超高濃度SO2廢氣治理工藝設計及應用

梁 磊

(江蘇一環集團有限公司，江蘇 宜興 214206)

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開發與應用

超高濃度SO2廢氣治理工藝設計及應用

梁 磊

(江蘇一環集團有限公司，江蘇 宜興 214206)

山東某化工企業一生產線產生超高濃度SO2廢氣，要求利用廠區廢棄干基電石渣為脫硫劑，實現廢氣脫硫凈化處理。選用兩級旋流板塔結合一級噴淋空塔形成三塔串聯的脫硫工藝路線，闡述了旋流板塔和噴淋空塔內部結構原理，并對系統運行效果進行分析。結果表明，原廢氣SO2含量為68 459～71 246 mg/Nm3時，經兩級旋流板塔和一級噴淋空塔脫除后，凈氣SO2含量可降至200 mg/Nm3以下，脫硫效率高達99.8%以上，為今后同類工程設計及應用提供參考。

超高濃度SO2；電石渣；廢氣脫硫；旋流板塔；噴淋空塔；三塔串聯

近年來，霧霾天氣的發生較為頻繁，嚴重影響了人們的生活和健康，國家對大氣污染的控制要求越來越嚴格。燃煤電廠煙氣SO2排放量較大，大部分采用成熟的濕法脫硫工藝[1-3]，SO2已得到較好的控制。部分化工企業生產線產生的廢氣亦含有SO2，且濃度很高，治理難度大，可借鑒的工藝技術路線和工程案例均較少。本文結合工程實例，介紹三塔串聯脫硫工藝，結合旋流板塔和噴淋空塔技術，實現超高濃度SO2煙氣達標排放，為今后同類工程設計及應用提供參考。

1 工程概況

山東某化工企業一生產線產生的廢氣含有SO2、HF等，煙氣參數如表1所示。原煙氣SO2含量高達70 000 mg/Nm3左右，脫硫后SO2排放濃度要求達到200 mg/Nm3以下，脫硫效率需達到99.7%以上，滿足《火電廠大氣污染物排放標準》(GB 13223—2011)的要求。

表1 煙氣工藝參數

2 工藝確定

結合目前研究現狀及工程實際應用案例，采用濕法脫硫技術可取得較高脫硫效率，但對于超高濃度SO2的脫除，相關報道及工程案例較少。原煙氣中HF含量較低(僅為80 mg/Nm3左右)，常規的濕法脫硫過程中可將其協同脫除，易滿足排放要求，因此，本工程的難點為SO2的脫除。采用鈣基脫硫劑(如氧化鈣、氫氧化鈣、石灰石、電石渣等)[4]，結合單塔雙循環、雙塔、托盤塔等技術，選用較大液氣比，也很難達到SO2達標排放；采用高濃度強堿(如氫氧化鈉、氫氧化鉀等)結合填料塔進行吸收，技術上具有可行性，但強堿脫硫劑價格高昂[5]，運行成本高，且生成的副產物為可溶性的硫酸鹽或亞硫酸鹽，回收利用受到限制。多位專家結合工程實際，通過技術、經濟對比篩選，決定采用兩級旋流板塔結合一級噴淋空塔形成三塔串聯的脫硫工藝路線，如圖1所示。

煙氣統一收集后，由引風機送入一級旋流板塔，塔內設兩級旋流裝置，對應配置2臺循環泵，流量為300 m3/h，液氣比約為5.7 L/Nm3。噴淋液為電石渣漿液[6]，上層旋流裝置上方設兩級平板式除霧器，用于脫除脫硫后廢氣中的霧滴。經一級旋流板塔處理后廢氣進入二級旋流板塔，兩塔結構及配置均相同。二級旋流板塔出口廢氣進入三級噴淋空塔，噴淋空塔設4層噴淋，對應設置4臺流量500 m3/h的循環泵，脫硫液氣比約為19.1 L/Nm3。噴淋空塔脫硫后凈氣經上部兩級除霧器去除霧滴后，送至煙囪，排入大氣。

三級塔共用脫硫循環池，循環池內脫硫漿液pH值控制在8.0～9.0，若降低，及時補充電石渣漿液。循環池漿液密度達到1 150 kg/m3時，經排出泵送至板框壓濾機脫水，脫水后濾餅外運處理，濾液返回至循環池再利用。

2.1 旋流板塔

旋流板塔由下至上分別為煙氣進口、旋流裝置、供漿裝置、除霧器及煙氣出口等，起到脫硫作用的核心部件為旋流裝置[7]，結構如圖2所示。

脫硫塔直徑設計為3.5 m，空塔氣速3.5 m/s。外部圓柱形筒體及內部圓柱形芯子規格分別為D2.3 m×H1.2 m和D0.4 m×H0.2 m。外部圓柱形筒體空腔氣速約8 m/s，旋流板葉片類似于等腰梯形，上邊、下邊及高度分別為80 mm、300 mm和950 mm。葉片平面與水平面夾角為30°，等圓周角固定于外部圓柱形筒體和內部圓柱形芯子之間，共48片。圓柱形芯子頂部設有盲板，脫硫漿液通過中間盲板均勻分配到每個葉片，在葉片的結構部位形成表面積很大的水膜薄液層，增大了氣液接觸面積，大大提高了漿液吸收SO2的能力。

2.2 噴淋空塔

噴淋空塔是目前最為常用的一種濕法脫硫塔型[8]，主要由下部進氣口、中部噴淋層、除霧器及上部出氣口等組成，脫硫核心部件為噴淋層，結構如圖3所示。噴淋層為主管連接支管，支管分配噴嘴。脫硫漿液自上而下呈霧狀噴淋，與廢氣中的SO2逆流接觸發生酸堿中和反應。脫硫漿液為電石渣漿液，對設備具有較強的腐蝕和磨蝕，因此噴淋管采用雙面襯膠碳鋼管，噴嘴選用碳化硅材質。噴淋層采用單元制設計，共4層，對應設置4臺循環泵，上下層間距為2 m，交錯30°布置，噴淋覆蓋率為200%～300%。

圖1 三塔串聯脫硫工藝流程

圖2 旋流裝置結構1———塔體；2———上部縮口；3———外部圓柱形筒體；4———內部圓柱形芯子；5———旋流葉片；6———下部縮口

圖3 噴淋層結構

3 運行效果分析

三塔串聯脫硫系統操作簡單，運行較為穩定，表2為2016年3月15日上午運行班組數據記錄。

由表2可見，原廢氣SO2含量為68 459～71 246 mg/Nm3時，經兩級旋流板塔和一級噴淋空塔脫除后，凈氣SO2含量可降至200 mg/Nm3以下，經計算，脫硫效率高達99.8%以上，滿足環保排放和設計要求。系統調試期間，委托相關檢測機構對凈氣HF含量進行檢測，因其含量低于儀器檢測下限，未能測出，因此認定HF100%去除。

表2 運行數據

4 結論

氫氟酸與玻璃纖維或玻璃鱗片中的二氧化硅發生反應，形成SiF4氣體而揮發掉，破壞其結構，因此旋流板塔、風管、噴淋空塔不適宜采用玻璃鋼或碳鋼內襯玻璃鱗片[9]的防腐形式。

三塔串聯脫硫工藝用于超高濃度SO2的脫除，循環漿液pH值較多控制在堿性環境，即需要較大的鈣硫比[10]才能達到較高脫硫效率，滿足SO2達標排放，但堿性環境不利于亞硫酸鈣氧化，脫水后脫硫副產物含水率及殘余電石渣含量較高的問題有待于進一步研究。

[1] 梁 磊. 火電廠脫硫系統石膏脫水困難案例分析及對策[J]. 中國電力,2013,46 (1) : 99-102．

[2] 梁 磊. 三爐一塔濕法脫硫煙氣系統改造應用[J].東北電力技術, 2015，36(1)：59-62．

[3] 薛建明,王小明,劉建民. 濕法煙氣脫硫設計及設備選型手冊[M]. 北京:中國電力出版社,2011:7-9．

[4] 梁 磊. 鈣基強堿—石膏濕法煙氣脫硫改進工藝探討[J]. 東北電力技術，2016，37 (9) : 49-52．

[5] 梁 磊. 鈉鈣雙堿法脫硫工藝改進應用[J].電力科學與工程，2014，30 (6) : 11-15．

[6] 梁 磊. 電石渣—石膏濕法煙氣脫硫工藝技術研究[J]. 中國電力，2016，49 (6) : 166-169．

[7] 劉學濱, 穆泰勤. 旋匯耦合脫硫裝置:02282243.7[P]. 2002-10-16.

[8] 梁 磊. 脫硫塔噴淋區防護設計及應用[J]. 東北電力技術，2016，37 (8) : 38-41．

[9] 梁 磊. 乙烯基酯樹脂鱗片材料在火電廠氨法煙氣脫硫系統中的應用[J].腐蝕與防護, 2012,33(2):167-170．

[10] 梁 磊. 高濃度SO2石灰石—石膏濕法脫硫系統升級改造及應用[J]. 電力科學與工程, 2016,32(4):71-74．

Design and Application of Ultra High Concentration SO2Exhaust Gas Treatment Process

LIANG Lei

(Jiangsu Yihuan Group Co., Ltd., Yixing，Jiangsu 214206，China)

The production of ultra high concentration SO2exhaust gas from a production line of a chemical enterprise in Shandong.Using waste dry base carbide slag as desulfurization agent to realize the purification of exhaust gas was required. Route selection of two stage swirl plate tower with a spraying empty tower to form three towers in series desulfurization process line, swirl plate tower and spraying empty tower internal structure and the system principle were described, and operation effect was analyzed. The result of the original gas SO2content was 68 459～71 246 mg/Nm3, by the two stage swirl plate tower and a spraying empty tower after the removal, the SO2content of net gas could be reduced to 200 mg/Nm3below, desulfurization efficiency high reached above 99.8%, to provide a reference for the future design and application of similar projects.

ultra high concentration SO2；carbide slag；exhaust gas desulfurization; swirl plate tower；spraying empty tower；three towers in series

X773

A

1004-7913(2017)06-0030-03

梁 磊(1984)，男，碩士，工程師，從事煙氣脫硫、脫硝工程設計及新技術研發工作。

2017-02-29)