李樂(lè)

（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(yīng)設(shè)備。煙氣由吸收塔入口進(jìn)入塔內(nèi)，自下而上流經(jīng)塔內(nèi)通道，受?chē)娏軡{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(yīng)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(guān)鍵和核心設(shè)備，其性能的優(yōu)劣直接決定了項(xiàng)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(jié)構(gòu)的詳細(xì)選型設(shè)計(jì)。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(shè)備介紹

1.1 吸收塔本體

吸收塔外殼一般為鋼結(jié)構(gòu)，自下而上大體可分為三個(gè)區(qū)：漿池區(qū)、噴淋區(qū)、除霧區(qū)。漿池區(qū)用于儲(chǔ)存脫硫漿液，石灰石的溶解、SO2與石灰石的反應(yīng)、石膏的氧化生成均在這里進(jìn)行；主要設(shè)備有攪拌器、氧化風(fēng)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(shè)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(shè)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(jìn)入，依次經(jīng)過(guò)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(shè)備

（1）攪拌器、氧化風(fēng)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(shí)，攪拌器也可以促進(jìn)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(yīng)完全氧化。風(fēng)系統(tǒng)由氧化風(fēng)機(jī)、分布器及管道組成，用于往漿池內(nèi)強(qiáng)制鼓入氧化空氣，將脫硫反應(yīng)中生成的亞硫酸（氫）鈣強(qiáng)制氧化成二水硫酸鈣（即石膏）。氧化風(fēng)機(jī)可采用羅茨風(fēng)機(jī)、多級(jí)離心風(fēng)機(jī)和單級(jí)高速離心風(fēng)機(jī)等多種形式。氧化風(fēng)量應(yīng)滿(mǎn)足最不利工況下系統(tǒng)對(duì)氧化風(fēng)的需求量，壓頭應(yīng)按照氧化風(fēng)管的浸沒(méi)深度和吸收塔運(yùn)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(shí)，優(yōu)先選用管網(wǎng)式，SO2原始濃度＜3000mg/Nm3時(shí)，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(duì)進(jìn)入塔內(nèi)紊流態(tài)的煙氣進(jìn)行均布、整流，使煙氣在流經(jīng)噴淋區(qū)時(shí)分布均勻、流場(chǎng)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(pán)、管柵等多種形式。各種形式的整流層除了對(duì)煙氣流場(chǎng)進(jìn)行重構(gòu)外，還可以在整流層表面形成液膜，延長(zhǎng)煙氣在塔內(nèi)的吸收時(shí)間，提高吸收劑利用率，有效降低液氣比。

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

（3）噴淋層、提效環(huán)。漿池漿液通過(guò)循環(huán)泵提升到噴淋層，經(jīng)噴嘴霧化噴淋擴(kuò)散在整個(gè)吸收塔截面上，對(duì)煙氣進(jìn)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(shè)置有防邊壁效應(yīng)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(dòng)。提效環(huán)還可以保護(hù)吸收塔壁板免受?chē)娮斓闹苯記_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(shè)備。除霧器通常采用機(jī)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(shí)，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(shí)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(fù)。

除霧器的形式一般有平板式或屋脊式，根據(jù)吸收塔對(duì)除霧和粉塵排放的要求進(jìn)行選擇。平板式可滿(mǎn)足出口霧滴濃度≤50mg/Nm3，粉塵排放＜30mg/m3的要求。屋脊式可滿(mǎn)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(jié)構(gòu)選型設(shè)計(jì)

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(jìn)行選型。計(jì)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(shí)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(shí)間和石膏排出停留時(shí)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(shí)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(shí)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(shí)間算出的漿池容積，需核算石膏排出停留時(shí)間是否滿(mǎn)足要求，若不滿(mǎn)足，則適當(dāng)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(shí)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(shè)計(jì)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(jì)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(shí)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(jié)構(gòu)為斜向下進(jìn)口，角度為10～20°，同時(shí)，煙道應(yīng)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(pán)，一般只設(shè)置一層。若采用管柵，一般設(shè)2～3層，每層管柵間距1m。根據(jù)托盤(pán)或管柵的詳細(xì)設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)計(jì)算確定支撐梁數(shù)量、型號(hào)、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(xì)設(shè)計(jì)設(shè)置相應(yīng)的支撐梁。

提效環(huán)與每層噴淋層對(duì)應(yīng)設(shè)置，位于噴淋層中心下方600mm左右，具體以不會(huì)干涉吸收塔上的管口、人孔門(mén)為原則進(jìn)行調(diào)整。

2.6 除霧器層

第一級(jí)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(hào)、間距根據(jù)除霧器廠家提資要求設(shè)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(jì)算公式同吸收塔入口。吸收塔出口一般分為頂出式和側(cè)出式。頂出式是在吸收塔頂部圓錐后設(shè)置一個(gè)90°彎頭，該種形式有利于出口煙氣流場(chǎng)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(cè)出式（如圖一）是在吸收塔頂部直接設(shè)置一個(gè)水平煙道，該種形式流場(chǎng)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(jié)語(yǔ)

本文分析研究了吸收塔塔體關(guān)鍵參數(shù)的選型和設(shè)計(jì)，得出了吸收塔塔體鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法，為吸收塔的設(shè)計(jì)選型提供了技術(shù)支持和理論支撐。