高效管道式玻璃钢脱硫塔的设计

郭丽华

（中国瑞林工程技术股份有限公司，江西南昌 330031）

目前，世界上已研究开发的烟气脱硫技术达200多种，国内外使用较多的是石灰石/石灰-石膏法、再生胺法、钠碱法、氨酸法和活性炭干法等烟气脱硫技术。按脱硫副产品分类，脱硫技术又分为抛弃法和回收法2种。回收法工艺种类较多，应用于工业化生产有10余种，在国内有色冶金行业应用相对成熟的脱硫方法有再生胺法、氧化锌-酸解法、氨酸法等。氧化锌-酸解法基本原理为通过某种特定的脱硫剂对烟气中所含SO2进行吸附脱除，产生富含SO2的脱硫产物，再通过加热或酸解解吸出脱硫产物中的SO2气体，用于生产硫酸或液体SO2，再生后的脱硫剂回用于前段SO2脱除工序。

某铅锌冶炼厂烟气中SO2浓度较高，采用氧化锌-酸解法对烟气进行脱硫处理。回转窑烟气中含重金属、氟、碳等多种杂质，直接排放或简单处理无法满足GB 25466—2010《铅、锌工业污染物排放标准》中规定的处理后排放气体ρ(SO2)≤200 mg/m3的要求，需进行烟气脱硫处理。在考虑利用该厂锌资源的前提下，经冶炼厂和设计单位多方考察、研究、比较后，技术人员决定回转窑烟气治理改造采用技术成熟可靠的氧化锌-酸解法组合式两段脱硫工艺。由于回转窑烟气SO2浓度较高，且尘、氟含量也较高，为达到脱硫排放指标，该脱硫装置采用两级高效管道式玻璃钢脱硫塔。

1 高效管道式玻璃钢脱硫塔的工作原理

高效管道式玻璃钢脱硫塔的工作原理是烟气先从工艺管道输送至脱硫塔顶部一侧，与侧面进入的自下而上的氧化锌浆液接触，待气液充分反应后，SO2与氧化锌发生化学反应生成ZnSO3，最终使二氧化硫脱除率超过98.6%。反应后的气体自脱硫塔顶部的另一侧通过工艺管道输送至尾气烟囱达标排放。

2 高效管道式玻璃钢脱硫塔设计技术参数

高效管道式玻璃钢脱硫塔设计技术参数见表1。

表1 高效管道式玻璃钢脱硫塔设计技术参数

3 高效管道式玻璃钢脱硫塔结构特点

高效管道式玻璃钢脱硫塔结构示意见图1。

图1 高效管道式玻璃钢脱硫塔结构示意

高效管道式玻璃钢脱硫塔采用塔槽一体式结构，入口管采用耐高温玻璃钢材质增强设备耐腐蚀性能，下部为循环液槽，上部为气液分离段。一般塔体底部设计成平底结构，在塔体底部填充树脂沙浆，填充时呈斜坡，最后在树脂沙浆层上覆盖玻璃钢。这样的斜坡结构有利于出液和排污，防止酸泥沉淀。鉴于回转窑硫酸锌浆液极易粘附、沉淀并堵塞管道，高效管道式玻璃钢脱硫塔塔体的底部设计成锥形底结构（见图2），并在塔体下部的循环液槽均匀设置3台功率为4 kW的侧壁搅拌器，以防止循环液中固相物的沉淀、结块，均化循环液pH值，降低脱硫剂的损失和减少设备结垢。侧壁搅拌器采用特殊合金制造，适用于固相物易粘附、沉淀、结块等复杂工况条件下的液体搅拌。

图2 锥形塔底结构

与一般大型脱硫装置采用进口侧壁搅拌器不同，该脱硫塔采用国产侧壁搅拌器，在保证可靠性的同时可大大降低设备采购价格。为避免氧化锌法脱硫因操作不当造成结垢和堵塞等问题，该脱硫塔采用大口径喷嘴。通常情况下，脱硫塔上部塔体设置1层除沫器。鉴于铅锌冶炼厂工况烟气中不仅含有重金属、氟、碳等多种杂质，且硫酸锌浆液极易沉淀、结块并粘附在折流板上，为保证设备持续稳定运行，使气体洁净排放，塔体上部设置2层折流板除沫器（见图3）分离气体中的液沫。除沫装置采用聚丙烯（PP）材质，既能满足气液分离的要求，也不容易发生堵塞现象。折流板除沫器下方设有清洗装置（见图4），定时清洗折流板和除沫器上的污垢，防止堵塞管道。为加强冲洗效果，两层除沫器之间的清洗装置设计成上、下双向冲洗方式。

图3 除沫器

图4 清洗装置

4 脱硫塔制造要求

4.1 设备成型工艺

手糊拼装成型法劳动强度大，工作效率低，铺层不够均匀，厚度不一，随着工业发展，玻璃钢设备制造由机械缠绕成型法逐步代替了手糊拼装成型法。机械缠绕成型的设备不仅具有厚度均匀、外观平滑、线型美观、精确度高、操作方便的优点，且更耐腐蚀，比手糊拼装法具有更优异的弯曲强度和弹性模量等物理力学性能，设备使用寿命也更长。相对于手糊拼装法，在设备造价上，机械缠绕成型法不仅能节省树脂材料，而且降低了劳动强度，节约人力成本。

4.2 材料选择

脱硫塔塔体工作温度约52 ℃，考虑到工程经济性，树脂材料选用MFE-2树脂或同等性能树脂。具体铺层顺序如下：

1）内表面耐蚀层采用MFE-2树脂或同等性能树脂，增强材料采用聚酯布与聚酯毡。内表面耐蚀层的作用是耐温、防腐、防渗漏。

2）次内表面耐蚀层采用MFE-2树脂或同等性能树脂，增强材料采用无碱无捻玻璃纤维布（厚度小于0.16 mm）与玻璃纤维短切毡，树脂质量分数在70%～80%，厚度约2 mm。次内表面耐蚀层的作用是保护内表层不因压力影响而产生裂纹，发生进一步渗漏。

3）增强结构层采用MFE-2树脂或同等性能树脂，增强材料采用中碱无捻玻璃纤维布与玻璃纤维短切毡，树脂质量分数为(35±5)%。该增强结构层的作用是保护内层与承受载荷。

4）耐候层采用34#不饱和胶衣树脂，增强材料采用玻璃纤维表面毡，树脂质量分数大于90%，厚度约1.5 mm，添加紫外线吸收剂。该耐候层的作用主要是防紫外线，同时保护外壁不受外界机械损伤。

4.3 塔体壁厚设计

塔体设计内压p=9 kPa，塔体为内压圆筒受稳定性控制的结构。内压圆筒的轴向计算厚度和环向计算厚度分别按HG/T 20696—2018《纤维增强塑料化工设备技术规范》中5.3.1的规定计算，取二者最大值作为内压圆筒的计算厚度。根据现场施工的加工误差和下部塔体储液等诸多因素，对应考虑不同的壁厚附加量。

4.4 接管的设计

设备接管的外伸长度，即接管外法兰面距离设备内壁的长度，示意见图5。

图5 接管外伸长度示意

接管外伸长度L根据接管公称直径DN进行取值：当DN≤50 mm时，L=150 mm；当50 mm＜DN＜600 mm时，L=180 mm；当DN≥600 mm时，L=250 mm。当DN≤150 mm时，须设置筋板加固，一般均匀设置4块筋板即可；当DN＞150 mm时，接管无需设置筋板加固。

5 结语

高效管道式玻璃钢脱硫塔已成功应用于某铅锌冶炼厂回转窑烟气治理改造项目。正常操作条件下，脱硫塔烟气出口ρ(SO2)为21.4 mg/m3，脱硫效果优于预期。脱硫塔的稳定运行大大降低了工厂SO2及粉尘的排放量，节省了脱硫剂的使用量，提高了企业的经济效益和环境效益，同时增强了企业的市场抗风险能力。高效管道式玻璃钢脱硫塔取得了满意的脱硫效果，为今后国内铅锌冶炼厂同类型脱硫塔的设计与制造提供了参考和借鉴。