本發(fā)明涉及一種濕法脫硫的TBR混合器。

背景技術(shù)：

在目前國內(nèi)外技術(shù)水平下，分析石灰石-石膏濕法煙氣脫硫吸收過程的主要采用雙膜理論。雙膜理論認(rèn)為，當(dāng)液體湍流流過固體溶質(zhì)表面時(shí)，固液間傳質(zhì)阻力全部集中在液體內(nèi)緊靠兩相界面的一層停滯膜內(nèi)，此膜厚度大于內(nèi)層厚度。而它提供的分子擴(kuò)散傳質(zhì)阻力恰好等于上述過程中實(shí)際存在的對流傳質(zhì)阻力。相互接觸的氣液兩相流體間存在著穩(wěn)定的相界面，界面兩側(cè)各有一個(gè)很薄的停滯膜，吸收質(zhì)以分子擴(kuò)散方式通過此而二層膜由氣相主體進(jìn)入液相主體，并且氣液兩相能達(dá)到平衡。在兩個(gè)停滯膜以外的氣液兩相主體中，流體湍動(dòng)越充分，物質(zhì)濃度越均勻。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的是，在雙膜理論的研究基礎(chǔ)上，本發(fā)明提出了一種新型的煙氣/漿液混合系統(tǒng)——TBR混合器。

本發(fā)明的技術(shù)方案是，濕法脫硫的TBR混合器，該TBR混合器將多個(gè)微小文丘里管密排組合成一個(gè)整體平面，安裝在吸收塔入口和第一層噴淋層之間，煙氣從下至上通過微小文丘里管，經(jīng)過管內(nèi)快速收縮加速，在喉道內(nèi)流速達(dá)到最大，此時(shí)煙氣的湍流更加劇烈；漿液霧滴從上至下通過文丘里管，經(jīng)過管內(nèi)慢速收縮加速，在喉道內(nèi)流速達(dá)到最大。此時(shí)，兩相流在此處碰撞，產(chǎn)生氣液旋轉(zhuǎn)翻騰的湍流空間，在此空間內(nèi)氣液兩相充分接觸，降低了氣液膜傳質(zhì)阻力，提高傳質(zhì)速率。

進(jìn)一步，每個(gè)微小文丘里管的上下管為喇叭形管、進(jìn)出口直徑范圍為260-300mm；喉道的直徑范圍為180-220mm；每個(gè)微小文丘里管的高度范圍為240-300mm。喉道的高度為110-130mm。

有益效果：運(yùn)用本TBR混合器能達(dá)到以下效果：

——在原有脫硫基礎(chǔ)上，提高1％～2％的脫硫效率，達(dá)到超凈排放的標(biāo)準(zhǔn)；

——有效降低投資造價(jià)，節(jié)約場地空間；

——合理的降低脫硫液氣比，減少脫硫系統(tǒng)的廠用電率。

附圖說明

圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖(豎直剖面)；

圖2是圖1的A-A文丘里管密排的TBR混合器俯視圖(左圖A)，右圖B是左圖的放大圖。

圖3是文丘里管豎直剖面放大圖。

具體實(shí)施方式

如圖所示：裝置說明：TBR混合器主要由多個(gè)小型文丘里管(噴嘴)組合成一個(gè)整體，材質(zhì)主要采用2205雙相不銹鋼。TBR混合器上下固定鋼板開孔與文丘里口徑一致，由于文丘里本身具有一定的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，所以不需要額外再增加支撐結(jié)構(gòu)，有效的降低了投資造價(jià)。TBR混合器是密排的文丘里管(噴嘴)，文丘里管采用空管自支撐結(jié)構(gòu)，無需再增加支撐梁。圖3中，煙氣流1/漿液流2，TBR混合區(qū)。

雙膜理論是本混合器設(shè)計(jì)計(jì)算的主要依據(jù)。TBR混合器安裝在煙氣入口和第一層噴淋層直接，該區(qū)域主要發(fā)生SO₂的吸收反應(yīng)。下面僅表示該吸收反應(yīng)的數(shù)學(xué)模型的建立，而TBR混合器的研發(fā)結(jié)果是在對整個(gè)脫硫系統(tǒng)的數(shù)學(xué)和CFD模型分析后產(chǎn)生的。

(1)吸收區(qū)數(shù)學(xué)模型的建立

1)CO₂、O₂和SO₂的吸收(氣液傳質(zhì))

噴淋吸收區(qū)

對CO₂和O₂：溶解度較小，為液相傳質(zhì)控制(Levenspiel,1993)

吸收速率為：

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

這里A為CO₂或O₂。由于CO₂溶解速度慢，故取E_co2＝1。

式中k_L,A為液相傳質(zhì)系數(shù)；a_A為比氣液界表面積，m2/m3；f_L塔中漿液體積與塔體積比；E_A為A物質(zhì)的增強(qiáng)因子。

對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

為SO₂的增強(qiáng)因子。

增強(qiáng)因子的近似表達(dá)式為：

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

C_B0為吸收液中吸收劑濃度，D_A是SO₂在液相中的擴(kuò)散系數(shù)，ν是化學(xué)計(jì)量系數(shù)，脫硫反應(yīng)時(shí)ν＝1,D_B為吸收劑的擴(kuò)散系數(shù)，C_Ai是被吸收氣體在液體表面的濃度，由亨利定律C_Ai＝P_A/H，P_A為氣相中SO₂的分壓力，kPa。

所以有：

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

氧化反應(yīng)區(qū)

在此區(qū)域，鼓入空氣，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為增強(qiáng)因子；a_B為氧化反應(yīng)區(qū)比氣液界面積，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)

在噴淋吸收區(qū)：

$-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為煙氣在塔內(nèi)的停留時(shí)間。

在氧化反應(yīng)區(qū)：

$-{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為氧化反應(yīng)區(qū)體積，m3；Q為氣體流量；下標(biāo)in表示進(jìn)氧化反應(yīng)區(qū)物質(zhì)，o代表出氧化反應(yīng)區(qū)物質(zhì)。

通過計(jì)算結(jié)果表明：增加TBR混合器裝置后，對于a_A、C_Ai、a_B、τ_A均有所提升，SO2的吸收速率比未裝TBR混合器的計(jì)算模型更加快速。