双接触式液柱塔压力特性研究

方立军，常艳超，武 生，胡月龙

（华北电力大学 能源动力与机械工程学院，河北 保定 071003）

双接触式液柱塔压力特性研究

方立军，常艳超，武 生，胡月龙

（华北电力大学 能源动力与机械工程学院，河北 保定 071003）

通过对双接触式液柱塔塔内床层压降进行试验研究，回归了液柱塔干阻压力损失计算公式。分析了不同管道布置情况下液柱塔床层压降特性，发现床层压降随着液气比的增大而增大，烟气流量增大对塔体雾化床层高度具有一定推动作用。相同液气比和相同液柱塔高下，床层压降随着喷嘴数量的增加而增大。

双接触；液柱塔；床层压降；液气比

0 引言

在湿法烟气脱硫技术中，双接触式液柱喷射烟气脱硫是最先进的一种，具有气液交融更强烈、效率更高、处理量大、易控制和成本低等特点。

方立军［1］等提出双接触式液柱塔雾化过程由撞击雾化和碰壁雾化组成，分析了这两个过程的雾化机理，并对雾化高度理论公式进行了修正，修正之后的理论值和实际值基本吻合。万伟［2］对双接触式液柱塔液滴粒径分布进行了试验研究，基于试验液滴部分特征尺寸提出了利用最大熵理论对液滴粒径进行预估，预估与试验数据符合较好。何苏浩［3］对下落液滴对SO2吸收进行了试验和模拟，试验结果表明，表面更新作用对于低浓度的强碱的吸收有显著影响。浙江大学研究开发了液柱冲击烟气脱硫技术，即在液柱塔上部增加设置挡板撞击破碎脱硫浆液柱，将浆液雾化为细小液滴，增大气液接触面积，提高烟气脱硫效率。并利用PIV技术研究了液柱冲击塔内操作参数对液滴尺寸及运动状态的影响，认为液滴雾化粒径遵循 Rosin-Rammler分布［4，5］。

对于双接触式液柱塔的研究，前人进行的理论分析以及试验大多集中在液柱塔的雾化机理以及传质吸收部分，而对床层压降则较少涉及。而床层压降是双接触液柱塔气液两相流雾化研究的重要流动特性参数，也是工程应用中主要设计参数之一，涉及到对脱硫风机的选取和整个脱硫系统的性能评估［6］。本文通过对双接触液柱塔试验研究，分析管道布置、烟气流速、液气比对液柱塔床层压降的影响。

1 实验系统

试验系统如图1。液柱射流塔高为1 750 mm，底截面为长方形，尺寸为120×100 mm2。分别在距离塔底330 mm以及355 mm的位置错列布置3列与4列管径为0.01 m的有机玻璃管，每只管子上面布置5个喷嘴。废水收集部分是一个500×500×500 mm3的有机玻璃方盒，其底部分别连出两个管道用于水量的排出，保证液面的平稳，阻碍气流流出反应塔，从而保证参加反应的空气流量与气体流量计读数相吻合。

试验过程中，三种管道布置方式如图2所示。试验采用微压计对双接触式液柱塔塔体压力进行测定，依次在液柱塔塔体从下至上530 mm，630 mm，730 mm，830 mm，930 mm，1 030 mm，1 130 mm，1 230 mm，1 330 mm处开9个测孔。

2 试验结果和分析

2.1 无液柱射流时液柱塔床层压降

图3是无液柱射流时液柱塔的床层压降。

图3 无液柱射流时液柱塔床层压降Fig.3 Pressure dropof liquid-column tower without jet

由图3可以看出，不同烟气速度下，液柱塔的阻力损失也不同，当烟气速度为3.5 m／s时，液柱塔阻力损失为6 Pa，液柱塔阻力损失随着烟气流速的增大而增大。当气体速度达到14.7 m／s时，阻力损失为15 Pa。根据液柱塔塔体结构，将液柱塔看作一个内部光滑的直管。由流体力学计算公式可得

将式 （1）代入试验数据，计算ζ＝0.054 2，因此双接触式液柱塔干阻压力损失计算公式为

2.2 液柱射流时床层压降

2.2.1 喷嘴数量为15时液柱塔床层压降

喷嘴布置方式如图2（a）所示，以距离塔底部330 mm处布置三组管径为10 mm的有机玻璃管，其中每两管之间距离20 mm，两侧管分别距离塔壁30 mm，管上分别布置5个喷嘴，其距离分布为15 mm，20 mm，20 mm，20 mm，20 mm，35 mm。其床层压降变化趋势如图4。

从图4可以看出，不同液气比下，液柱塔床层压降也不同，随着液气比增大，液柱塔床层压降也增大。床层压降变化的主要原因在于气液之间剧烈的湍流作用，上升过程中其速度逐渐减小，由压力速度关系式p1v1＝p2v2可知塔内混合物的运动速度减小，则压强呈现增大状态。液柱塔床层压降在某一高度急剧增大，这与试验观察到的液柱塔雾化床层高度相吻合。因此这一高度正是液柱达到最高点开始雾化时的床层高度。当气流量从100 m3／h增大到150 m3／h，发现液柱塔的雾化床层高度升高，产生这一现象的原因是气流量增大对液柱塔塔体雾化床层高度具有一定的推动作用造成的。

2.2.2 喷嘴数量为20时液柱塔床层压降

喷嘴布置如图2（b）所示。距离塔底部355 mm处布置4组管径为10 mm的有机玻璃管，每两管之间距离20 mm，管上分别布置5个喷嘴，其距离分布为35 mm，20 mm，20 mm，20 mm，20 mm，15 mm。按照设计工况其床层压降变化趋势如图5。

对比图5（a）和图4（a）两图，可以发现相同液气比和相同液柱塔高下，床层压降随着喷嘴数量的增加而增大。如液气比qL／qg＝0.003，液柱塔高为630 mm，喷嘴数量为15个时，床层压降为22 Pa；当喷嘴数量为20个时，床层压降增大到32 Pa。同样当液气比qL／qg＝0.002，液柱塔高为830 mm，床层压降由喷嘴数量为15个时的25 Pa，增大到喷嘴数量为20个时的37 Pa。液气比增加，实质是烟气气体速度相对减小。液体动量相对增加，气液碰撞形成的湍动减弱。与图4相比，图5同样出现了雾化床层高度随着气流量增大而增高的情况，这也是气流增大对雾化床层高度推动作用造成的。

2.2.3 喷嘴数量为35时液柱塔床层压降

喷嘴布置如图2（c）所示。以距离塔底部355 mm及330 mm处，分别布置3组及4组管径为10mm的有机玻璃管 （如图6）。

在图6中可以发现随着喷嘴数目增多，同一液柱塔高度的床层压降进一步增大，液气比qL／qg＝0.003时，液柱塔塔高630 mm处的床层压降增大至37 Pa。通过图6（a）、（b）两图发现床层压降曲线呈现了三个区间：缓慢增长区间、急速增长区间和稳定区间。与前两种管道布置情况不同的是，在床层曲线急速上升区间后，出现一个稳定区间。原因在于喷嘴数目的增加，不仅增大了喷液的范围，而且不可避免的在塔体内部增加了障碍，阻碍了气流通过。

综上三种管道布置情况下的床层压降试验，可以发现同一液柱塔高度的床层压降增大，可以通过增大喷嘴数量来实现。同时喷嘴数目增多，更容易在较低的液柱塔高度下实现射流雾化。

3 结论

（1）发现液柱塔干阻压力损失，随着烟气流速增加而增大。回归了无液柱射流时液柱塔干阻压力损失计算公式。

（2）分析了不同喷嘴组合下液柱塔床层压降特性，发现床层压降随着液气比的增大而增大。气流对塔体雾化床层高度具有一定推动作用。相同液气比和相同液柱塔高下，床层压降随着喷嘴数量的增加而增大。

（3）液柱塔床层压降与喷嘴数目有关，当喷嘴数量增加到一定时，床层压降曲线会出现稳定区间。

［1］方立军，常艳超，胡月龙，等.液柱塔雾化特性研究［J］.电力科学与工程，2012，28 （2）：46-50.

Fang Lijun，Chang Yanchao，Hu Yuelong，et al.Study on atomization performance of liquid column tower［J］.Electric Power Science and Engineering，2012，28 （2）：46-50.

［2］万玮.液柱式湿法烟气脱硫系统中液柱喷射性能研究［D］.北京：清华大学，2003.

［3］何苏浩.下落碱性液滴对酸性气体吸收的试验与建模［D］.北京：清华大学，2002.

［4］程峰.液柱冲击塔湿法烟气脱硫的试验与理论 ［D］.杭州：浙江大学，2005.

［5］王君，高翔，郭瑞堂，等.液柱冲击塔雾化特性的试验研究 ［J］.热能动力工程，2006，21 （3）：275-278，282.

Wang Jun，Gao Xiang，Guo Ruitang，et al.Experimental study of the atomization characteristics of a liquid-column Impingement tower ［J］.Journal of Engineering for Thermal Energy and Power，2006，21 （3）：275-278，282.

［6］Thomas W，Wadie F Gohara.Experimental approach and techniques for the evaluation of wet flue gas desulfurization scrubber［J］.Chemical Engineering Science，1994，49 （24A）：4667-4679.

Pressure Characteristics of Double-contact Liquid Column Tower

Fang Lijun，Chang Yanchao，Wu Sheng，Hu Yuelong
（School of Energy Power and Mechanical Engineering，North China Electric Power University，Baoding 071003，China）

Dry resistive pressure loss formula of liquid-column tower is complied by studying bed pressure dropin the dual-contact liquid-column tower through test.It analysed pressure dropcharacteristics of the liquid-column tower bed under the condition of different piping arrangement，found that the pressure dropincreases as the liquid-gas ratio increases.To a certain extent，the increase of flue gas flow rate plays a promoting role on the height of the spray bed of tower body.Under the conditions of the same liquid-gas ratio and the same height of the liquid-column tower，the bed pressure dropincreases as the number of nozzles increases.

double contact；liquid-column tower；pressure drop；liquid-gas ratio

T M621.9

A

2012－05－23。

中央高校基本科研业务费专项基金项目 （916021106）。

方立军 （1971-），男，副教授，研究方向为大气污染物控制和洁净煤技术，通信作者常艳超，E-mail：changyanchao12345＠163.com。