淺析石灰石-石膏濕法煙氣脫硫吸收塔選型及設計

李樂

（福建龍凈環(huán)保股份有限公司，福建 龍巖 364000）

在石灰石-石膏濕法煙氣脫硫系統(tǒng)中，吸收塔是脫除煙氣中SO2的主反應設備。煙氣由吸收塔入口進入塔內(nèi)，自下而上流經(jīng)塔內(nèi)通道，受噴淋漿液的洗滌作用，煙氣中絕大部分酸性污染氣體被吸收并落入漿池，與漿池中的石灰石顆粒發(fā)生酸堿中和反應而被凈化，凈化后的煙氣由除霧器去除霧滴后從煙囪排放。吸收塔是濕法脫硫的關鍵和核心設備，其性能的優(yōu)劣直接決定了項目的成功與否。本文主要介紹了吸收塔的組成，分析研究了吸收塔本體鋼結構的詳細選型設計。典型濕法脫硫吸收塔的外形圖如圖1所示。

圖1 吸收塔外形圖

1 吸收塔本體及塔內(nèi)設備介紹

1.1 吸收塔本體

吸收塔外殼一般為鋼結構，自下而上大體可分為三個區(qū)：漿池區(qū)、噴淋區(qū)、除霧區(qū)。漿池區(qū)用于儲存脫硫漿液，石灰石的溶解、SO2與石灰石的反應、石膏的氧化生成均在這里進行；主要設備有攪拌器、氧化風系統(tǒng)。噴淋區(qū)用于霧化噴灑脫硫漿液與煙氣逆流接觸，煙氣中SO2等酸性氣體溶解于液滴中，并落入漿池區(qū)；主要設備有整流層、噴淋層、提效環(huán)。除霧區(qū)用于除去煙氣中夾帶的霧滴，主要設備是除霧器。煙氣入口位于漿池區(qū)與噴淋層之間，原煙氣從吸收塔中部進入，依次經(jīng)過整流層、噴淋層和除霧器，從吸收塔頂部出口排放。

1.2 吸收塔塔內(nèi)設備

（1）攪拌器、氧化風系統(tǒng)。由于吸收劑石灰石及脫硫產(chǎn)物石膏的溶解度均很低，吸收塔漿池內(nèi)漿液固含量一般為15%左右，需要采取措施防止固體沉降。通常是在吸收塔外壁上布置攪拌器，促使?jié){池區(qū)的漿液處于懸浮狀態(tài)，防止固體顆粒物沉淀。同時，攪拌器也可以促進鼓入的氧化空氣和漿液充分混合，提高氧化效果，使亞硫酸鈣氧化反應完全氧化。風系統(tǒng)由氧化風機、分布器及管道組成，用于往漿池內(nèi)強制鼓入氧化空氣，將脫硫反應中生成的亞硫酸（氫）鈣強制氧化成二水硫酸鈣（即石膏）。氧化風機可采用羅茨風機、多級離心風機和單級高速離心風機等多種形式。氧化風量應滿足最不利工況下系統(tǒng)對氧化風的需求量，壓頭應按照氧化風管的浸沒深度和吸收塔運行最高液位確定。氧化空氣分布器一般為管網(wǎng)式或噴槍式，SO2原始濃度≥3000mg/Nm3時，優(yōu)先選用管網(wǎng)式，SO2原始濃度＜3000mg/Nm3時，優(yōu)先選用噴槍式。

（2）整流層。整流層位于吸收塔入口與底層噴淋層之間，對進入塔內(nèi)紊流態(tài)的煙氣進行均布、整流，使煙氣在流經(jīng)噴淋區(qū)時分布均勻、流場穩(wěn)定，有利于提高氣液傳質(zhì)效果，防止煙氣短路。整流層目前有托盤、管柵等多種形式。各種形式的整流層除了對煙氣流場進行重構外，還可以在整流層表面形成液膜，延長煙氣在塔內(nèi)的吸收時間，提高吸收劑利用率，有效降低液氣比。

托盤為多孔分布板和溢流堰組合件，通過多孔分布板起到整流均布作用，可以通過調(diào)整開孔率、開孔大小和溢流堰的高度適應不同的脫離效率要求。管柵由文丘里圓棒組成，通過上下兩層間隙不同的管子構成文丘里效應，從而起到促進傳質(zhì)傳熱的效果。

（3）噴淋層、提效環(huán)。漿池漿液通過循環(huán)泵提升到噴淋層，經(jīng)噴嘴霧化噴淋擴散在整個吸收塔截面上，對煙氣進行洗滌，吸收煙氣中的SO2等酸性氣體和部分粉塵。噴淋層一般由噴淋主管、支管及噴嘴組成。

在每層噴淋層的下方設置有防邊壁效應的擋板，其作用是防止煙氣在塔壁處“短路”而降低脫硫及除塵效率，使煙氣向塔中心區(qū)域流動。提效環(huán)還可以保護吸收塔壁板免受噴嘴的直接沖刷，避免塔壁被噴淋漿液腐蝕穿孔。

（4）除霧器。除霧器的作用是攔截凈煙氣中的霧滴，防止霧滴中溶解鹽和固體顆粒排入大氣及腐蝕下游煙道和設備。除霧器通常采用機械式，利用慣性碰撞的原理捕獲攔截霧滴。含高濃度霧滴的煙氣流經(jīng)除霧器彎折的葉片時，由于慣性作用產(chǎn)生碰撞，絕大多數(shù)霧滴被除霧器葉片攔截，由于重力作用落入漿池，以此實現(xiàn)霧滴和煙氣的分離。葉片上黏附的固體等雜質(zhì)在沖洗噴嘴的沖洗下得到潔凈，保證除霧器的效率得到恢復。

除霧器的形式一般有平板式或屋脊式，根據(jù)吸收塔對除霧和粉塵排放的要求進行選擇。平板式可滿足出口霧滴濃度≤50mg/Nm3，粉塵排放＜30mg/m3的要求。屋脊式可滿足出口霧滴濃度≤20mg/Nm3，粉塵排放＜5mg/m3的要求。

2 吸收塔本體鋼結構選型設計

2.1 吸收塔直徑

吸收塔直徑按煙氣在塔內(nèi)流速取3～3.5m/s進行選型。計算公式：v=Q/3600/(3.14×D×D/4)，式中v為煙氣在塔內(nèi)流速，m/s；Q為吸收塔出口煙氣量（工況、濕基、實際氧），m3/h；D為吸收塔直徑，m。

2.2 漿池高度

吸收塔漿池高度根據(jù)循環(huán)漿液量、循環(huán)漿液停留時間和石膏排出停留時間確定。循環(huán)漿液量是指噴淋層去除煙氣中SO2所需的噴淋漿液量。循環(huán)漿液停留時間是漿池容積與循環(huán)漿液量的比值，一般取3～3.5min，由此可得出漿池容積。石膏排出停留時間是指漿池容積與石膏排出量的比值，一般須大于16h。根據(jù)循環(huán)漿液停留時間算出的漿池容積，需核算石膏排出停留時間是否滿足要求，若不滿足，則適當增加漿池容積。再根據(jù)吸收塔直徑可得出漿池高度（正常液位）。漿池高度一般取7～11m，若算出的高度大于11m，可考慮做變徑塔（此時漿池高度不大于8m），以控制漿池高度在取值范圍內(nèi)。吸收塔漿池的設計高度為最高液位（正常液位+1～1.2m）。

2.3 吸收塔入口

按煙氣流速取14～15m/s選型吸收塔入口截面積，計算公式：v=Q/3600/A，式中v為煙氣流速，m/s；Q為吸收塔入口煙氣量（工況、濕基、實際氧），m3/h；A為吸收塔入口截面積，m2，A=寬×高。吸收塔入口寬度取吸收塔直徑的2/3～3/4，高度宜大于1.4m。吸收塔入口結構為斜向下進口，角度為10～20°，同時，煙道應伸入塔內(nèi)150mm。

2.4 整流層

整流層第一層支撐梁頂面與吸收塔入口頂板的距離一般大于1.2m。若采用托盤，一般只設置一層。若采用管柵，一般設2～3層，每層管柵間距1m。根據(jù)托盤或管柵的詳細設計及結構計算確定支撐梁數(shù)量、型號、間距。

2.5 噴淋層、提效環(huán)

噴淋層一般為3～5層，最低層噴淋層中心距離最頂層整流層支撐梁頂面的距離為1.6～1.8m，噴淋層間距通常為1.6～1.8m，最大可取2m。根據(jù)噴淋層的詳細設計設置相應的支撐梁。

提效環(huán)與每層噴淋層對應設置，位于噴淋層中心下方600mm左右，具體以不會干涉吸收塔上的管口、人孔門為原則進行調(diào)整。

2.6 除霧器層

第一級除霧器支撐梁頂面距離最頂層噴淋層中心的距離一般大于3m，除霧器的間距一般為2m，頂層除霧器支撐梁頂面距離吸收塔出口底板的距離一般大于3.5m。每層除霧器支撐梁的數(shù)量、型號、間距根據(jù)除霧器廠家提資要求設置。

2.7 吸收塔出口

按煙氣流速取14～15m/s選型吸收塔出口截面積，計算公式同吸收塔入口。吸收塔出口一般分為頂出式和側出式。頂出式是在吸收塔頂部圓錐后設置一個90°彎頭，該種形式有利于出口煙氣流場的分布，但吸收塔總高度較高，一般用于塔徑5m以下的吸收塔。側出式（如圖一）是在吸收塔頂部直接設置一個水平煙道，該種形式流場分布一般，但吸收塔高度較低，一般用于塔徑5m以上的吸收塔。

3 結語

本文分析研究了吸收塔塔體關鍵參數(shù)的選型和設計，得出了吸收塔塔體鋼結構的設計方法，為吸收塔的設計選型提供了技術支持和理論支撐。