湿法FGD系统中几种常用的SO2吸收塔

        (1．内蒙古工业大学能动学院；2. 内蒙古工业大学电力学院，内蒙古 呼和浩特 010000)
摘 要：文中分别介绍了喷淋塔、填料塔、喷射鼓泡塔、双回路塔四种基本SO2吸收塔的结构及其特点。 
关键词：烟气脱硫；喷淋塔；填料塔；喷射鼓泡塔；双回路塔
中图分类号：TM628  文献标识码：C  文章编号：1007—6921(2007)06—0103—02 
      FGD技术按其脱硫方式以及脱硫反应产物的形态可分为湿法、干法及半干法。湿法脱硫工艺应用最多，占脱硫总装机容量的83.02%〔1〕。湿法烟气脱硫装置一般由吸收剂制备系统、烟气系统、SO2吸收系统、副产品处理系统等组成。吸收塔是脱硫装置的核心设备，它的结构设计优劣直接关系到脱硫效率的高低，常见的有喷淋塔、填料塔、喷射鼓泡塔和双回路塔四种类型。
1 喷淋塔

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                 图1 喷淋塔结构简图
      喷淋塔又称空塔或喷雾塔，是石灰石—石膏法工艺的主流塔形。其结构见图1。塔内分为喷淋区、氧化区和除雾区。喷淋区高度一般为5～15m，接触时间约为2～5s，有3～4个喷淋联管，每个联管都装有很多雾化喷嘴，交叉布置；氧化区的功能是接受和贮存脱硫剂，溶解石灰石，鼓风将CaSO₃氧化成CaSO₄，并结晶生成石膏〔2〕。喷淋塔的工作过程是：石灰石浆液通过雾化喷嘴形成雾滴，均匀地喷淋于塔中；进入吸收塔的烟气与自由移动的液滴紧密接触(一般是以逆流方式布置，且不设气流限制装置)；净化后的烟气所携带的液态雾滴由除雾器捕获。
      喷淋塔结构简单，对煤种、锅炉负荷变化适应能力强，脱硫效率调节容易，维护方便且不易结垢和堵塞。
      近年来，国外正在开发高速塔，将塔内烟气速度大幅度提高（可达6m/s以上），因而塔径减小，节约了投资。但如果吸收塔入口段设计不合理，其脱硫效率将受气流分布不均的影响，且石灰石浆液循环泵的能耗也较大〔3〕。
2 填料塔
      填料塔主要有两种类型：格栅填料塔和湍球塔。图2所示的是采用塑料格栅做填料的格栅填料塔。格栅填料塔是在塔内放置格栅填料，浆液循环泵将石灰石浆液送到溢流型喷嘴，浆液溢流到格栅上，烟气顺流进入吸收塔，在格栅上气流和浆液充分接触传质，完成二氧化硫的吸收过程，从而达到脱硫的目的；湍球塔是以气相为连续相的逆向三相流化床，在湍球塔的两层栅栏之间装有许多填料球（通常为聚乙烯或聚丙烯注塑而成的空心球），如图3所示。烟气由烟道进入塔的下部，填料球处于均匀流化状态，吸收剂自上而下均匀喷淋，润湿小球表面，进行吸收。由于气、液、固三相接触，小球表面的液膜不断更新，增强了气、液两相的接触和传质，达到高效脱硫和除尘的目的。
      格栅填料塔的优点是采用溢流型喷嘴，循环泵能耗较低，喷嘴的磨损情况大为缓解；其缺点是格栅容易被CaSO₄•2H₂O及CaSO₄堵塞，需定时清洗，维护费用较高。
      湍球塔具有处理烟气量大、稳定性好、吸收率高、占地面积小、造价低廉、操作容易、维护简单方便等特点，可用于各种条件下的烟气脱硫。但其阻力较大，需要定期更换填料球。
3 喷射鼓泡塔
      喷射鼓泡塔又称气体喷射鼓泡塔或喷射鼓泡反应器、它是在普通鼓泡塔的基础上发展起来的。喷射鼓泡塔原理示意图如图4所示。烟气通过喷射管以一定压力进入脱硫液中，形成一定高度的喷射气泡层，可省去再循环泵和喷淋装置。净化后的烟气经上升管进入混合室，除雾后排放。
      与其他吸收塔不同之处在于，在鼓泡塔中，脱硫剂成为连续相，烟气成为分散相，从而大大降低了传质阻力，加快了反应速率，增大了装置处理能力。喷射鼓泡塔不仅能满足气液固三相反应的要求，且具有压强损失小，不易结垢，不易堵塞，不易磨损，造价低，适应性强，除尘效率高的特点。
      喷射鼓泡塔同时存在吸收过程动力消耗过大、烟气温度降低太多、设备需作防腐处理的特点〔4〕。

4 双回路塔 
      双回路塔采用单塔两段工艺，即在塔内分为吸收塔上段和吸收塔下段，并且上下两段分别配置各自独立的浆液循环泵，如图5所示。下段作为预冷区，并进行一级脱硫，控制较低的pH值，防止结垢和提高吸收剂的利用率；上段为吸收区，其排水经集液斗引入塔外另设的加料槽，在此加入新鲜石灰石浆液，维持较高的pH值，以获得较高的脱硫率〔5〕。
      在同一吸收塔中将两个反应区域分开，使各个反应过程都能得到最佳的化学反应条件，并且通过控制pH值，避免了硫酸钙过饱和波动引起的结垢和堵塞；吸收塔下段循环浆液pH值保持在4.5左右，有利于石膏的生成，也有利于提高石灰石的利用率，并使亚硫酸氢根几乎全部就地氧化为硫酸根，进而以石膏的形式结晶析出；在吸收塔下段，烟气中的HCl和HF被除去，因此，在吸收塔的上下两段可采用不同的防腐材质，从而节省投资；吸收液中形成的亚硫酸钙是非常有效的缓冲剂，使溶液的pH值不随烟气中的SO₂浓度的波动而变化〔6〕。
5 结束语
      以上四种塔形是最基本的SO₂吸收塔，很多塔形如Noell-KRC双回路塔、ABB逆流喷淋吸收塔、PureAir格栅填料吸收塔都是在这四种塔形的基础上发展起来的。我国现阶段应用的烟气脱硫设备大部分是从国外引进的，存在工程投资大、运行费用高、占地面积大的问题。针对这些问题，需要脱硫工作者在消化、吸收国外先进脱硫技术和设备的基础上，开发出适合我国国情的脱硫设备，加速我国烟气脱硫的进程，使脱硫技术真正有效的应用到实际中。
［参考文献］
［1］ 冯玲，杨景玲，等.烟气脱硫技术的发展及应用现状［J］.环境工程，1997，15（2）：19.
［2］ 李广超，傅梅绮.大气污染控制技术［M］.化学工业出版社，2004：5～6.
［3］ 阎维平,刘忠，等.电站燃煤锅炉石灰石湿法烟气脱硫装置运行与控制［M］.北京：中国电力出版社，2005:51.
［4］ 郝吉明，王书肖，等.燃煤二氧化硫污染控制技术手册［M］. 北京：化学工业出版社，2001：297.
［5］ 钟秦.燃煤烟气脱硫脱硝技术及工程实例［M］.北京：化学工业出版社，2002：69.
［6］ 阎维平,刘忠，等.电站燃煤锅炉石灰石湿法烟气脱硫装置运行与控制［M］.北京：中国电力出版社，2005:40.

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