湿法烟气脱硫塔湍流提效装置的阻力特性研究

摘 要：随着烟气排放标准的提高，现有的湿法脱硫系统需要进行提效改造。该文试验研究了脱硫塔湍流提效装置的阻力特性，探讨了气流速度、液气比、湍流装置结构参数对湍流装置阻力特性的影响。实验结果表明，随着气流速度和液气比的提高，湍流层阻力增加，而随着水平间距和垂直间距的增加，阻力有所下降。在试验条件下，湍流装置的阻力可控制在600Pa以下。

关键词：湿法烟气脱硫 湍流装置 阻力 试验研究

中图分类号：X701.3 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）09（a）-0085-03

20世纪70年代，湿法烟气脱硫装置诞生[1]，但装置本身存在易堵塞等问题，且综合效率低。直到20世纪80年代，日趋严格的排放标准促使了脱硫技术的进一步发展和推广[2]。湿法烟气脱硫的主要工艺方法是石灰石/石膏法[3]，现阶段该技术以其独特的优势得到进一步改善和提高，并得到越来越广泛的应用[4]。

目前，湿法烟气脱硫技术是烟气脱硫工艺中应用比较广泛的脱硫技术[5]。现阶段改善脱硫工艺[6]，提高脱硫效率是主要课题。而塔内阻力是系统的主要因素，其特性研究直接设计系统辅助设备的选型以及系统运行状况[7]。因此，阻力特性的研究对湍流式喷淋塔的设计及运行有很重要的意义[8]。文章采用空气-水介质进行试验，探究烟气脱硫塔中湍流装置阻力特性的影响因素和规律。

1 试验装置及试验内容

1.1 试验装置

试验吸收塔如图1所示，塔直径为1.0 m，总高度为3.4 m，塔内设置有湍流层、5层喷淋及二级除雾器；湍流层由两排圆管交错排列而成，通过设计适当的垂直间距和水平间距来实现气液的湍流。试验时，水从塔体上方五层喷淋层喷下，至塔底集液池；气体从塔体下部烟道进入塔体，在湍流层处与液体逆向流动充分接触，经喷淋层及塔体除雾器后排空。

1.2 测试方法

气流速度采用型号MP120的风速仪进行测定；液体流量采用电磁流量计直接进行控制，每层喷淋布置一台电磁流量计，型号为LDB-100L-H2F012；湍流层上下阻力参数采用U型管压力计及数显压力速度测定仪测量，实验过程对塔内湍流层装置进口、湍流装置出口两个断面的气体压力进行测定。

1.3 试验参数

试验工况参数为：气流速度为2～4.0 m/s，实验流量范围为0～350 m3/h，湍流装置水平和垂直间距为0.08～0.13 m。

2 实验结果与讨论

2.1 气速对阻力特性的影响

喷淋量一定时，改变气流速度，得到气体流速与湍流层压降关系的曲线，同时改变湍流层结构的垂直间距（垂直间距B>A），得到不同的关系曲线。试验结果如图2所示。

由图2可见，液体喷淋量一定时，湍流层压降随着气速的增加而增加。这是因为随着气速的增大，气体分子之间的碰撞加剧，同时气液两相之间的摩擦增大，导致湍流层阻力增大。试验条件下，湍流层阻力最小为110 Pa，随着喷淋量和气流速度的增加，湍流层阻力也随之增大，最大能达到620 Pa；随着液体量的增加，气流速度对湍流层压降的影响较小。液体喷淋量较小时，同时气体流速较小，特别是小于临界气体流速时，湍流层处于稳定状态，气体流速增加，湍流层压降迅速增加；当气体流速大于临界气体流速时，湍流层出现剧烈震动，气体流速对压降影响较小，此时液体的喷淋量是主要因素，故而气体流速增加时，湍流层压降变化不大。

2.2 液气比对阻力特性的影响

气流速度一定时，改变液气比，得到液气比对湍流层压降的影响。同时改变湍流层结构的垂直间距（垂直间距B>A），得到不同的关系曲线。试验结果如图3所示。湍流层阻力最小为110 Pa，最大能达到620 Pa。在气量不变的情况下，液气比增加与喷淋量增加是一样的，这就意味着单位体积内喷淋液体量与湍流层的接触增加，单位体积内湍流层持液量增加，湍流层压降增加。高的气体流速与低的气体流速相比，液气比的增加对湍流层阻力的增幅增加。这主要是因为在液气比相对固定时高的气体流速对应着大的喷淋量，虽然湍流层单位体积内气液接触频繁，但湍流层表面液膜厚度不再变化。在实际的湿法脱硫工艺中，增加液气比确实能增加气液接触，提高脱硫效率，但高液气比意味着阻力更大，增加设备成本。

2.3 水平间距对阻力特性的影响

垂直间距一定，且气流速度及喷淋量一定时，水平间距（水平间距C>B>A）与湍流层阻力的关系。（见图4）

由图4可知，在不同的气速条件下，湍流层阻力随水平间距的变化规律相同。在同一气体流速、液气比条件下，随着水平间距的减小，湍流层的压降增加。湍流层阻力最小为310 Pa，最大能达到720 Pa。这是因为在气体流速、液气比一定时，喷淋层的喷淋量一定，从而湍流层上的持液量一定，随着水平间距或垂直间距的减小，湍流层孔隙率变小，对气流造成的阻力增大，最后表现为湍流层压降增加。

2.4 垂直间距对阻力特性的影响

水平间距一定，且气流速度及喷淋量一定时，得到垂直间距（垂直间距C>B>A）与湍流层阻力的关系。（见图5）

由图5可知，在不同的气速条件下，湍流层阻力随垂直间距的变化规律相同。在同一气体流速、液气比条件下，随着垂直间距的减小，湍流层的压降增加。湍流层阻力最小为260 Pa，最大能达到650 Pa。这是因为在气体流速、液气比一定时，喷淋层的喷淋量一定，从而湍流层上的持液量一定，随着水平间距或垂直间距的减小，湍流层孔隙率变小，对气流造成的阻力增大，最后表现为湍流层压降增加。

3 结语

（1）随着气体流速、液气比的增加，湍流层阻力增加。在喷淋条件下，气体流速对湍流层阻力的影响减弱。

（2）随着垂直间距和水平间距的增加，湍流层孔隙率增加，湍流层阻力降低。

（3）试验条件下，湍流层阻力最小为110 Pa，最大达到730 Pa。通过改变湍流装置结构参数，其阻力可控制在600 Pa以下。

参考文献

[1] 肖辰畅，李彩亭，崔箫，等.湿法烟气脱硫技术存在的问题及对策[J].江苏环境科技，2005，18（1）：7-9.

[2] 王惠挺，钟毅，高翔，等.湿法烟气脱硫筛板式喷淋塔阻力特性的试验研究[J].动力工程，2009，29（11）：1047-1050.

[3] 孔华，高翔，吕同波，等.湍流式湿法除尘脱硫装置试验研究及工业性应用[J].燃烧科学与技术，2001（4）：261-263.

[4] 程峰，高翔，骆仲泱，等.湍流式湿法烟气脱硫除尘技术的试验研究及工程应用[J].热力发电，2002（6）：37-39.

[5] 王淑勤，胡满银，高香林.湍球塔阻力特性的冷态试验研究[J].华北电力大学学报，1997（1）：74-78.

[6] 陆建荣，王助良，刘强，等.多孔球三相流化床流动特性的研究[J].工业锅炉，2006（5）：4-7.

[7] 廖强，陈蓉，朱恂.规则结构多孔填料床两相流动特性实验研究[Z].上海：2002：405-408.

[8] 王雪.基于复合喷动烟气净化工艺的反应塔流动特性研究[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2009.