超高浓度SO2废气治理工艺设计及应用探究

宋 丹，杨肃博，郑建军，安 娜，黄颜欢

（1.重庆市环境科学研究院，重庆 401147；2.重庆港力环保股份有限公司，重庆 400042）

当今社会，生态环境的可持续性建设已经成为主流趋势。近年来，雾霾等恶劣天气频繁出现，不仅使得人们的幸福指数有所下降，更严重影响人们的正常生活，因此，国家逐渐将该项治理工作纳入重点管理范畴。现阶段，工业领域在生产过程中应用量较大的就是燃煤，但是其本身就会产生SO2，在废气排放量不断增加的情况下，采取积极有效的措施对其进行治理迫在眉睫，而SO2浓度大，这就在一定程度上增加了其治理难度。因此，对超高浓度SO2的废气治理工艺进行研究具有重要意义。

1 超高浓度SO2废气治理工艺探究

在不同生产结构及模式下，所产生的SO2浓度及各项关联指标都存在一定差异，这就需要选择与之对应的处理工艺。从当前形势来看，我国给予废气治理工作以更多关注及支持，这就为其工艺技术的更新带来了基础保障，相对地，SO2的废气处理工艺在应用中呈现出多样化，其中湿法脱硫技术的应用效果普遍较为理想，在其优势作用充分发挥的基础上，技术也得到了广泛应用。应用湿法脱硫技术能够实现对废气的分化，促使硫分离出来，这就说明该技术脱硫效果较好，但是针对浓度较高的SO2来说，其应用效果无从考究，相关实践案例不仅数量少，更没有积极有效的借鉴及探究内容[1]。

一般情况下，如果废气中HF的含量仅占少数，其浓度也没有达到较高标准，就可以应用湿法脱硫技术对其进行处理，这就能够在降低废气污染指标的基础上，促使其达到废气排放标准，将废气处理中难度最大的SO2从废气中分离出来。在处理工艺应用的前期阶段，人们需要对废气中SO2的浓度进行综合判断，而后选择与之对应的脱硫剂，再应用单塔双循环等技术，将处理后的废气与排放标准进行对比，仍旧存在一定距离；而应用高浓度强碱，再融入填塔料对SO2进行吸收，以技术为依托进行衡量，虽然其能效作用较为显著，但是成本投入比重有所增加，这就在一定程度上增加了废气处理的运行成本。废气处理阶段产生的物质具有较强的溶解性，这就直接导致其回收利用难度较大，限制性因素较多。因此，在综合多样化因素的前提下，对技术及经济等内容进行科学衡量，就可以确定SO2废气处理方案。

本文的脱硫工艺具有一定的流程化特点，其中涵盖项目较多，在处理工艺应用阶段，各个部分之间都能高效衔接，首先，在将废气进行收集后，引风机会将其统一送至一级旋流板塔内，实际上该塔具有较强的结构性，其内部结构也较为完善，塔内分别设置了两级旋流装置，与之配套的还有循环泵，其流量及液气比都具有一定规格。而喷淋液中的液体一般为电石渣浆液，为了便于对废气进行收集及处理，在上层旋流装置的上部会设置除雾器，其主体形式是两级平板式，其功能效用主要是滤除脱硫后废气中存在的雾滴等杂质[2]。

在实际操作过程中，废气在被吸入旋流板塔内后，首先会进入一级板中，在这一区域中完成初步处理后，废气就会进入二级旋流板塔中，这是因为塔位置、构造及配置指标等存在较大差异。当废气完成第二塔级的处理后，经由出口废气就会进入三级塔中，该塔主要功能是将液体喷淋到废气中，而该塔又分为四个部分，与之协调的有四台流量循环泵，也就是说喷淋层数应当与循环泵在数量上保持一致。在完成喷淋后，已经达到一定标准的洁净气体就会向上排出，在经过上部两层除雾器后，就能将气体中存在的雾滴进行吸附，而后再通过烟囱就能缓缓进入空气中，与大气融为一体。

因此不难发现，在这一工艺流程中，塔体一共分为三层，其技术能效的发挥与脱硫效果之间存在密切联系。在三级塔实际运行阶段，都会涉及脱硫环节，而三级塔可以共用脱硫循环池，这就需要对池内脱硫浆液的酸碱值进行科学控制，确保废气能够受其影响完成脱硫，因为一旦酸碱值不能达到既定标准，呈现下降趋势，脱硫效果就难以达到理想状态，这也就是脱硫池设置为循环式的原因。脱硫浆液的酸碱值如果下降至标准以下，就需要在第一时间将电石渣浆液以适量标准与之进行融合。相对地，当循环池浆液密度超出预设指标时，就需要将其排到泵外进行脱水处理，在完成该项工作后需经过滤饼进行运送及处理，而后才能将滤液输送回循环池以供后续使用。

2 旋流板塔

旋流板塔中各个部分具有较强的衔接性，在塔的上部至下部，每个部件都不可或缺，根据脱硫流程，部件设计也与之更加契合。在针对脱硫塔进行设计时，对塔的直径、空塔气速指标进行综合衡量是至关重要的，相对地，外部圆柱形筒体及内部圆柱形芯子的规格也应当结合情况进行标准设定。从本质来看，旋流板塔的设计具有较大难度，这是因为其中涵盖较多不可控因素，综合各项指标，实现各个部分的精准衔接，对于提高塔运行能效来说至关重要。旋流板叶片的形状与几何形状中的等腰梯形比较相像，因此，其上边、下边及侧边都应当按照同等比例进行设定，叶片平面与水平面之间的夹角应当以30°为基准，等圆周角也需要根据圆柱形筒体及内部圆柱形芯子为依托环境进行固定，叶片总量一般以48为主。实际上，圆柱形芯子在顶端增设了盲板，这样便于脱硫浆液能够在顺延的过程中被盲板分散到叶片上，使得叶片表面位置形成具有结构性特点的液层，其质地一般较为轻薄，以此为依托，气液覆盖面积将有所增加，当废气进入这一结构时，浆液就能够对其中的SO2进行充分吸收。

3 喷淋空塔

从当前形势来看，SO2废气处理要求不断提升，这也同时促使脱硫塔型呈现出多样化的应用趋势，其中喷淋空塔的应用频率普遍较高，其本身也涵盖较多关联部位，从其应用形式来看，技术能效的发挥依托于喷淋层。喷淋层在实际应用过程中以主管形式存在，与之关联的还有支管，支管负责对喷嘴进行区分利用，脱硫浆液是从上部喷出，向下处落，这就使得其喷淋形态以雾状为主体，在废气与之直接接触时，废气中的SO2就会受到浆液作用，呈现出酸碱中和反应。因此不难发现，喷淋空塔能效作用的发挥会直接影响SO2与脱硫浆液的接触面积，只有确保其接触环境更加良好，酸碱中和反应的整体指标才能有所提升[3]。在这一过程中，废气能够以喷淋浆液直接接触，是因为浆液是以自上向下的形式进行喷洒，而废气则是向上运动的，这就使得其在逆流过程中能够与喷淋浆液结合。

在喷淋空塔中，脱硫浆液一般为电石渣浆液，虽然其能够作用于废气中促使SO2快速脱离，但是受到其物理性质的直接影响，往往在长时间应用后会出现腐蚀问题，这就导致设备应用能效不断下降。为了从根本上解决这一问题，延长设备使用寿命，需要对喷淋管进行强化，其管体应当尽可能地应用抗腐蚀性强的材料，喷嘴也需要与之协调，进行共同优化，只有这样其整体应用能效才能显著提升。喷淋层一般以层级设计为主体，通过划分不同的结构单元，再为其配备与之对应的循环泵，为脱硫浆液的正常使用夯实基础。通过对其上下层距离及交错位置进行布置，在确保其衔接性更加良好的同时，就能进一步提升其喷淋效率，其覆盖面也将不断拓展。

4 运行效果分析

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。

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，经计算，脱硫效率高达99.8%，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[4]。

5 结语

烟气SO2排放量较大，大部分采用成熟的湿法脱硫工艺，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，并且浓度很高，治理难度大，可借鉴的工艺技术路线和工程案例均较少。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 王学谦，瞿 赞，徐文青，等.有色炉窑烟气高浓度SO2回收及重金属协同控制技术研究与示范[J].科技资讯，2016，14（10）：168-169.

2 李芬霞，孙治忠，何春文，等.超高浓度冶炼烟气制酸过程分流转化技术研究[J].世界有色金属，2015，（6）：36-38.

3 张明慧.烟气中超高浓度氮氧化物的前置氧化脱除机理研究[D].杭州：浙江大学，2015.

4 邓熙灿，李玉平.二氧化硫废气的电解吸收试验研究[J].安全与环境学报，2013，13（2）：52-56.