高效管道式玻璃鋼脫硫塔的設(shè)計(jì)

郭麗華

（中國(guó)瑞林工程技術(shù)股份有限公司，江西南昌 330031）

目前，世界上已研究開發(fā)的煙氣脫硫技術(shù)達(dá)200多種，國(guó)內(nèi)外使用較多的是石灰石/石灰-石膏法、再生胺法、鈉堿法、氨酸法和活性炭干法等煙氣脫硫技術(shù)。按脫硫副產(chǎn)品分類，脫硫技術(shù)又分為拋棄法和回收法2種?；厥辗üに嚪N類較多，應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)有10余種，在國(guó)內(nèi)有色冶金行業(yè)應(yīng)用相對(duì)成熟的脫硫方法有再生胺法、氧化鋅-酸解法、氨酸法等。氧化鋅-酸解法基本原理為通過某種特定的脫硫劑對(duì)煙氣中所含SO2進(jìn)行吸附脫除，產(chǎn)生富含SO2的脫硫產(chǎn)物，再通過加熱或酸解解吸出脫硫產(chǎn)物中的SO2氣體，用于生產(chǎn)硫酸或液體SO2，再生后的脫硫劑回用于前段SO2脫除工序。

某鉛鋅冶煉廠煙氣中SO2濃度較高，采用氧化鋅-酸解法對(duì)煙氣進(jìn)行脫硫處理?；剞D(zhuǎn)窯煙氣中含重金屬、氟、碳等多種雜質(zhì)，直接排放或簡(jiǎn)單處理無(wú)法滿足GB 25466—2010《鉛、鋅工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定的處理后排放氣體ρ(SO2)≤200 mg/m3的要求，需進(jìn)行煙氣脫硫處理。在考慮利用該廠鋅資源的前提下，經(jīng)冶煉廠和設(shè)計(jì)單位多方考察、研究、比較后，技術(shù)人員決定回轉(zhuǎn)窯煙氣治理改造采用技術(shù)成熟可靠的氧化鋅-酸解法組合式兩段脫硫工藝。由于回轉(zhuǎn)窯煙氣SO2濃度較高，且塵、氟含量也較高，為達(dá)到脫硫排放指標(biāo)，該脫硫裝置采用兩級(jí)高效管道式玻璃鋼脫硫塔。

1 高效管道式玻璃鋼脫硫塔的工作原理

高效管道式玻璃鋼脫硫塔的工作原理是煙氣先從工藝管道輸送至脫硫塔頂部一側(cè)，與側(cè)面進(jìn)入的自下而上的氧化鋅漿液接觸，待氣液充分反應(yīng)后，SO2與氧化鋅發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成ZnSO3，最終使二氧化硫脫除率超過98.6%。反應(yīng)后的氣體自脫硫塔頂部的另一側(cè)通過工藝管道輸送至尾氣煙囪達(dá)標(biāo)排放。

2 高效管道式玻璃鋼脫硫塔設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)

高效管道式玻璃鋼脫硫塔設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 高效管道式玻璃鋼脫硫塔設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)

3 高效管道式玻璃鋼脫硫塔結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

高效管道式玻璃鋼脫硫塔結(jié)構(gòu)示意見圖1。

圖1 高效管道式玻璃鋼脫硫塔結(jié)構(gòu)示意

高效管道式玻璃鋼脫硫塔采用塔槽一體式結(jié)構(gòu)，入口管采用耐高溫玻璃鋼材質(zhì)增強(qiáng)設(shè)備耐腐蝕性能，下部為循環(huán)液槽，上部為氣液分離段。一般塔體底部設(shè)計(jì)成平底結(jié)構(gòu)，在塔體底部填充樹脂沙漿，填充時(shí)呈斜坡，最后在樹脂沙漿層上覆蓋玻璃鋼。這樣的斜坡結(jié)構(gòu)有利于出液和排污，防止酸泥沉淀。鑒于回轉(zhuǎn)窯硫酸鋅漿液極易粘附、沉淀并堵塞管道，高效管道式玻璃鋼脫硫塔塔體的底部設(shè)計(jì)成錐形底結(jié)構(gòu)（見圖2），并在塔體下部的循環(huán)液槽均勻設(shè)置3臺(tái)功率為4 kW的側(cè)壁攪拌器，以防止循環(huán)液中固相物的沉淀、結(jié)塊，均化循環(huán)液pH值，降低脫硫劑的損失和減少設(shè)備結(jié)垢。側(cè)壁攪拌器采用特殊合金制造，適用于固相物易粘附、沉淀、結(jié)塊等復(fù)雜工況條件下的液體攪拌。

圖2 錐形塔底結(jié)構(gòu)

與一般大型脫硫裝置采用進(jìn)口側(cè)壁攪拌器不同，該脫硫塔采用國(guó)產(chǎn)側(cè)壁攪拌器，在保證可靠性的同時(shí)可大大降低設(shè)備采購(gòu)價(jià)格。為避免氧化鋅法脫硫因操作不當(dāng)造成結(jié)垢和堵塞等問題，該脫硫塔采用大口徑噴嘴。通常情況下，脫硫塔上部塔體設(shè)置1層除沫器。鑒于鉛鋅冶煉廠工況煙氣中不僅含有重金屬、氟、碳等多種雜質(zhì)，且硫酸鋅漿液極易沉淀、結(jié)塊并粘附在折流板上，為保證設(shè)備持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，使氣體潔凈排放，塔體上部設(shè)置2層折流板除沫器（見圖3）分離氣體中的液沫。除沫裝置采用聚丙烯（PP）材質(zhì)，既能滿足氣液分離的要求，也不容易發(fā)生堵塞現(xiàn)象。折流板除沫器下方設(shè)有清洗裝置（見圖4），定時(shí)清洗折流板和除沫器上的污垢，防止堵塞管道。為加強(qiáng)沖洗效果，兩層除沫器之間的清洗裝置設(shè)計(jì)成上、下雙向沖洗方式。

圖3 除沫器

圖4 清洗裝置

4 脫硫塔制造要求

4.1 設(shè)備成型工藝

手糊拼裝成型法勞動(dòng)強(qiáng)度大，工作效率低，鋪層不夠均勻，厚度不一，隨著工業(yè)發(fā)展，玻璃鋼設(shè)備制造由機(jī)械纏繞成型法逐步代替了手糊拼裝成型法。機(jī)械纏繞成型的設(shè)備不僅具有厚度均勻、外觀平滑、線型美觀、精確度高、操作方便的優(yōu)點(diǎn)，且更耐腐蝕，比手糊拼裝法具有更優(yōu)異的彎曲強(qiáng)度和彈性模量等物理力學(xué)性能，設(shè)備使用壽命也更長(zhǎng)。相對(duì)于手糊拼裝法，在設(shè)備造價(jià)上，機(jī)械纏繞成型法不僅能節(jié)省樹脂材料，而且降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)約人力成本。

4.2 材料選擇

脫硫塔塔體工作溫度約52 ℃，考慮到工程經(jīng)濟(jì)性，樹脂材料選用MFE-2樹脂或同等性能樹脂。具體鋪層順序如下：

1）內(nèi)表面耐蝕層采用MFE-2樹脂或同等性能樹脂，增強(qiáng)材料采用聚酯布與聚酯氈。內(nèi)表面耐蝕層的作用是耐溫、防腐、防滲漏。

2）次內(nèi)表面耐蝕層采用MFE-2樹脂或同等性能樹脂，增強(qiáng)材料采用無(wú)堿無(wú)捻玻璃纖維布（厚度小于0.16 mm）與玻璃纖維短切氈，樹脂質(zhì)量分?jǐn)?shù)在70%～80%，厚度約2 mm。次內(nèi)表面耐蝕層的作用是保護(hù)內(nèi)表層不因壓力影響而產(chǎn)生裂紋，發(fā)生進(jìn)一步滲漏。

3）增強(qiáng)結(jié)構(gòu)層采用MFE-2樹脂或同等性能樹脂，增強(qiáng)材料采用中堿無(wú)捻玻璃纖維布與玻璃纖維短切氈，樹脂質(zhì)量分?jǐn)?shù)為(35±5)%。該增強(qiáng)結(jié)構(gòu)層的作用是保護(hù)內(nèi)層與承受載荷。

4）耐候?qū)硬捎?4#不飽和膠衣樹脂，增強(qiáng)材料采用玻璃纖維表面氈，樹脂質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于90%，厚度約1.5 mm，添加紫外線吸收劑。該耐候?qū)拥淖饔弥饕欠雷贤饩€，同時(shí)保護(hù)外壁不受外界機(jī)械損傷。

4.3 塔體壁厚設(shè)計(jì)

塔體設(shè)計(jì)內(nèi)壓p=9 kPa，塔體為內(nèi)壓圓筒受穩(wěn)定性控制的結(jié)構(gòu)。內(nèi)壓圓筒的軸向計(jì)算厚度和環(huán)向計(jì)算厚度分別按HG/T 20696—2018《纖維增強(qiáng)塑料化工設(shè)備技術(shù)規(guī)范》中5.3.1的規(guī)定計(jì)算，取二者最大值作為內(nèi)壓圓筒的計(jì)算厚度。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工的加工誤差和下部塔體儲(chǔ)液等諸多因素，對(duì)應(yīng)考慮不同的壁厚附加量。

4.4 接管的設(shè)計(jì)

設(shè)備接管的外伸長(zhǎng)度，即接管外法蘭面距離設(shè)備內(nèi)壁的長(zhǎng)度，示意見圖5。

圖5 接管外伸長(zhǎng)度示意

接管外伸長(zhǎng)度L根據(jù)接管公稱直徑DN進(jìn)行取值：當(dāng)DN≤50 mm時(shí)，L=150 mm；當(dāng)50 mm＜DN＜600 mm時(shí)，L=180 mm；當(dāng)DN≥600 mm時(shí)，L=250 mm。當(dāng)DN≤150 mm時(shí)，須設(shè)置筋板加固，一般均勻設(shè)置4塊筋板即可；當(dāng)DN＞150 mm時(shí)，接管無(wú)需設(shè)置筋板加固。

5 結(jié)語(yǔ)

高效管道式玻璃鋼脫硫塔已成功應(yīng)用于某鉛鋅冶煉廠回轉(zhuǎn)窯煙氣治理改造項(xiàng)目。正常操作條件下，脫硫塔煙氣出口ρ(SO2)為21.4 mg/m3，脫硫效果優(yōu)于預(yù)期。脫硫塔的穩(wěn)定運(yùn)行大大降低了工廠SO2及粉塵的排放量，節(jié)省了脫硫劑的使用量，提高了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益，同時(shí)增強(qiáng)了企業(yè)的市場(chǎng)抗風(fēng)險(xiǎn)能力。高效管道式玻璃鋼脫硫塔取得了滿意的脫硫效果，為今后國(guó)內(nèi)鉛鋅冶煉廠同類型脫硫塔的設(shè)計(jì)與制造提供了參考和借鑒。