脱硫吸收塔浆池液位对循环泵流量及喷淋层喷嘴的影响

脱硫吸收塔浆池液位对循环泵流量及喷淋层喷嘴的影响

吴敏 冯威 朱青

武汉凯迪电力环保有限公司 湖北武汉 430000

摘要：在采用石灰石-石膏湿法脱硫的项目中，吸收塔浆池液位的高低关系到浆液循环泵出口压头，进一步影响喷淋层喷嘴的工作压力、石膏停留结晶时间和氧化风的利用率。本文分析了吸收塔液位变化对循环泵流量和喷嘴压力的影响，为脱硫系统的性能诊断提供理论依据。

关键词：脱硫；浆池液位；循环泵；喷嘴；影响

引言

在湿法脱硫系统中，吸收塔浆池液位是一个关键参数，在运行过程中，如果控制不好浆池的液位，将会导致吸收性能下降，出口SO₂浓度超标、石膏脱水困难等问题。特别对于目前的超低排放项目，浆池液位对脱硫效率的影响格外显著。浆液循环泵在计算扬程时已考虑喷淋层安装高度和吸收塔浆池液位的高差，如果吸收塔液位与设计液位不一致，循环泵扬程发生变化，将导致循环泵流量也变化，从而影响喷淋层喷嘴的入口流量和压力，最终影响脱硫效率。本文对吸收塔浆池液位的变化如何影响循环泵流量和喷嘴压力进行了分析。

1 脱硫浆液循环泵运行原理

吸收塔浆池中的石灰石/石膏浆液由循环泵循环送至浆液喷雾系统的喷嘴，产生细小的液滴沿吸收塔横截面均匀向下喷淋。与烟气接触发生化学反应后吸收烟气中的SO₂，进而实现烟气脱硫。典型的湿法脱硫浆液循环系统流程如下：

图1 脱硫浆液循环系统流程

图中△H为吸收塔喷淋层与吸收塔浆池设计液位之间的高差，即静压差。

循环泵扬程的计算公式为^[1]：

(1)

式中：

H：循环泵扬程，m；

△H：喷淋层吸收塔液位高差，m；

H_f：管道阻力损失，m；

P₁：喷嘴入口压力，kPa；

ρ：浆液密度，kg/m³；

g：重力加速度，m/s²。

从公式（1）可以看出，在喷淋层高度一定时，吸收塔浆池液位越低，循环泵所需扬程越高，循环泵的扬程与吸收塔液位成反比关系。

2 吸收塔浆池液位对循环泵流量的影响

典型的流体管路阻力分布图如图2：

图2管路系统阻力分布图

管路特性方程为^[1]：

H_p=H_net+k₁Q² (2)

式中：

H_p：管路总阻力，m；

H_net：管路净扬程（静压头），m；

k₁：系数；

Q：管路中流体流量，m³/h。

在循环泵的型号和管道布置一定的情况下，泵和管路特性曲线相互关系如图3^[1]：

图3喷嘴流量与压力曲线图

其中，曲线AB为泵的性能曲线，为一条向下弯的曲线，表明随着流量的增大，泵的扬程减小。曲线CD为管路特性曲线，为一条向上弯曲的曲线，表明在既定的管路上，随着流量的增大，管道的阻力也随之增大。两条曲线的交点E即为泵和管路的工作点，此时泵在设计流量和设计扬程下工作，图中H1为喷淋层和吸收塔浆池的液位差，即为静压头。

泵的性能曲线在泵出厂时就已经确定，只与泵的蜗壳和叶轮等机械部分相关，与管路的静压差、流量等无关，是一条固定的曲线。在吸收塔浆池液位变化时，管路的特性曲线将发生改变，如图4所示。

图4管路特性曲线随液位变化图

其中，曲线1为设计工况下的管路特性曲线，a点为泵在设计工况下的工作点。从图中可知：

当吸收塔浆池液位降低时，喷淋层到吸收塔浆池液位的高差增大，即静压头增大，管路特性曲线1向上平移至曲线2，泵的工作点滑动到b点，此时泵的流量减小，扬程增高。

当吸收塔浆池液位升高时，喷淋层到吸收塔浆池液位的高差减小，即静压头减小，管路特性曲线1向下平移至曲线3，泵的工作点滑动到c点，此时泵的流量增大，扬程降低。

3 吸收塔浆池液位对喷淋层喷嘴压力的影响

根据喷嘴厂家提供的资料，在喷嘴型号一定时，喷嘴的流量与压力关系如下：

(3)

式中：

V：通过喷嘴的浆液流量，m³/h；

P₁：喷嘴入口压力，kPa；

k₂：系数。

典型的喷嘴流量与压力的曲线如图5。

图5喷嘴流量与压力曲线图

公式（3）可以转化为公式（4），如下：

(4)

式中：

V：通过喷嘴的浆液流量，m³/h；

P₁：喷嘴入口压力，kPa；

k₃：系数。

从公式（4）可以看出，喷嘴的压力与流量的平方成正比。

结合图4可分析出，吸收塔浆池液位对喷淋层喷嘴压力的影响如下：

当吸收塔浆池液位降低时，泵的流量减小，分配到喷嘴的流量减小，进而喷嘴压力减小。

当吸收塔浆池液位升高时，泵的流量增大，分配到喷嘴的流量增大，进而喷嘴压力增大。

4 具体实例

以某项目为例，来验证吸收塔浆池液位对循环泵流量和喷嘴压力的影响。

图6为该项目循环泵出厂时的性能曲线：

图6某项目循环泵性能曲线

从曲线上查出数据如表1：

表1某项目循环泵流量与扬程数据

根据以上查出的数据，模拟出泵的流量Q与扬程H的公式如下：

H=-4×10^-7Q²+0.0018Q+25.695 (5)

根据该项目管道布置，管路中各设计参数见表2：

表2某项目管路特性数据

按管路特性方程公式(2)，可求出此管路特性方程如下：

H=10.85+3.26872×10⁷Q² (6)

设液位变化为△h，则管路特性曲线变化为公式(7)：

H=10.85+3.26872×10⁷Q²+△h (7)

当运行液位等于设计液位时，△h=0；当运行液位低于设计液位时，△h为正值，反之为负。

联立泵的性能曲线方程公式(5)，求解不同△h值的对用循环泵的流量，同时根据喷嘴的性能曲线查出喷嘴的压力，计算结果见下表3：

表3某项目吸收塔浆池液位变化与对应的循环泵流量、扬程及喷嘴压力变化值

上表中的数据较好的验证了吸收塔运行液位对循环泵流量和喷嘴压力的影响。

5 结论

在循环泵选型一定、管路布置一定的情况下，吸收塔运行液位与循环泵流量及喷嘴压力有如下关系：

（1）吸收塔运行液位降低，循环泵流量减小，扬程增高，喷嘴流量减小，压力降低；

（2）吸收塔运行液位增高，循环泵流量增大，扬程降低，喷嘴流量增大，压力增高。

在脱硫系统运行的过程中，应保持吸收塔运行液位，以免对循环浆液流量产生影响，进而影响到喷嘴压力及喷淋效果，影响脱硫效率。

参考文献：

[1]化工工艺设计手册（第五版）[M].化学工业出版社,2018