尽可能的高效,等效,进而使脱硫 达到最佳效果,设计过程中取三层的叶片长度近似相等,并以此来作为设计塔层尺寸 的基本依据,通过多次试算求出符合要求的塔层总体尺寸,我们称之为近似等叶片 距离原则.以上三原则,便是本设计的关键与精髓所在,正是基于以上三条原则的 设计,才保证了旋流板能在大型脱硫设备中得以高效的应用.

  以邯郸热电厂大型机组烟气脱硫为例,分析了旋流板在大型设备中应用的可行 脱硫,旋流板,大型化 性与经济性,论述了旋流板大型化设计的原理与方法.