超高浓度SO2废气治理工艺设计及应用

梁 磊

(江苏一环集团有限公司，江苏 宜兴 214206)



开发与应用

超高浓度SO2废气治理工艺设计及应用

梁 磊

(江苏一环集团有限公司，江苏 宜兴 214206)

山东某化工企业一生产线产生超高浓度SO2废气，要求利用厂区废弃干基电石渣为脱硫剂，实现废气脱硫净化处理。选用两级旋流板塔结合一级喷淋空塔形成三塔串联的脱硫工艺路线，阐述了旋流板塔和喷淋空塔内部结构原理，并对系统运行效果进行分析。结果表明，原废气SO2含量为68 459～71 246 mg/Nm3时，经两级旋流板塔和一级喷淋空塔脱除后，净气SO2含量可降至200 mg/Nm3以下，脱硫效率高达99.8%以上，为今后同类工程设计及应用提供参考。

超高浓度SO2；电石渣；废气脱硫；旋流板塔；喷淋空塔；三塔串联

近年来，雾霾天气的发生较为频繁，严重影响了人们的生活和健康，国家对大气污染的控制要求越来越严格。燃煤电厂烟气SO2排放量较大，大部分采用成熟的湿法脱硫工艺[1-3]，SO2已得到较好的控制。部分化工企业生产线产生的废气亦含有SO2，且浓度很高，治理难度大，可借鉴的工艺技术路线和工程案例均较少。本文结合工程实例，介绍三塔串联脱硫工艺，结合旋流板塔和喷淋空塔技术，实现超高浓度SO2烟气达标排放，为今后同类工程设计及应用提供参考。

1 工程概况

山东某化工企业一生产线产生的废气含有SO2、HF等，烟气参数如表1所示。原烟气SO2含量高达70 000 mg/Nm3左右，脱硫后SO2排放浓度要求达到200 mg/Nm3以下，脱硫效率需达到99.7%以上，满足《火电厂大气污染物排放标准》(GB 13223—2011)的要求。

表1 烟气工艺参数

2 工艺确定

结合目前研究现状及工程实际应用案例，采用湿法脱硫技术可取得较高脱硫效率，但对于超高浓度SO2的脱除，相关报道及工程案例较少。原烟气中HF含量较低(仅为80 mg/Nm3左右)，常规的湿法脱硫过程中可将其协同脱除，易满足排放要求，因此，本工程的难点为SO2的脱除。采用钙基脱硫剂(如氧化钙、氢氧化钙、石灰石、电石渣等)[4]，结合单塔双循环、双塔、托盘塔等技术，选用较大液气比，也很难达到SO2达标排放；采用高浓度强碱(如氢氧化钠、氢氧化钾等)结合填料塔进行吸收，技术上具有可行性，但强碱脱硫剂价格高昂[5]，运行成本高，且生成的副产物为可溶性的硫酸盐或亚硫酸盐，回收利用受到限制。多位专家结合工程实际，通过技术、经济对比筛选，决定采用两级旋流板塔结合一级喷淋空塔形成三塔串联的脱硫工艺路线，如图1所示。

烟气统一收集后，由引风机送入一级旋流板塔，塔内设两级旋流装置，对应配置2台循环泵，流量为300 m3/h，液气比约为5.7 L/Nm3。喷淋液为电石渣浆液[6]，上层旋流装置上方设两级平板式除雾器，用于脱除脱硫后废气中的雾滴。经一级旋流板塔处理后废气进入二级旋流板塔，两塔结构及配置均相同。二级旋流板塔出口废气进入三级喷淋空塔，喷淋空塔设4层喷淋，对应设置4台流量500 m3/h的循环泵，脱硫液气比约为19.1 L/Nm3。喷淋空塔脱硫后净气经上部两级除雾器去除雾滴后，送至烟囱，排入大气。

三级塔共用脱硫循环池，循环池内脱硫浆液pH值控制在8.0～9.0，若降低，及时补充电石渣浆液。循环池浆液密度达到1 150 kg/m3时，经排出泵送至板框压滤机脱水，脱水后滤饼外运处理，滤液返回至循环池再利用。

2.1 旋流板塔

旋流板塔由下至上分别为烟气进口、旋流装置、供浆装置、除雾器及烟气出口等，起到脱硫作用的核心部件为旋流装置[7]，结构如图2所示。

脱硫塔直径设计为3.5 m，空塔气速3.5 m/s。外部圆柱形筒体及内部圆柱形芯子规格分别为D2.3 m×H1.2 m和D0.4 m×H0.2 m。外部圆柱形筒体空腔气速约8 m/s，旋流板叶片类似于等腰梯形，上边、下边及高度分别为80 mm、300 mm和950 mm。叶片平面与水平面夹角为30°，等圆周角固定于外部圆柱形筒体和内部圆柱形芯子之间，共48片。圆柱形芯子顶部设有盲板，脱硫浆液通过中间盲板均匀分配到每个叶片，在叶片的结构部位形成表面积很大的水膜薄液层，增大了气液接触面积，大大提高了浆液吸收SO2的能力。

2.2 喷淋空塔

喷淋空塔是目前最为常用的一种湿法脱硫塔型[8]，主要由下部进气口、中部喷淋层、除雾器及上部出气口等组成，脱硫核心部件为喷淋层，结构如图3所示。喷淋层为主管连接支管，支管分配喷嘴。脱硫浆液自上而下呈雾状喷淋，与废气中的SO2逆流接触发生酸碱中和反应。脱硫浆液为电石渣浆液，对设备具有较强的腐蚀和磨蚀，因此喷淋管采用双面衬胶碳钢管，喷嘴选用碳化硅材质。喷淋层采用单元制设计，共4层，对应设置4台循环泵，上下层间距为2 m，交错30°布置，喷淋覆盖率为200%～300%。

图1 三塔串联脱硫工艺流程

图2 旋流装置结构1———塔体；2———上部缩口；3———外部圆柱形筒体；4———内部圆柱形芯子；5———旋流叶片；6———下部缩口

图3 喷淋层结构

3 运行效果分析

三塔串联脱硫系统操作简单，运行较为稳定，表2为2016年3月15日上午运行班组数据记录。

由表2可见，原废气SO2含量为68 459～71 246 mg/Nm3时，经两级旋流板塔和一级喷淋空塔脱除后，净气SO2含量可降至200 mg/Nm3以下，经计算，脱硫效率高达99.8%以上，满足环保排放和设计要求。系统调试期间，委托相关检测机构对净气HF含量进行检测，因其含量低于仪器检测下限，未能测出，因此认定HF100%去除。

表2 运行数据

4 结论

氢氟酸与玻璃纤维或玻璃鳞片中的二氧化硅发生反应，形成SiF4气体而挥发掉，破坏其结构，因此旋流板塔、风管、喷淋空塔不适宜采用玻璃钢或碳钢内衬玻璃鳞片[9]的防腐形式。

三塔串联脱硫工艺用于超高浓度SO2的脱除，循环浆液pH值较多控制在碱性环境，即需要较大的钙硫比[10]才能达到较高脱硫效率，满足SO2达标排放，但碱性环境不利于亚硫酸钙氧化，脱水后脱硫副产物含水率及残余电石渣含量较高的问题有待于进一步研究。

[1] 梁 磊. 火电厂脱硫系统石膏脱水困难案例分析及对策[J]. 中国电力,2013,46 (1) : 99-102．

[2] 梁 磊. 三炉一塔湿法脱硫烟气系统改造应用[J].东北电力技术, 2015，36(1)：59-62．

[3] 薛建明,王小明,刘建民. 湿法烟气脱硫设计及设备选型手册[M]. 北京:中国电力出版社,2011:7-9．

[4] 梁 磊. 钙基强碱—石膏湿法烟气脱硫改进工艺探讨[J]. 东北电力技术，2016，37 (9) : 49-52．

[5] 梁 磊. 钠钙双碱法脱硫工艺改进应用[J].电力科学与工程，2014，30 (6) : 11-15．

[6] 梁 磊. 电石渣—石膏湿法烟气脱硫工艺技术研究[J]. 中国电力，2016，49 (6) : 166-169．

[7] 刘学滨, 穆泰勤. 旋汇耦合脱硫装置:02282243.7[P]. 2002-10-16.

[8] 梁 磊. 脱硫塔喷淋区防护设计及应用[J]. 东北电力技术，2016，37 (8) : 38-41．

[9] 梁 磊. 乙烯基酯树脂鳞片材料在火电厂氨法烟气脱硫系统中的应用[J].腐蚀与防护, 2012,33(2):167-170．

[10] 梁 磊. 高浓度SO2石灰石—石膏湿法脱硫系统升级改造及应用[J]. 电力科学与工程, 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，硕士，工程师，从事烟气脱硫、脱硝工程设计及新技术研发工作。

2017-02-29)