超高濃度SO2廢氣治理工藝設計及應用探究

宋 丹，楊肅博，鄭建軍，安 娜，黃顏歡

（1.重慶市環境科學研究院，重慶 401147；2.重慶港力環保股份有限公司，重慶 400042）

當今社會，生態環境的可持續性建設已經成為主流趨勢。近年來，霧霾等惡劣天氣頻繁出現，不僅使得人們的幸福指數有所下降，更嚴重影響人們的正常生活，因此，國家逐漸將該項治理工作納入重點管理范疇。現階段，工業領域在生產過程中應用量較大的就是燃煤，但是其本身就會產生SO2，在廢氣排放量不斷增加的情況下，采取積極有效的措施對其進行治理迫在眉睫，而SO2濃度大，這就在一定程度上增加了其治理難度。因此，對超高濃度SO2的廢氣治理工藝進行研究具有重要意義。

1 超高濃度SO2廢氣治理工藝探究

在不同生產結構及模式下，所產生的SO2濃度及各項關聯指標都存在一定差異，這就需要選擇與之對應的處理工藝。從當前形勢來看，我國給予廢氣治理工作以更多關注及支持，這就為其工藝技術的更新帶來了基礎保障，相對地，SO2的廢氣處理工藝在應用中呈現出多樣化，其中濕法脫硫技術的應用效果普遍較為理想，在其優勢作用充分發揮的基礎上，技術也得到了廣泛應用。應用濕法脫硫技術能夠實現對廢氣的分化，促使硫分離出來，這就說明該技術脫硫效果較好，但是針對濃度較高的SO2來說，其應用效果無從考究，相關實踐案例不僅數量少，更沒有積極有效的借鑒及探究內容[1]。

一般情況下，如果廢氣中HF的含量僅占少數，其濃度也沒有達到較高標準，就可以應用濕法脫硫技術對其進行處理，這就能夠在降低廢氣污染指標的基礎上，促使其達到廢氣排放標準，將廢氣處理中難度最大的SO2從廢氣中分離出來。在處理工藝應用的前期階段，人們需要對廢氣中SO2的濃度進行綜合判斷，而后選擇與之對應的脫硫劑，再應用單塔雙循環等技術，將處理后的廢氣與排放標準進行對比，仍舊存在一定距離；而應用高濃度強堿，再融入填塔料對SO2進行吸收，以技術為依托進行衡量，雖然其能效作用較為顯著，但是成本投入比重有所增加，這就在一定程度上增加了廢氣處理的運行成本。廢氣處理階段產生的物質具有較強的溶解性，這就直接導致其回收利用難度較大，限制性因素較多。因此，在綜合多樣化因素的前提下，對技術及經濟等內容進行科學衡量，就可以確定SO2廢氣處理方案。

本文的脫硫工藝具有一定的流程化特點，其中涵蓋項目較多，在處理工藝應用階段，各個部分之間都能高效銜接，首先，在將廢氣進行收集后，引風機會將其統一送至一級旋流板塔內，實際上該塔具有較強的結構性，其內部結構也較為完善，塔內分別設置了兩級旋流裝置，與之配套的還有循環泵，其流量及液氣比都具有一定規格。而噴淋液中的液體一般為電石渣漿液，為了便于對廢氣進行收集及處理，在上層旋流裝置的上部會設置除霧器，其主體形式是兩級平板式，其功能效用主要是濾除脫硫后廢氣中存在的霧滴等雜質[2]。

在實際操作過程中，廢氣在被吸入旋流板塔內后，首先會進入一級板中，在這一區域中完成初步處理后，廢氣就會進入二級旋流板塔中，這是因為塔位置、構造及配置指標等存在較大差異。當廢氣完成第二塔級的處理后，經由出口廢氣就會進入三級塔中，該塔主要功能是將液體噴淋到廢氣中，而該塔又分為四個部分，與之協調的有四臺流量循環泵，也就是說噴淋層數應當與循環泵在數量上保持一致。在完成噴淋后，已經達到一定標準的潔凈氣體就會向上排出，在經過上部兩層除霧器后，就能將氣體中存在的霧滴進行吸附，而后再通過煙囪就能緩緩進入空氣中，與大氣融為一體。

因此不難發現，在這一工藝流程中，塔體一共分為三層，其技術能效的發揮與脫硫效果之間存在密切聯系。在三級塔實際運行階段，都會涉及脫硫環節，而三級塔可以共用脫硫循環池，這就需要對池內脫硫漿液的酸堿值進行科學控制，確保廢氣能夠受其影響完成脫硫，因為一旦酸堿值不能達到既定標準，呈現下降趨勢，脫硫效果就難以達到理想狀態，這也就是脫硫池設置為循環式的原因。脫硫漿液的酸堿值如果下降至標準以下，就需要在第一時間將電石渣漿液以適量標準與之進行融合。相對地，當循環池漿液密度超出預設指標時，就需要將其排到泵外進行脫水處理，在完成該項工作后需經過濾餅進行運送及處理，而后才能將濾液輸送回循環池以供后續使用。

2 旋流板塔

旋流板塔中各個部分具有較強的銜接性，在塔的上部至下部，每個部件都不可或缺，根據脫硫流程，部件設計也與之更加契合。在針對脫硫塔進行設計時，對塔的直徑、空塔氣速指標進行綜合衡量是至關重要的，相對地，外部圓柱形筒體及內部圓柱形芯子的規格也應當結合情況進行標準設定。從本質來看，旋流板塔的設計具有較大難度，這是因為其中涵蓋較多不可控因素，綜合各項指標，實現各個部分的精準銜接，對于提高塔運行能效來說至關重要。旋流板葉片的形狀與幾何形狀中的等腰梯形比較相像，因此，其上邊、下邊及側邊都應當按照同等比例進行設定，葉片平面與水平面之間的夾角應當以30°為基準，等圓周角也需要根據圓柱形筒體及內部圓柱形芯子為依托環境進行固定，葉片總量一般以48為主。實際上，圓柱形芯子在頂端增設了盲板，這樣便于脫硫漿液能夠在順延的過程中被盲板分散到葉片上，使得葉片表面位置形成具有結構性特點的液層，其質地一般較為輕薄，以此為依托，氣液覆蓋面積將有所增加，當廢氣進入這一結構時，漿液就能夠對其中的SO2進行充分吸收。

3 噴淋空塔

從當前形勢來看，SO2廢氣處理要求不斷提升，這也同時促使脫硫塔型呈現出多樣化的應用趨勢，其中噴淋空塔的應用頻率普遍較高，其本身也涵蓋較多關聯部位，從其應用形式來看，技術能效的發揮依托于噴淋層。噴淋層在實際應用過程中以主管形式存在，與之關聯的還有支管，支管負責對噴嘴進行區分利用，脫硫漿液是從上部噴出，向下處落，這就使得其噴淋形態以霧狀為主體，在廢氣與之直接接觸時，廢氣中的SO2就會受到漿液作用，呈現出酸堿中和反應。因此不難發現，噴淋空塔能效作用的發揮會直接影響SO2與脫硫漿液的接觸面積，只有確保其接觸環境更加良好，酸堿中和反應的整體指標才能有所提升[3]。在這一過程中，廢氣能夠以噴淋漿液直接接觸，是因為漿液是以自上向下的形式進行噴灑，而廢氣則是向上運動的，這就使得其在逆流過程中能夠與噴淋漿液結合。

在噴淋空塔中，脫硫漿液一般為電石渣漿液，雖然其能夠作用于廢氣中促使SO2快速脫離，但是受到其物理性質的直接影響，往往在長時間應用后會出現腐蝕問題，這就導致設備應用能效不斷下降。為了從根本上解決這一問題，延長設備使用壽命，需要對噴淋管進行強化，其管體應當盡可能地應用抗腐蝕性強的材料，噴嘴也需要與之協調，進行共同優化，只有這樣其整體應用能效才能顯著提升。噴淋層一般以層級設計為主體，通過劃分不同的結構單元，再為其配備與之對應的循環泵，為脫硫漿液的正常使用夯實基礎。通過對其上下層距離及交錯位置進行布置，在確保其銜接性更加良好的同時，就能進一步提升其噴淋效率，其覆蓋面也將不斷拓展。

4 運行效果分析

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。

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，經計算，脫硫效率高達99.8%，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[4]。

5 結語

煙氣SO2排放量較大，大部分采用成熟的濕法脫硫工藝，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，并且濃度很高，治理難度大，可借鑒的工藝技術路線和工程案例均較少。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 王學謙，瞿 贊，徐文青，等.有色爐窯煙氣高濃度SO2回收及重金屬協同控制技術研究與示范[J].科技資訊，2016，14（10）：168-169.

2 李芬霞，孫治忠，何春文，等.超高濃度冶煉煙氣制酸過程分流轉化技術研究[J].世界有色金屬，2015，（6）：36-38.

3 張明慧.煙氣中超高濃度氮氧化物的前置氧化脫除機理研究[D].杭州：浙江大學，2015.

4 鄧熙燦，李玉平.二氧化硫廢氣的電解吸收試驗研究[J].安全與環境學報，2013，13（2）：52-56.