一种湿法脱硫的TBR混合器的制作方法

本发明涉及一种湿法脱硫的TBR混合器。

背景技术：

在目前国内外技术水平下，分析石灰石-石膏湿法烟气脱硫吸收过程的主要采用双膜理论。双膜理论认为，当液体湍流流过固体溶质表面时，固液间传质阻力全部集中在液体内紧靠两相界面的一层停滞膜内，此膜厚度大于内层厚度。而它提供的分子扩散传质阻力恰好等于上述过程中实际存在的对流传质阻力。相互接触的气液两相流体间存在着稳定的相界面，界面两侧各有一个很薄的停滞膜，吸收质以分子扩散方式通过此而二层膜由气相主体进入液相主体，并且气液两相能达到平衡。在两个停滞膜以外的气液两相主体中，流体湍动越充分，物质浓度越均匀。

技术实现要素：

本发明目的是，在双膜理论的研究基础上，本发明提出了一种新型的烟气/浆液混合系统——TBR混合器。

本发明的技术方案是，湿法脱硫的TBR混合器，该TBR混合器将多个微小文丘里管密排组合成一个整体平面，安装在吸收塔入口和第一层喷淋层之间，烟气从下至上通过微小文丘里管，经过管内快速收缩加速，在喉道内流速达到最大，此时烟气的湍流更加剧烈；浆液雾滴从上至下通过文丘里管，经过管内慢速收缩加速，在喉道内流速达到最大。此时，两相流在此处碰撞，产生气液旋转翻腾的湍流空间，在此空间内气液两相充分接触，降低了气液膜传质阻力，提高传质速率。

进一步，每个微小文丘里管的上下管为喇叭形管、进出口直径范围为260-300mm；喉道的直径范围为180-220mm；每个微小文丘里管的高度范围为240-300mm。喉道的高度为110-130mm。

有益效果：运用本TBR混合器能达到以下效果：

——在原有脱硫基础上，提高1％～2％的脱硫效率，达到超净排放的标准；

——有效降低投资造价，节约场地空间；

——合理的降低脱硫液气比，减少脱硫系统的厂用电率。

附图说明

图1为本发明结构示意图(竖直剖面)；

图2是图1的A-A文丘里管密排的TBR混合器俯视图(左图A)，右图B是左图的放大图。

图3是文丘里管竖直剖面放大图。

具体实施方式

如图所示：装置说明：TBR混合器主要由多个小型文丘里管(喷嘴)组合成一个整体，材质主要采用2205双相不锈钢。TBR混合器上下固定钢板开孔与文丘里口径一致，由于文丘里本身具有一定的结构强度，所以不需要额外再增加支撑结构，有效的降低了投资造价。TBR混合器是密排的文丘里管(喷嘴)，文丘里管采用空管自支撑结构，无需再增加支撑梁。图3中，烟气流1/浆液流2，TBR混合区。

双膜理论是本混合器设计计算的主要依据。TBR混合器安装在烟气入口和第一层喷淋层直接，该区域主要发生SO₂的吸收反应。下面仅表示该吸收反应的数学模型的建立，而TBR混合器的研发结果是在对整个脱硫系统的数学和CFD模型分析后产生的。

(1)吸收区数学模型的建立

1)CO₂、O₂和SO₂的吸收(气液传质)

喷淋吸收区

对CO₂和O₂：溶解度较小，为液相传质控制(Levenspiel,1993)

吸收速率为：

$r_A=\frac{E_A{k}_{L,A}{a}_A(P_A/H_A-{\[A\]}_0)}{f_L}$

这里A为CO₂或O₂。由于CO₂溶解速度慢，故取E_co2＝1。

式中k_L,A为液相传质系数；a_A为比气液界表面积，m2/m3；f_L塔中浆液体积与塔体积比；E_A为A物质的增强因子。

对SO₂：

SO₂的吸收速率

$r_{{\mathrm{SO}}_2}=\frac{K_{G,{\mathrm{SO}}_2}{a}_A(P_{{\mathrm{SO}}_2}-H_{{\mathrm{SO}}_2}\·{\[{\mathrm{SO}}_2\]}_0)}{f_L}$

其中

为SO₂的增强因子。

增强因子的近似表达式为：

$E_{{\mathrm{SO}}_2}=\frac{1+(D_B/D_A)(C_{B0}/{\mathrm{vC}}_{Ai})}{{(D_B/D_A)}^{0.5}}$

C_B0为吸收液中吸收剂浓度，D_A是SO₂在液相中的扩散系数，ν是化学计量系数，脱硫反应时ν＝1,D_B为吸收剂的扩散系数，C_Ai是被吸收气体在液体表面的浓度，由亨利定律C_Ai＝P_A/H，P_A为气相中SO₂的分压力，kPa。

所以有：

$E_{{\mathrm{SO}}_2}=\frac{1+(D_B/D_A)({\mathrm{HC}}_{B0}/P_A)}{{(D_B/D_A)}^{0.5}}$

氧化反应区

在此区域，鼓入空气，CO₂和O₂被吸收

r_A'＝E_Ak_L,Aa_B(P_A/H_A-[A]₀)

式中A＝CO₂或O₂；E_A为增强因子；a_B为氧化反应区比气液界面积，m2/m3；SO₂的吸收速率如下：

${r_{{\mathrm{SO}}_2}}^{\′}=K_{G,{\mathrm{SO}}_2}\·a_B\·(P_{{\mathrm{SO}}_2}-H_{{\mathrm{SO}}_2}\·{\[{\mathrm{SO}}_2\]}_0)$

2)

在喷淋吸收区：

$-r_{{\mathrm{HSO}}_3^{-}}=R_{ox}=k_{O,{\mathrm{HSO}}_3^{-}}\·{\[{\mathrm{HSO}}_3^{-}\]}^{3/2}{\[{\mathrm{Mn}}^{2+}\]}^{1/2}\[O_2\]$

τ_A为烟气在塔内的停留时间。

在氧化反应区：

$-{r_{{\mathrm{HSO}}_3^{-}}}^{\′}={R_{ox}}^{\′}=k_{O,{\mathrm{HSO}}_3^{-}}\·{\[{\mathrm{HSO}}_3^{-}\]}^{3/2}{\[{\mathrm{Mn}}^{2+}\]}^{1/2}\[O_2\]$

$Q_{in}\·{\[O_2\]}_{in}+{r_{O_2}}^{\′}\·V_B-\frac{1}{2}{R_{ox}}^{\′}\·V_B=Q_o\·\[O_2\]$

式中VB为氧化反应区体积，m3；Q为气体流量；下标in表示进氧化反应区物质，o代表出氧化反应区物质。

通过计算结果表明：增加TBR混合器装置后，对于a_A、C_Ai、a_B、τ_A均有所提升，SO2的吸收速率比未装TBR混合器的计算模型更加快速。