湿法脱硫除雾器设计

2013-07-12 xinhaihb
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除雾器是脱硫系统中的关键设备,其性能直接影响到湿法洗涤烟气脱硫系统能否连续可靠运行。除雾器故障不仅会造成脱硫系统的停运,甚至可能导致整个机组(系统) 停机。因此,科学合理地设计、使用除雾器对保证湿法洗涤烟气脱硫系统的正常运行有着非常重要的意义。

1、除雾器的基本原理
  当带有液滴的烟气进入除雾器通道时,由于流线的偏折,在惯性力的作用下实现气液分离,部分液滴撞击在除雾器叶片上被捕集下来(如图1 所
示) 。
图1  除雾器工作原理

   除雾器的捕集效率随气流速度的增加而增加,这是由于流速高,作用于液滴上的惯性力大,有利于气液的分离。但是,流速的增加将造成系统阻力增加,使得能耗增加。同时流速的增加有一定的限度,流速过高会造成二次带水,从而降低除雾效率。通常将通过除雾器断面的最高且又不致二次带水时的烟气流速定义为临界气流速度,该速度与除雾器结构、系统带水负荷、气流方向、除雾器布置方式等因素有关。计算临界气流速度的经验公式很多,其中较为简单实用的公式为:Ugk = Kc (ρw - ρg) /ρg式中Ugk 为除雾器断面最优临界流速,m/ s ; Kc 为系数,由除雾器结构确定,通常取0. 107~0. 305 ; ρw 为液体密度,kg/ m3 ; ρg 为烟气密度,kg/ m3 。
2 除雾器的组成
   脱硫系统中的除雾器通常由2 部分组成,即除雾器本体及冲洗系统(见图2) 。
图2  脱硫除雾系统

2. 1  除雾器本体
   除雾器本体由除雾器叶片、卡具、夹具、支架等按一定的结构形成组装而成。其作用是捕集烟气吕中的液滴及少量的粉尘,减少烟气带水,防止风机振动。
   除雾器布置形式通常有:水平型、人字型、V 字型、组合型等(如图3 所示) 大型脱硫吸收塔中多采用人字型布置,V 字型布置或组合型布置(如菱形、X型) 。吸收塔出口水平段上采用水平型布置。
图3  除雾器布置形式

   除雾器叶片是组成除雾器的最基本、最重要的元件,其性能的优劣对整个除雾系统的运行有着至关重要的影响。除雾器叶片通常由高分子材料(如聚丙稀、FRP 等) 或不锈钢(如317L) 2 大类材料制作而成。除雾器叶片种类繁多(如图4 所示) 。按几何形状可分为折线型(a 、d) 和流线型(b、c) ,按结构特征可分为2 通道叶片和3 通道叶片。
图4  几种结构形式的除雾器叶片
 
   以上各类结构的除雾器叶片各具特点。a 型叶片结构简单,加工制作方便,易冲洗,适用于各种材质;b、c 型叶片临界流速较高,易清洗,目前在大型脱硫设备中使用较多;d 型叶片除雾效率高,但清洗困难,使用场合受限制。
2. 2  除雾器冲洗系统
   除雾器冲洗系统主要由冲洗喷嘴、冲洗泵、管路、阀门、压力仪表及电气控制部分组成。其作用是定期冲洗由除雾器叶片捕集的液滴、粉尘,保持叶片表面清洁(有些情况下起保持叶片表面的潮湿的作用) ,防止叶片结垢和堵塞,维持系统正常运行。由于单面冲洗布置形式在一般情况下无法对除雾器叶片表面进行全面有效地清洗,特定条件下可在最后一级除雾器上采用单面冲洗的布置方式,但根据国内外脱硫除雾器的运行经验,采用单面冲洗布置有可能存在隐患。因此,除雾器应尽可能采用双面冲洗的布置形式。除雾器喷嘴冲洗是除雾器冲洗系统中最重要的执行部件。国内外除雾器冲洗嘴一般均采用的是实心锥喷嘴。考核喷嘴性能的重要指标是喷嘴的扩散角与呀射断面上水量分布的均匀程度。冲洗喷嘴的扩散角越大,喷射覆盖面积相对就越大,但其执行无效冲洗的比例也随之增加。喷嘴的扩散角越小,覆盖整个除雾器断面所需的喷嘴数量就越多。喷嘴扩散角的大小主要取决于喷嘴的结构,与喷射压力也有一定的关系,在一定条件下压力升高,扩散角加大。喷嘴扩散通常设定在75°~90°范围内。
3  除雾器的主要性能、设计参数
(1) 除雾效率
指除雾器在单位时间内捕集到的液滴质量与进入除雾器液滴质量的比值。除雾效率是考核除雾器性能的关键指标。影响除雾效率的因素很多,主要包括:烟气流速、通过除雾器断面气流分布的均匀性、叶片结构、叶片之间的距离及除雾器布置形式等。
(2) 系统压力降
指烟气通过除雾器通道时所产生的压力损失,系统压力降越大,能耗就越高。除雾系统压降的大小主要与烟气流速、叶片结构、叶片间距及烟气带水负荷等因素有关。当除雾器叶片上
结垢严重时系统压力降会明显提高,所以通过监测压力降的变化有助把握系统的状行状态,及时发现问题,并进行处理。
(3) 烟气流速
通过除雾器断面的烟气流速过高或过低都不利于除雾器的正常运行,烟气流速过高易造成烟气二次带水,从而降低除雾效率,同时流速高系统阻力大,能耗高。通过除雾器断面的流速过低,不利于气液分离,同样不利于提高除雾效率。此外设计的流速低,吸收塔断面尺寸就会加大,投资也随之增加。设计烟气流速应接近于临界流速。根据不同除雾器叶片结构及布置形式,设计流速一般选定在3. 5~5. 5m/ s 之间。
(4) 除雾器叶片间距
除雾器叶片间距的选取对保证除雾效率,维持除雾系统稳定运行至关重要。叶片间距大,除雾效率低,烟气带水严重,易造成风机故障,导致整个系统非正常停运。叶片间距选取过小,除加大能耗外,冲洗的效果也有所下降,叶片上易结垢、堵塞,最终也会造成系统停运。叶片间距根据系统烟气特征(流速、SO2 含量、带水负荷、粉尘浓度等) 、吸收剂利用率、叶片结构等综合因素进行选取。叶片间距一般设计在20~95mm。目前脱硫系统中最常用的除雾器叶片间距大多在30~50mm。
(5) 除雾器冲洗水压
除雾器水压一般根据冲洗喷嘴的特征及喷嘴与除雾器之间的距离等因素确定(喷嘴与除雾器之间距离一般≤1m) ,冲洗水压低时,冲洗效果差,冲洗水压过高则易增加烟气带水,同时降低叶片使用寿命。一般情况下,第二级除雾器之间,每级除雾器正面(正对气流方向) 与背面的冲洗压力都不相同,第1 级除雾器的冲洗水压高于第2 级除雾器,除雾器正面的水压应控制在2. 5 ×105Pa 以内,除雾器背面的冲洗水压应> 1. 0 ×105Pa ,具体的数值需根据工程的实际情况确定。
(6) 除雾器冲洗水量
选择除雾器冲水量除了需满足除雾器自身的要求外,还需考虑系统水平衡的要求,有些条件下需采用大水量短时间冲洗,有时则采用小水量长时间冲洗,具体冲水量需由工况条件确定,一般情况下除雾器断面上瞬时冲洗耗水量约为1~4m3/ m2·h。
(7) 冲洗覆盖率
冲洗覆盖率是指冲洗水对除雾器断面的覆盖程度。冲洗覆盖率% = nπh2 tg2αA×100 %
式中n 为喷嘴数量;α为喷射扩散角; A 为除雾器有效通流面积,m2 ; h 为冲洗喷嘴距除雾器表面的垂直距离,m。根据不同工况条件,冲洗覆盖率一般可以选在100 %~300 %之间。
(8) 除雾器冲洗周期
冲洗周期是指除雾器每次冲洗的时间间隔。由于除雾器冲洗期间会导致烟气带水量加大(一般为不冲洗时的3~5 倍) 。所以冲洗不宜过于频繁,但也不能间隔太长,否则易产生结垢现象,除雾器的冲洗周期主要根据烟气特征及吸收剂确定,一般以不超过2h 为宜。