湿法脱硫工艺吸收塔的设计选型

　　导读：在湿法脱硫工艺中，吸收塔是一个核心部件，一个湿法脱硫工程能否成功，关键看吸收塔、塔内件及与之相匹配的附属设备的设计选型是否合理可靠。在脱硫工程中运行阻力小、操作方便可靠的吸收塔和塔内件的布置形式，将具有较大的发展前景。
　　
　　目前，在国内的脱硫工程中，应用较多的吸收塔塔型有喷淋吸收空塔、托盘塔、液柱塔、喷射式鼓泡塔等。国内学者曾在实验室里对各种塔型做了实验测试,从测试情况看，在塔内烟气流速相同的情况下，喷淋吸收空塔的系统阻力zui小，液柱塔的阻力次之，托盘塔的阻力相对较大。
　　
　　喷淋吸收空塔主要工艺设计参数
　　
　　（1）烟气流速
　　
　　在保证除雾器对烟气中所携带水滴的去除效率及吸收系统压降允许的条件下，适当提高烟气流速，可加剧烟气和浆液液滴之间的湍流强度，从而增加两者之间的接触面积。同时，较高的烟气流速还可持托下落的液滴，延长其在吸收区的停留时间，从而提高脱硫效率。
　　
　　另外，较高的烟气流速还可适当减少吸收塔和塔内件的几何尺寸，提高吸收塔的性价比。在吸收塔中，烟气流速通常为3～4.5m/s。许多工程实践表明，3.6m/s≤烟气流速（110%过负荷）≤4.2m/s是性价比较高的流速区域。
　　
　　（2）液气比(L/G)
　　
　　L/G决定了SO2的吸收表面积。在吸收塔中，喷淋雾滴的表面积与浆液的喷淋速率成一定的比例关系。当烟气流速确定以后，L/G成为了影响系统性能的zui关键变量，这是因为浆液循环率不仅会影响吸收表面积，还会影响吸收塔的其他设计，如雾滴的尺寸等。L/G的主要影响因素有：吸收区体积、SO2的去除效率、吸收塔空塔速率、原烟气的SO2浓度、吸收塔浆液的氯含量等。
　　
　　根据吸收塔吸收传质模型及气液平衡数据计算出液气比(L/G)，从而确定浆液循环泵的流量。
　　
　　美国能源部编制的FGD－PRISM程序的优化计算，L/G以15L/m3为宜，此时，SO2的去除效率已接近100％。L/G超过15.5L/m3后，脱硫效率的提高非常缓慢，而且提高L/G将使浆液循环泵的流量增大，增加循环泵的设备费用，同时还会提高吸收塔的压降，加大增压风机的功率及设备费用。
　　
　　（3）吸收塔浆池尺寸
　　
　　吸收塔浆池尺寸可通过以下工艺设计参数确定：
　　
　　1）石膏颗粒（晶种）生长的停留时间
　　
　　湿法脱硫系统中，亚硫酸钙、硫酸钙的析出是在循环浆液的固体颗粒（晶种）表面上进行的，为了晶体的生长和结晶，循环浆池里的石膏颗粒必须有足够的停留时间，反应时间也必须足够长。停留时间的计算公式为：
　　
　　ＲＴ＝（Ｖ×ρ×SC）/TSP
　　
　　其中：RT—停留时间（min）；TSP—石膏成品产量（干基）(kg/min)；Ｖ—浆池体积（m3）；ρ—浆液密度（kg/m3）；SC—浆液含固量（%）。如生产的石膏要在水泥或石膏行业使用，FGD的石膏成品含水量必须<10%，石膏必须结晶成平均直径为35～50μm的立方晶体，停留时间必须>15小时。对于抛弃系统，由于石膏成品要被抛弃，石膏成品含水量可>15%，这样系统的停留时间可缩小到10小时左右。
　　
　　2）石灰石溶解的停留时间
　　
　　如要求吸收塔内的石灰石充分溶解，则石灰石在循环浆池内必须有足够长的停留时间。一般来说，石灰石的停留时间须>4.3min。石灰石溶解的停留时间按下式计算：
　　
　　T=V/（N×RF）其中：T—停留时间（min）；Ｖ—浆池体积（m3）；N—循环泵数；RF—单台循环泵流量（m3/h）。
　　
　　3）氧化反应的体积和氧气从空气转移到液体的深度氧气从空气转移到液体的深度，是指吸收塔浆液池内释放氧化空气的曝气管或喷枪的位置。亚硫酸盐或亚硫酸氢盐的氧化分为两部分，一部分是吸收塔内烟气中的氧气进入浆液液滴的自然氧化，另一部分是空气通过曝气管网进入浆液池后的强制氧化。
　　
　　具体计算时，应先根据烟气中的氧气含量和SO2入口浓度，确定自然氧化和强制氧化的比例，计算出强制氧化SO2需要的理论空气量，再考虑一定的空气富裕量，即氧硫比β。
　　
　　实际空气用量计算公式:
　　
　　实际空气[(kg/min)]=计算氧化空气[(kg/min)]×氧硫比(β)
　　
　　根据以上1）、2），并结合3）可计算出吸收塔浆池的体积，取zui大值后根据直径计算出浆液池高度，再根据理论氧化空气量和氧硫比β计算出实际空气用量。
　　
　　以上扼要介绍了湿法脱硫中较为常见的吸收塔—喷淋空塔及塔内件的设计要求、结构参数和材料的选择原则。