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旋流板塔大型化的设计与研究陈昭宜谢珊李丹（湖南大学环境工程系，长沙，410082）[内容摘要]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性与经济性，论述了旋流板大型化设计的原理与方法。
[关键词]脱硫、旋流板、大型化一.概述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。
二.设计条件和设计原则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。
1. 一种高效旋流板脱硫除尘器，其特征在于：包括脱硫主筒、脱硫副筒、文丘里、脱硫喷雾器、塔芯柱、旋流板和导液管，所述的脱硫主筒和脱硫副筒之间设有过桥烟道，烟气从脱硫主筒通过过桥烟道进入脱硫副筒，脱硫主筒下端的一侧设有卧式文丘里，另一侧设有水封口；所述的脱硫主筒内的上端设有脱水板，塔芯柱设在脱硫主筒内，塔芯柱与脱硫主筒之间设有二个以上的旋流板，其中旋流板的一端安装在脱硫主筒内壁上，另一端安装在塔芯柱上，塔芯柱的上部设有螺旋倒锥器，便于使烟气能够加速旋转；所述的脱硫主筒外壁设有脱硫环管，所述的脱硫环管分为三层导液管，匈层导液管上均匀设有脱硫喷雾器，脱硫除尘液通过脱硫喷雾器在脱硫主筒内形成水雾。
2. 根据权利要求1所述的一种高效旋流板脱硫除尘器，其特征在于：所述的脱水板呈环状布置，其中湿烟气和脱水板相接触后，在板表面上形成水滴，水在重力作用卜流到脱硫主筒底部水封口的封槽内。
3.根据权利要求1所述的一种高效旋流板脱硫除尘器，其特征在于：所述塔芯柱与脱硫主筒之间设有四个旋流板。
4. 根据权利要求1所述的一种高效旋流板脱硫除尘器，其特征在于：所述的脱硫喷雾器包含10个喷头，所述的喷头增加了喷嘴的开度，在喷嘴前增设圆形花边挡板，水喷射到圆形花边挡板后形成雾状水膜，和烟气充分接触，达到脱硫除尘效果；水泵阻力减小，喷头无堵塞，布水效果好的特点。
5.根据权利要求1所述的一种高效旋流板脱硫除尘器，其特征在于：所述的卧式文丘里由文丘里支架进行支撑，卧式文丘里的上部设有雾化器，所述雾化器的喷头为螺旋喷头。
6. 根据权利要求1所述的一种高效旋流板脱硫除尘器，其特征在于：所述的脱硫主筒上设有平台、检查人孔和扶梯，是对脱硫主筒检查、检修用。
—种高效旋流板脱硫除尘器技术领域[0001] 本发明涉及一种高效旋流板脱硫除尘器，属于脱硫除尘技术领域。
背景技术[0002] 玻璃熔窑烟气处理一殷采用纳碱湿法脱硫，钠碱法脱硫是运用钠咭碱(NaOH或纯碱）溶液作为脱硫剂脱除烟气中的二氧化硫。
旋流除雾板设计计算书一、前言旋流板技术自70年代由浙江大学研究开发以来，该技术已在工业的脱硫、除尘、传质等行业广泛应用，其传质、除雾、除尘效果相当显著，带来了较好经济效益。
本设计DN2200脱硫净氨塔采用2块旋流除雾板对变换气进行气液分离。
二、设计原始参数物料名称：变换气、脱硫液、水塔的内直径：D=2200mm处理气量：V=20500Nm3/h气体组份（%）：CO：26.5 CO2：8.5 CH4：1.5 N2：25 O2：0.5 H2：37.8操作压力：45 kPa (表)操作温度：40℃三、旋流除雾板的计算旋流板有关结构设计参数和符号说明如下；D ——塔的内直径mmD x——旋流除雾板叶片外径mmD m——盲板直径mmβ——径向角（β为负，即叶片外端的钝角朝上，叶片为外向板）（°）α——叶片仰角（°）m——叶片数h z——旋流除雾板罩筒高度mmA o——旋流板的开孔面积m2F o——旋流板的穿孔动能因子kg1/2m1/2s（1）气体重度计算气体平均分子量：M=28×26.5%+44×8.5%+16×1.5%+28×25%+32×0.5+2×37.5%=19.38 标准状态大气压力：P o=0.1MPa(绝)塔内气体压力：P=0.1+0.045=0.145MPa(绝)标准状态大气温度：T o=273 K塔内气体温度：T=273+40=313 K实际气体重度：γ=M22.4(ToT) (PPo) =19.3822.4(273313) (0.1450.1) = 1.094kg/m3（2）气体负荷Vγ计算Vγ=20500 1.094 =21442kg1/2m3/2/h（3）旋流除雾板结构参数选取由于本塔塔径D=2200mm，空塔气速仅为1.22m/s，考虑到除雾效果设计尽量将旋流的盲板直径D m取大值，以便于将气体中的液体旋向塔壁，本设计取D m=1200mm，D x =1800mm，α=25°，m=24片及δ=3mm。
分析旋流板式脱硫塔内部结构设计说明
旋流板式脱硫塔是根据旋风除尘器和水膜除尘器各自除尘特点，进行有机结合后形成的集消烟、脱硫、除尘、尘水分离为一体的消烟除尘专用工艺设备。
根据烟尘性质可选钢制、不锈钢或全塑型，整体属耐腐蚀设备。
喷淋系统采用两级(多级)雾化喷淋，使气液充分接触，净化效率均在95%以上。
旋流板式脱硫塔工作原理
烟气经预脱硫并增湿后再沿塔下部切线方向进入旋流板塔，由于塔板叶片的导向作用而旋转上升，并在塔板上将雾化喷淋层落下的浆液重新喷成几十微米的细雾滴，使气液间接触面积急剧增大(比水膜除尘器的气液接触面积增大几百至上千倍)。
液滴被气流带动旋转，产生的离心力强化气液间的接触，最后甩到塔壁上，沿壁下流。
由于塔内提供了良好的气液接触条件，气体中的SO2被碱性液体吸收(脱硫)的效果好。
旋流板塔由于特殊的内部结构设计，决定了它是一种高效通用型传质设备，具有通量大、压降低、操作弹性宽、不易堵、效率高等优点。
旋流板式脱硫塔特点
1、设备包括静电除烟装置、烟气降温系统和智能控制系统等部分组成。
2、黑烟净化效率可达98%以上，经设备处理后烟尘林格曼黑度接近0级，可直接低空排放。
3、无需添加药剂，无二次污染，运行成本低。
4、设备阻力小，在净化发电机尾气的同时不会损耗发电机输出功率。
5、设备体积小，安装方便，可在机房内安装。
6、设备带自动清灰装置，无需人工维护。
旋流板式脱硫塔应用
1、锅炉脱硫、压铸机、熔炉、冲天炉等烟尘净化;
2、生产性粉尘、有机异味、酸雾吸收净化等有害气体的洗涤净化效率要求较高的场合。
装有旋流板的脱硫喷淋塔流场数值模拟研究刘仲然;卢玫;薄佳燕【摘要】湿法脱硫喷淋塔内流场的分布对脱硫效果有着较大的影响,为解决脱硫塔内流场不均匀性问题,提出一种在脱硫塔内加装旋流板的方法,采用Realizable k-ε 模型、DPM模型进行数值模拟,比较分析内部无旋流板结构的喷淋塔以及塔内分别加装1~3层扰流板且喷淋层采用高位布置的情况.结果表明,无旋流板时,喷淋塔内烟气分布不均匀;加装旋流板后,喷淋塔内烟气流场改善效果明显:塔内横截面烟气速度标准差值从2.375最低可降到1.056.综合分析脱硫场内流场、温度场和压力场,发现加装2层旋流板后塔内流场及温度场分布较为理想,有助于提高脱硫效率.【期刊名称】《能源工程》【年(卷),期】2017(000)005【总页数】6页(P48-53)【关键词】脱硫喷淋塔;旋流板;Realizablek-ε模型;DPM模型;数值模拟【作者】刘仲然;卢玫;薄佳燕【作者单位】上海理工大学能源与动力工程学院热工程研究所,上海 200093;上海理工大学能源与动力工程学院热工程研究所,上海 200093;上海理工大学能源与动力工程学院热工程研究所,上海 200093【正文语种】中文【中图分类】X511湿法脱硫是国内外实际运用比例最高的脱硫工艺，脱硫喷淋塔作为湿法脱硫工程中的核心设备，是火电厂烟气后处理中的主导塔型。
脱硫塔的脱硫效率受脱硫塔内气液两相流动的直接影响[1-2]。
由于工业湿法脱硫塔内的流场较复杂，传统的实验方法在脱硫喷淋塔的研究中，一般只限于某种塔内结构或者某种塔型。
对脱硫喷淋塔应用Fluent等软件通过数值模拟的方法，能更有效地分析其内部的流场及温度场[3-5]。
唐志永等[6]对某型脱硫喷淋塔空塔进行二维模拟，指出塔体形状对流场影响较大。
刘定平等[7]对某型切圆式喷淋塔流场进行数值模拟研究，结果表明喷嘴数量及其位置分布会影响塔内的气流分布状况。
丁开翔等[8]对某型喷淋塔进行数值模拟研究，提出不同淋层布置会对脱硫效果产生较大影响。
旋流板塔大型化的设计与研究陈昭宜谢珊李丹（湖南大学环境工程系，长沙，410082）[内容摘要]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性与经济性，论述了旋流板大型化设计的原理与方法。
[关键词]脱硫、旋流板、大型化一.概述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。
二.设计条件和设计原则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。
旋流板塔大型化的设计与研究陈昭宜谢珊李丹（湖南大学环境工程系，长沙，410082）[内容摘要]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性与经济性，论述了旋流板大型化设计的原理与方法。
[关键词]脱硫、旋流板、大型化一.概述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。
二.设计条件和设计原则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。
科技与创新｜Science and Technology & Innovation2024年第07期DOI：10.15913/ki.kjycx.2024.07.029脱硫塔结构分析与设计优化张佩（沈阳远大环境工程有限公司，辽宁沈阳110027）摘要：以襄垣县诚丰电力有限公司5#炉超低排放改造项目为实际工程背景，建立直排脱硫塔整体结构的三维模型，借助有限元分析软件Midas-Gen对结构进行建模及静力学分析。
分析模拟结果显示，在极限工况载荷组合下，结构最大位移变形发生在钢烟囱顶部，主要是由于塔体增加直排烟囱部分长细比较大，在风载荷作用下结构水平位移比较明显。
在此基础上可以为烟囱部分增加竖筋，增大其挠度以减小变形量。
板壳单元的最大应力部分发生在烟气进口位置，此部位因有大开口易发生应力集中现象。
梁单元的最大弯矩为6.48×107 N·mm，发生在塔内喷淋主支撑梁的中心部分。
关键词：脱硫塔；有限元分析；极限工况；结构优化中图分类号：TU347 文献标志码：A 文章编号：2095-6835（2024）07-0108-03吸收塔为大型薄壁结构，塔体失效的表现形式不是强度不足发生大面积塑性变形或断裂，而是由于压应力而导致局部的失稳[1]。
塔体的大开孔对塔体抗弯、抗震能力削弱很大，开孔边缘处存在应力集中。
在结构设计中，应重点对开孔周围区域进行加强，尽力减小开孔边缘应力集中。
塔体内壁需进行玻璃鳞片防腐，由于玻璃鳞片性质较钢材较脆，塔体发生较大弹性变形时，容易引起鳞片状的龟裂导致脱落，因此避免塔体发生较大的弹性变形亦是设计应考虑的。
笔者运用Midas-Gen软件对吸收塔进行建模和强度、稳定性分析，并在此基础上进行结构优化[2]。
1 吸收塔有限元模型建立1.1 设计条件及几何参数本文以襄垣县诚丰电力有限公司5#炉超低排放改造工程项目为背景，该项目采用直排湿法脱硫塔，塔体直径D=7.5 m，总高约68 m，其中塔体部分高度约39 m，钢烟囱部分约29 m，直径D1=4 m。
脱硫塔结构设计一、脱硫塔结构定性设计1.塔的总体布置如图所示，一般塔底液面高度h1=6-15m；最低喷淋层离入口顶端高度h 2=1.2-4m；最高喷淋层离入口顶端高度h3>=vt；v为空塔速度，m/s，t为时间，s，一般取t>=1.0s；喷淋层之间的间距h4>=1.5-2.5m；除雾器离最近（最高层）喷淋层距离>=1.2m，当最高层喷淋层采用双向喷嘴时，该距离>=3m；除雾器离塔出口烟道下沿距离>=1m。
喷淋区的高度不宜太高，当高度大于6m时，增加高度对于效率的提高并不经济。
喷淋区的烟气速度应与雾滴的滴谱范围相对应。
从理论上讲，约有3%-6%的液滴量被夹带，在冷却区的夹带量大约为0.2%-0.5%与烟气进口的切向流动有关。
2.塔径的确定脱硫塔的传质段的塔径主要取决于塔内传质、气液分布及经济性的考虑。
在喷淋塔内，烟气流速较低时，压降上升幅度小于流速的上升幅度。
随着烟气流速的提高，压力曲线逐渐变陡，直至液泛。
液泛气速接近液滴自由沉降的终端速度，并随着吸收液滴直径的增大而提高。
故喷淋塔设计时，烟气流速的选取应与吸收液液滴直径相匹配，按常规，设计气速应为液泛气速的50%-80%。
由于喷雾型脱硫塔中，气流分布可以“自我校正”均匀，从这个角度看，塔径可以无限大。
但塔的结构设计的经济性和设计难度等影响到塔径的大小，这需作综合分析，必要时分塔。
脱硫塔可设计成等直径塔，也可设计成变直径塔，具体应根据侧搅拌层数和储浆量大小确定。
3.塔底储浆量的确定确定塔底储浆量的基本要素有：最大的SO2负荷，这依赖于进气的SO2浓度及出气所要求的SO2浓度；各部分的浆液pH值；在考虑了可能存在的离子影响（飞尘、石灰石和工艺水）条件下的石灰石实测溶解速率；石膏品质（如粒径大小）的要求。
根据以上要求确定浆液所需停留的名义时间，该时间可由塔底总浆液量除以排石膏浆液量获得。
4.塔入口烟道的设计脱硫塔入口烟气的均匀性直接影响到脱硫塔内烟气分布的均匀性。
脱硫塔旋流板的脱水原理
1.浆液投入旋流板系统：脱硫塔中的石膏浆液通过进料管道进入旋流
板系统中。
进料管道通常位于旋流板系统的中心位置，使浆液能够均匀地
分布到旋流板系统的各个部分。
2.旋流板系统构造：旋流板系统由上方喷口、内套管和旋流板组成。
旋流板通常呈圆形或多边形，其表面有一系列压力喷口。
内套管围绕着旋
流板圆形的边缘位置，并与旋流板保持一定的距离。
内套管和旋流板之间
形成一个环形通道，浆液从喷口进入旋流板系统后，通过这个通道进入旋
流板。
3.旋流作用：进入旋流板的浆液会受到旋流板的顶部喷口的水压喷射，形成高速的旋流。
旋流板的形状和内套管的距离经过设计，使喷口射出的
浆液旋转速度逐渐加快，从而形成旋流加速区。
在旋流加速区，浆液中的
固体颗粒会受到离心力的作用而向外沉降，并集中在旋流板的边缘区域。
4.固液分离：旋流板的底部设计有一个集液箱，通过集液管将旋流板
内的清液排出。
集液箱通常与旋流板的排泥口相连。
当旋流板中的固体颗
粒沉降到一定程度时，会通过排泥口排出脱硫塔旋流板系统。
同时，清液
会从集液管中排出，从而实现固液分离功能。
脱硫塔旋流板通过旋流作用，将浆液中的固体颗粒迅速分离，从而达
到脱水的目的。
旋流板的设计参数如喷口形状、数量和喷口的水压等会影
响旋流板的效果。
此外，浆液的粘度、固体颗粒的浓度和尺寸等也会对旋
流板的脱水效果产生影响。
因此，在实际应用中，需要根据具体的脱硫塔
工艺和要求，对旋流板进行合理的设计和选择。
脱硫塔旋流板制作的尺寸
脱硫塔旋流板是脱硫设备中的重要部件，用于增加气液接触面积，提高脱硫效率。
其尺寸设计通常需要考虑以下几个方面：
1. 气液流速，脱硫塔旋流板的尺寸需要根据气体和液体的流速
来设计，以确保气液混合均匀，提高反应效率。
一般来说，较高的
流速需要更大的旋流板尺寸来确保充分的接触。
2. 反应时间，脱硫塔旋流板的尺寸也需要考虑所需的反应时间。
如果需要更长的接触时间来完成化学反应，可能需要设计更大的旋
流板以增加接触面积。
3. 设备尺寸，脱硫塔的整体尺寸和设计也会影响旋流板的尺寸。
需要确保旋流板能够适应脱硫塔的内部空间，并与其他部件配合良好。
4. 脱硫效率，旋流板的尺寸还需要考虑脱硫效率的要求，通常
来说，更大的旋流板可以提高脱硫效率，但也会增加设备成本和能耗。
总的来说，脱硫塔旋流板的尺寸设计需要综合考虑气液流速、反应时间、设备尺寸和脱硫效率等多个因素，以确保其在脱硫设备中发挥最佳作用。
针对具体的工程项目，通常需要进行详细的工艺设计和计算，以确定最合适的旋流板尺寸。
