浅析石灰石-石膏湿法烟气脱硫吸收塔选型及设计

李乐

（福建龙净环保股份有限公司，福建 龙岩 364000）

在石灰石-石膏湿法烟气脱硫系统中，吸收塔是脱除烟气中SO2的主反应设备。烟气由吸收塔入口进入塔内，自下而上流经塔内通道，受喷淋浆液的洗涤作用，烟气中绝大部分酸性污染气体被吸收并落入浆池，与浆池中的石灰石颗粒发生酸碱中和反应而被净化，净化后的烟气由除雾器去除雾滴后从烟囱排放。吸收塔是湿法脱硫的关键和核心设备，其性能的优劣直接决定了项目的成功与否。本文主要介绍了吸收塔的组成，分析研究了吸收塔本体钢结构的详细选型设计。典型湿法脱硫吸收塔的外形图如图1所示。

图1 吸收塔外形图

1 吸收塔本体及塔内设备介绍

1.1 吸收塔本体

吸收塔外壳一般为钢结构，自下而上大体可分为三个区：浆池区、喷淋区、除雾区。浆池区用于储存脱硫浆液，石灰石的溶解、SO2与石灰石的反应、石膏的氧化生成均在这里进行；主要设备有搅拌器、氧化风系统。喷淋区用于雾化喷洒脱硫浆液与烟气逆流接触，烟气中SO2等酸性气体溶解于液滴中，并落入浆池区；主要设备有整流层、喷淋层、提效环。除雾区用于除去烟气中夹带的雾滴，主要设备是除雾器。烟气入口位于浆池区与喷淋层之间，原烟气从吸收塔中部进入，依次经过整流层、喷淋层和除雾器，从吸收塔顶部出口排放。

1.2 吸收塔塔内设备

（1）搅拌器、氧化风系统。由于吸收剂石灰石及脱硫产物石膏的溶解度均很低，吸收塔浆池内浆液固含量一般为15%左右，需要采取措施防止固体沉降。通常是在吸收塔外壁上布置搅拌器，促使浆池区的浆液处于悬浮状态，防止固体颗粒物沉淀。同时，搅拌器也可以促进鼓入的氧化空气和浆液充分混合，提高氧化效果，使亚硫酸钙氧化反应完全氧化。风系统由氧化风机、分布器及管道组成，用于往浆池内强制鼓入氧化空气，将脱硫反应中生成的亚硫酸（氢）钙强制氧化成二水硫酸钙（即石膏）。氧化风机可采用罗茨风机、多级离心风机和单级高速离心风机等多种形式。氧化风量应满足最不利工况下系统对氧化风的需求量，压头应按照氧化风管的浸没深度和吸收塔运行最高液位确定。氧化空气分布器一般为管网式或喷枪式，SO2原始浓度≥3000mg/Nm3时，优先选用管网式，SO2原始浓度＜3000mg/Nm3时，优先选用喷枪式。

（2）整流层。整流层位于吸收塔入口与底层喷淋层之间，对进入塔内紊流态的烟气进行均布、整流，使烟气在流经喷淋区时分布均匀、流场稳定，有利于提高气液传质效果，防止烟气短路。整流层目前有托盘、管栅等多种形式。各种形式的整流层除了对烟气流场进行重构外，还可以在整流层表面形成液膜，延长烟气在塔内的吸收时间，提高吸收剂利用率，有效降低液气比。

托盘为多孔分布板和溢流堰组合件，通过多孔分布板起到整流均布作用，可以通过调整开孔率、开孔大小和溢流堰的高度适应不同的脱离效率要求。管栅由文丘里圆棒组成，通过上下两层间隙不同的管子构成文丘里效应，从而起到促进传质传热的效果。

（3）喷淋层、提效环。浆池浆液通过循环泵提升到喷淋层，经喷嘴雾化喷淋扩散在整个吸收塔截面上，对烟气进行洗涤，吸收烟气中的SO2等酸性气体和部分粉尘。喷淋层一般由喷淋主管、支管及喷嘴组成。

在每层喷淋层的下方设置有防边壁效应的挡板，其作用是防止烟气在塔壁处“短路”而降低脱硫及除尘效率，使烟气向塔中心区域流动。提效环还可以保护吸收塔壁板免受喷嘴的直接冲刷，避免塔壁被喷淋浆液腐蚀穿孔。

（4）除雾器。除雾器的作用是拦截净烟气中的雾滴，防止雾滴中溶解盐和固体颗粒排入大气及腐蚀下游烟道和设备。除雾器通常采用机械式，利用惯性碰撞的原理捕获拦截雾滴。含高浓度雾滴的烟气流经除雾器弯折的叶片时，由于惯性作用产生碰撞，绝大多数雾滴被除雾器叶片拦截，由于重力作用落入浆池，以此实现雾滴和烟气的分离。叶片上黏附的固体等杂质在冲洗喷嘴的冲洗下得到洁净，保证除雾器的效率得到恢复。

除雾器的形式一般有平板式或屋脊式，根据吸收塔对除雾和粉尘排放的要求进行选择。平板式可满足出口雾滴浓度≤50mg/Nm3，粉尘排放＜30mg/m3的要求。屋脊式可满足出口雾滴浓度≤20mg/Nm3，粉尘排放＜5mg/m3的要求。

2 吸收塔本体钢结构选型设计

2.1 吸收塔直径

吸收塔直径按烟气在塔内流速取3～3.5m/s进行选型。计算公式：v=Q/3600/(3.14×D×D/4)，式中v为烟气在塔内流速，m/s；Q为吸收塔出口烟气量（工况、湿基、实际氧），m3/h；D为吸收塔直径，m。

2.2 浆池高度

吸收塔浆池高度根据循环浆液量、循环浆液停留时间和石膏排出停留时间确定。循环浆液量是指喷淋层去除烟气中SO2所需的喷淋浆液量。循环浆液停留时间是浆池容积与循环浆液量的比值，一般取3～3.5min，由此可得出浆池容积。石膏排出停留时间是指浆池容积与石膏排出量的比值，一般须大于16h。根据循环浆液停留时间算出的浆池容积，需核算石膏排出停留时间是否满足要求，若不满足，则适当增加浆池容积。再根据吸收塔直径可得出浆池高度（正常液位）。浆池高度一般取7～11m，若算出的高度大于11m，可考虑做变径塔（此时浆池高度不大于8m），以控制浆池高度在取值范围内。吸收塔浆池的设计高度为最高液位（正常液位+1～1.2m）。

2.3 吸收塔入口

按烟气流速取14～15m/s选型吸收塔入口截面积，计算公式：v=Q/3600/A，式中v为烟气流速，m/s；Q为吸收塔入口烟气量（工况、湿基、实际氧），m3/h；A为吸收塔入口截面积，m2，A=宽×高。吸收塔入口宽度取吸收塔直径的2/3～3/4，高度宜大于1.4m。吸收塔入口结构为斜向下进口，角度为10～20°，同时，烟道应伸入塔内150mm。

2.4 整流层

整流层第一层支撑梁顶面与吸收塔入口顶板的距离一般大于1.2m。若采用托盘，一般只设置一层。若采用管栅，一般设2～3层，每层管栅间距1m。根据托盘或管栅的详细设计及结构计算确定支撑梁数量、型号、间距。

2.5 喷淋层、提效环

喷淋层一般为3～5层，最低层喷淋层中心距离最顶层整流层支撑梁顶面的距离为1.6～1.8m，喷淋层间距通常为1.6～1.8m，最大可取2m。根据喷淋层的详细设计设置相应的支撑梁。

提效环与每层喷淋层对应设置，位于喷淋层中心下方600mm左右，具体以不会干涉吸收塔上的管口、人孔门为原则进行调整。

2.6 除雾器层

第一级除雾器支撑梁顶面距离最顶层喷淋层中心的距离一般大于3m，除雾器的间距一般为2m，顶层除雾器支撑梁顶面距离吸收塔出口底板的距离一般大于3.5m。每层除雾器支撑梁的数量、型号、间距根据除雾器厂家提资要求设置。

2.7 吸收塔出口

按烟气流速取14～15m/s选型吸收塔出口截面积，计算公式同吸收塔入口。吸收塔出口一般分为顶出式和侧出式。顶出式是在吸收塔顶部圆锥后设置一个90°弯头，该种形式有利于出口烟气流场的分布，但吸收塔总高度较高，一般用于塔径5m以下的吸收塔。侧出式（如图一）是在吸收塔顶部直接设置一个水平烟道，该种形式流场分布一般，但吸收塔高度较低，一般用于塔径5m以上的吸收塔。

3 结语

本文分析研究了吸收塔塔体关键参数的选型和设计，得出了吸收塔塔体钢结构的设计方法，为吸收塔的设计选型提供了技术支持和理论支撑。