火电厂吸收塔的设计与研究

钟天东

摘 要：随着我国工业的不断发展，城市化的不断推进，整个社会对于电力的需求量越来越大，电力已经成为社会发展所必需的动力能源。但当前由于技术水平以及能源总量的限制，世界范围内主要使用煤炭进行火力发电。因此电厂的湿法烟气脱硫技术是电厂正常运转的重要技术，在此技术中，吸收塔的优化设计研究是当前人们比较关注的问题。因此，作者通过参考电力工厂方面的吸收塔优化文献，以及总结此方面存在的一些问题，将重点介绍吸收塔优化控制问题。

关键词：板式吸收塔；优化设计；防腐设计

引言

当前社会，各国的发展都受制于能源的限制。我国是一个地广人多的国家，我国的国土资源面积十分广阔，但我国的资源总量却不足，因此，我国的发展主要受到能源重量的限制，这对于我国的社会进步起着极大的阻碍作用。能源和环境是制约当前我国发展的两大问题，尤其是我国工业主要用电量大，并且我国电厂发电主要使用煤炭进行发电，因此，由于技术原因，这种使用煤炭发电的技术对于环境的破坏极大。如何有效的解决这两大问题，如何减小电厂发电对于环境的破坏程度是我国研究的主要问题，也是目前我国迫切需要解决的问题。我国的主要使用能源是煤炭资源，在目前为止，使用煤炭资源及进行发电是很难进行改变的，这一方面受制于资源的采集，另一方面主要是使用其他资源进行发电的技术还不成熟，还不能大量推广，而且使用其他资源进行发电的效率不高，资源浪费量比较大。因此，在不可改变当前我国主要还是使用煤炭资源的现状，我们的研究重点主要放在优化煤炭火力发电的技术上，其中的吸收塔优化是文章主要的讲解重点。

1 吸收塔简介

吸收塔是实现吸收操作的设备。按气液相接触形态分为三类。第一类是气体以气泡形态分散在液相中的板式塔、鼓泡吸收塔、搅拌鼓泡吸收塔；第二类是液体以液滴状分散在气相中的喷射器、文氏管、喷雾塔；第三类为液体以膜状运动与气相进行接触的填料吸收塔和降膜吸收塔。塔内气液两相的流动方式可以逆流也可并流。通常采用逆流操作，吸收剂以塔顶加入自上而下流动，与从下向上流动的气体接触，吸收了吸收质的液体从塔底排出，净化后的气体从塔顶排出。工业吸收塔应具备以下基本要求：（1）塔内气体与液体应有足够的接触面积和接触时间。（2）气液两相应具有强烈扰动，减少传质阻力，提高吸收效率。（3）操作范围宽，运行稳定。（4）设备阻力小，能耗低。（5）具有足够的机械强度和耐腐蚀能力。（6）结构简单、便于制造和检修。吸收塔（absorption tower）用以进行吸收操作的塔器。利用气体混合物在液体吸收剂中溶解度的不同，使易溶的组分溶于吸收剂中，并与其他组分分离的过程称为吸收。操作时，从塔顶喷淋的液体吸收剂与由塔底上升的气体混合物在塔中各层填料或塔盘上密切接触，以便進行吸收。伴有化学反应的吸收叫化学吸收。按吸收时气液作用方式吸收塔可分为表面式、膜式、喷淋式和鼓泡式等。

2 吸收塔的设计类型

吸收塔是煤炭资源火力发电中湿法烟气脱硫技术的关键，我们建造设计吸收塔的最终目标是为了大面积吸收二氧化硫的液体，减少煤炭燃烧废气排放对于大气环境的污染。而吸收塔的优化设计目标主要是为了降低节约成本，加强吸收塔对于二氧化硫废气的吸收程度。当前我国由于地处环境不同，因此南方与北方，东部与西部之间的发电厂吸收塔的设计类型存在不同，作者总结我国的吸收塔设计类型，发现主要有以下几种。

2.1 填料塔

它由外壳、填料、填料支承、液体分布器、中间支承和再分布器、气体和液体进出口接管等部件组成，塔外壳多采用金属材料，也可用塑料制造。

填料是填料塔的核心，它提供了塔内气液两相的接触面，填料与塔的结构决定了塔的性能。填料必须具备较大的比表面，有较高的空隙率、良好的润湿性、耐腐蚀、一定的机械强度、密度小、价格低廉等。常用的填料有拉西环、鲍尔环、弧鞍形和矩鞍形填料，20世纪80年代后开发的新型填料如QH-1型扁环填料、八四内弧环、刺猬形填料、金属板状填料、规整板波纹填料、格栅填料等，为先进的填料塔设计提供了基础。

填料塔适用于快速和瞬间反应的吸收过程，多用于气体的净化。该塔结构简单，易于用耐腐蚀材料制作，气液接触面积大，接触时间长，气量变化时塔的适应性强，塔阻力小，压力损失为300～700Pa，与板式塔相比处理风量小，空塔气速通常为0.5～1.2m/s，气速过大会形成液泛，喷淋密度6～8m3/（m2·h）以保证填料润湿，液气比控制在2～10L/m3。填料塔不宜处理含尘量较大的烟气，设计时应克服塔内气液分布不均的问题。

2.2 湍球塔

它是填料塔的一种特殊形式，运行时塔内填料处于运动状态，以强化吸收过程。在塔内栅板间放置一定数量的轻质小球填料（直径29～38mm），吸收剂自塔顶喷下，湿润小球表面，气体从塔底进入，小球被吹起湍动旋转，由于气、液、固三相充分接触，小球表面液膜不断更新，增加了吸收推动力，提高了吸收效率。

该塔制造、安装、维修较方便，可以用大小、质量不同的小球改变操作范围。该塔处理风量较大，空塔气速1.5～6.0m/s，喷淋密度20～110m3/（m2·h），压力损失1500～3800Pa，而且还可处理含尘气体。其缺点是塑料小球不能承受高温，小球易裂（一般0.5～1年），需经常更换，成本高。

2.3 板式塔

板式塔是在塔内装有一层层的塔板，液体从塔顶进入。气体从塔底进入，气液的传质、传热过程是在各个塔板上进行。板式塔种类很多。大致可分为二类：一类是降液管式，如泡罩塔、筛孔板塔、浮阀塔、S形单向流板塔、舌形板塔、浮动喷射塔等；另一类是穿流式板塔，如穿流栅孔板塔（淋降板塔）、波纹穿流板塔、菱形斜孔板塔、短管穿流板塔等。

2.4 喷淋空塔

喷淋塔的主题设计主要有两种，圆形或者矩形状的。这种喷淋塔的设计通常情况下烟气是由底部进入塔内，然后上流。在这种塔的顶端一般会配置喷淋管网，往下喷水，水珠接触二氧化硫气体，起到净化的作用。

3 吸收塔的优化设计

前文以及提及，由于受我国资源总量的限制，我国的煤炭发电技术存在的问题，使得使用煤炭资源进行发电造成的环境破坏问题十分严重，因此，优化吸收塔的设计，解决煤炭发电过程中吸收塔的废气排放问题是當前我们研究学者主要的研究问题。吸收塔的优化设计前提是保证性能方面的正常使用，主要有脱硫效率不低于95%，除尘效率不低于80%，以及电耗，装置运载连续工作七天的电量总消耗平均值不超过3600KWH/H，FGD连续装载运行七天的石灰石粉消耗总量平均值不超过3.27吨每小时，FGD连续装载运行七天的水量消耗总量平均值不超过30.6吨每小时。

3.1 优化塔的防腐设计优化

吸收塔的设计材料根据各地区的不同主要建筑材材料也不相同，但是主要使用的还是混凝土和钢铁建造，因此，对于吸收塔的防腐设计优化是必须要的。我们对吸收塔的主体脚手架从上到下进行喷砂，喷砂结束后带清扫干净后再涂抹刷漆。

3.2 吸收塔内部入口水平烟道设计

吸收塔的烟道布置主要在吸收塔液的上部和塔体吸收的下部之间，这一部位是高温区，也是与下落浆液的第一接触区域。因此，这一区域如果把烟道设置成水平形状，将有利于防止在烟道内堆积沉淀物、有减少压损体积、有使进入烟道内的气体平均分布，能够快速及时排除。

3.3 工程项目氧化形式的优化

由于吸收塔液位较高，为了降低吸收塔的建造成本，在设计时可是对工程进行氧化形式优化。比如讲氧化空气喷枪设计优化成氧化空气布局管，这样有利于节约设备的建造成本，又可以达到我们预期的脱硫效率。

4 结束语

随着人们对于环境保护的认识以及关注，使用煤炭资源进行火力发电的环境破坏问题必须得到改善，而改善的首要优化目标是吸收塔的设计优化。因此，我们对于吸收塔的设计优化需要加紧努力，但当前我们研究的吸收塔优化设计还只是存在于理论阶段，现实推广起来还存在许多问题。因此，这就需要我们的研究人员更加努力，争取早日解决使用煤炭进行火力发电造成的环境破坏问题。

参考文献

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