氨法脱硫中脱硫塔设计技术要点分析

余召霞

(江苏德义通环保科技有限公司，江苏 南京 210031)

随着工业经济的不断发展，环境日益恶化，化工厂、燃煤电厂等所排放烟气中的SO2是造成大气污染的重要因素之一。近年来，我国对环境治理的要求越来越高，新建燃煤设施全部配套建设脱硫装置，脱硫效率达95%以上。脱硫塔是氨法脱硫中的核心设备，本文就某化工有限公司1×50 t/h+5×20 t/h共6台燃气锅炉，新建烟气脱硝、脱硫及除尘改造EPC总承包工程项目中脱硫塔的设计要点进行了分析说明。

根据项目特点及工艺需求，本项目需2台脱硫塔，外形尺寸为φ7 500 mm×42 200 mm。脱硫单元采用直排烟囱，两脱硫塔烟气出口之间设置汇总烟道至烟囱。考虑到工程造价的经济性、硫酸铵介质的腐蚀性及运输等原因，氨法脱硫中的脱硫塔采用碳钢及塔内玻璃鳞片防腐，且在现场制作。

1 脱硫塔底板设计

脱硫塔质量为百吨级别，沉降对塔内的玻璃鳞片防腐会产生不利影响[1]，因此，如何将脱硫塔整体安装到土建基础上是首要考虑的问题。

本项目中，考虑使用环境的风载、地震、外载荷等因素，根据NB/T47041-2014《塔式容器》标准的要求设置若干地脚螺栓，满足脱硫塔在空载及满载情况下的稳定。此外，为保证底板与基础的贴合，将底板与预埋基础型钢焊接并适当开设塞焊孔(见图1、图2)，在前期提土建条件时，基础预埋型钢的大小及间距由设备专业根据底板板幅提给土建。

图1 预埋型钢布置

图2 塞焊孔

2 喷淋层设计

脱硫塔喷淋层又可称为液体分布器，是由喷淋管和喷嘴组成，将液体通过喷淋管均匀分布到每个喷嘴，由喷嘴喷出，与逆向流动的烟气充分接触，SO2污染气体即在此吸收。所有喷嘴应能避免快速磨损、结垢、堵塞及防脱落等问题。塔内部结构设计需充分考虑解决氨的逃逸和烟气带水问题，避免出现烟气二次污染。喷淋系统合理分布各喷淋层的流量、每层的喷嘴流量和数量、喷嘴的雾化粒度、雾化角、喷淋方向、覆盖率及固定方法[2]，确保浆液/水等洗涤介质与烟气充分接触和反应是喷淋层设计部分的重点。

本项目中设置了浓硫铵(1层)、稀硫铵(1层)、吸收液(4层)、水洗(2层)等喷淋层，各喷淋层之间间距在1 500 mm～2 000 mm为宜[3]。塔接管口(套管)采用碳钢衬玻璃鳞片防腐结构，各喷淋层管道采用FRP玻璃钢。喷淋层主管一端通过FRP玻璃钢法兰与塔接管口(套管)连接，主管另一端需根据喷淋层支管的设置合理选择支撑方式，通常在塔壁设置支撑座或在支撑梁之间设置副梁支撑。喷淋层管道各主管、支管尾部需进行封堵，不允许有泄漏发生。

各喷淋管道要求管内外均耐磨蚀，管内同时要求耐浆液腐蚀，管表面要求耐浆液冲刷。喷嘴的布置应保证塔内喷出浆液匀称，避免疏密不均。喷嘴材质采用碳化硅，但各喷淋层因不同作用选择不同型式喷嘴：浓硫铵层采用超大通径切向实心锥喷嘴，稀硫铵及吸收液层采用超大通径螺旋实心锥喷嘴，水洗层采用超大通径SMP实心圆锥喷嘴。喷嘴工作压力、流量、角度、数量等需根据各液/气比需要的浆液量而定。外圈喷嘴采用圆周均布，与塔壁之间留有一定安全距离，减轻喷嘴喷出的浆液对塔壁的冲刷。

3 支撑梁设计

喷淋层各管道一般直径较小、管道较长，在压力作用下，安装在玻璃钢管道上的喷嘴喷浆时易产生抖动现象，加上玻璃钢材料强度不高的特性，就容易引起喷淋层管道疲劳开裂，因此在喷淋管底部设置支撑梁十分必要。但在以往工程实际中，喷淋层底部支撑梁被上部喷嘴喷出的浆液长久冲刷[3]，导致支撑梁表面玻璃防腐鳞片破坏，支撑梁被腐蚀，且这些腐蚀情况难以很快被发现，从而导致出现较严重后果，因此，如何合理布置设计支撑梁也是脱硫塔设计的重要环节。

为方便支撑梁表面防腐，本项目中支撑梁采用碳钢矩形钢或方钢，型钢规格需根据型钢长度、各层型钢受力方式(均布载荷或集中载荷，是否有活载荷等)、载荷大小及内件层的布置等来确定，在支撑梁强度符合使用条件的前提下，其扰度以不大于L/250为宜(L为支撑梁长度)。通常设置2根主梁，再根据塔径及内件的实际分布按需设置若干副梁。为避免出现支撑梁发生腐蚀而不能很快被发现的弊端，考虑将支撑梁穿塔壁结构：在塔壁外侧支撑梁穿透处设置补强板加强塔壁，支撑梁尾部用封板封死，并在封板上开设泄漏检测孔(见图3)，外设保温的脱硫塔，宜设置外伸泄漏检测管结构(见图4)。

图3 检测孔

图4 检测管

支撑梁主梁与副梁的布置要充分考虑喷嘴下沉高度、喷嘴喷射角度，避免出现喷出浆液直接冲刷支撑梁的情况。此外，为保证各喷嘴正常工作条件及喷淋效果，各喷淋层管内浆液流速宜控制在1.5～2.5 m/s(喷淋支管大小由此确定)，因喷淋支管分流，主管需采取变径结构保证各喷淋层内支管的流速。由此会出现支撑主梁在同一标高而支撑副梁不在同一标高的情况，支撑梁在设计时，要考虑此关键点，保证各副梁与主梁焊接，且各梁表面方便做玻璃鳞片防腐。

保证支撑梁的强度，支撑梁应尽量整块供货，确需拼接梁，拼接焊缝布置在梁的1/3均分点附近，不允许在梁的中点或端部200 mm附近有拼接，拼接焊缝最多允许一道。拼接焊缝处应根据NB/T47013—2015《承压设备无损检测》相关标准要求进行无损检测，保证焊接质量。氨法脱硫中除了喷淋层外，通常还需设置集液器、填料、除雾器、氧化分布管等内件层(FRP材质)，所有FRP内件都需要设置支撑梁，这些内件层支撑梁的设计大同小异，此处不再赘述。

4 结语

一台脱硫塔从构思到成功投入生产使用，从设计、采购到施工，重点与难点远不止以上几点，每一个部件、每一个环节都有不同设计要点与难点，有些环节紧密相连。技术人员需不断学习借鉴实际工程中的成功案例，合理选择、优化结构、多方位思考，在每一个环节做到尽善尽美，保证脱硫塔安全有效运行。