氨法脫硫中脫硫塔設計技術要點分析

余召霞

(江蘇德義通環?？萍加邢薰?，江蘇 南京 210031)

隨著工業經濟的不斷發展，環境日益惡化，化工廠、燃煤電廠等所排放煙氣中的SO2是造成大氣污染的重要因素之一。近年來，我國對環境治理的要求越來越高，新建燃煤設施全部配套建設脫硫裝置，脫硫效率達95%以上。脫硫塔是氨法脫硫中的核心設備，本文就某化工有限公司1×50 t/h+5×20 t/h共6臺燃氣鍋爐，新建煙氣脫硝、脫硫及除塵改造EPC總承包工程項目中脫硫塔的設計要點進行了分析說明。

根據項目特點及工藝需求，本項目需2臺脫硫塔，外形尺寸為φ7 500 mm×42 200 mm。脫硫單元采用直排煙囪，兩脫硫塔煙氣出口之間設置匯總煙道至煙囪?？紤]到工程造價的經濟性、硫酸銨介質的腐蝕性及運輸等原因，氨法脫硫中的脫硫塔采用碳鋼及塔內玻璃鱗片防腐，且在現場制作。

1 脫硫塔底板設計

脫硫塔質量為百噸級別，沉降對塔內的玻璃鱗片防腐會產生不利影響[1]，因此，如何將脫硫塔整體安裝到土建基礎上是首要考慮的問題。

本項目中，考慮使用環境的風載、地震、外載荷等因素，根據NB/T47041-2014《塔式容器》標準的要求設置若干地腳螺栓，滿足脫硫塔在空載及滿載情況下的穩定。此外，為保證底板與基礎的貼合，將底板與預埋基礎型鋼焊接并適當開設塞焊孔(見圖1、圖2)，在前期提土建條件時，基礎預埋型鋼的大小及間距由設備專業根據底板板幅提給土建。

圖1 預埋型鋼布置

圖2 塞焊孔

2 噴淋層設計

脫硫塔噴淋層又可稱為液體分布器，是由噴淋管和噴嘴組成，將液體通過噴淋管均勻分布到每個噴嘴，由噴嘴噴出，與逆向流動的煙氣充分接觸，SO2污染氣體即在此吸收。所有噴嘴應能避免快速磨損、結垢、堵塞及防脫落等問題。塔內部結構設計需充分考慮解決氨的逃逸和煙氣帶水問題，避免出現煙氣二次污染。噴淋系統合理分布各噴淋層的流量、每層的噴嘴流量和數量、噴嘴的霧化粒度、霧化角、噴淋方向、覆蓋率及固定方法[2]，確保漿液/水等洗滌介質與煙氣充分接觸和反應是噴淋層設計部分的重點。

本項目中設置了濃硫銨(1層)、稀硫銨(1層)、吸收液(4層)、水洗(2層)等噴淋層，各噴淋層之間間距在1 500 mm～2 000 mm為宜[3]。塔接管口(套管)采用碳鋼襯玻璃鱗片防腐結構，各噴淋層管道采用FRP玻璃鋼。噴淋層主管一端通過FRP玻璃鋼法蘭與塔接管口(套管)連接，主管另一端需根據噴淋層支管的設置合理選擇支撐方式，通常在塔壁設置支撐座或在支撐梁之間設置副梁支撐。噴淋層管道各主管、支管尾部需進行封堵，不允許有泄漏發生。

各噴淋管道要求管內外均耐磨蝕，管內同時要求耐漿液腐蝕，管表面要求耐漿液沖刷。噴嘴的布置應保證塔內噴出漿液勻稱，避免疏密不均。噴嘴材質采用碳化硅，但各噴淋層因不同作用選擇不同型式噴嘴：濃硫銨層采用超大通徑切向實心錐噴嘴，稀硫銨及吸收液層采用超大通徑螺旋實心錐噴嘴，水洗層采用超大通徑SMP實心圓錐噴嘴。噴嘴工作壓力、流量、角度、數量等需根據各液/氣比需要的漿液量而定。外圈噴嘴采用圓周均布，與塔壁之間留有一定安全距離，減輕噴嘴噴出的漿液對塔壁的沖刷。

3 支撐梁設計

噴淋層各管道一般直徑較小、管道較長，在壓力作用下，安裝在玻璃鋼管道上的噴嘴噴漿時易產生抖動現象，加上玻璃鋼材料強度不高的特性，就容易引起噴淋層管道疲勞開裂，因此在噴淋管底部設置支撐梁十分必要。但在以往工程實際中，噴淋層底部支撐梁被上部噴嘴噴出的漿液長久沖刷[3]，導致支撐梁表面玻璃防腐鱗片破壞，支撐梁被腐蝕，且這些腐蝕情況難以很快被發現，從而導致出現較嚴重后果，因此，如何合理布置設計支撐梁也是脫硫塔設計的重要環節。

為方便支撐梁表面防腐，本項目中支撐梁采用碳鋼矩形鋼或方鋼，型鋼規格需根據型鋼長度、各層型鋼受力方式(均布載荷或集中載荷，是否有活載荷等)、載荷大小及內件層的布置等來確定，在支撐梁強度符合使用條件的前提下，其擾度以不大于L/250為宜(L為支撐梁長度)。通常設置2根主梁，再根據塔徑及內件的實際分布按需設置若干副梁。為避免出現支撐梁發生腐蝕而不能很快被發現的弊端，考慮將支撐梁穿塔壁結構：在塔壁外側支撐梁穿透處設置補強板加強塔壁，支撐梁尾部用封板封死，并在封板上開設泄漏檢測孔(見圖3)，外設保溫的脫硫塔，宜設置外伸泄漏檢測管結構(見圖4)。

圖3 檢測孔

圖4 檢測管

支撐梁主梁與副梁的布置要充分考慮噴嘴下沉高度、噴嘴噴射角度，避免出現噴出漿液直接沖刷支撐梁的情況。此外，為保證各噴嘴正常工作條件及噴淋效果，各噴淋層管內漿液流速宜控制在1.5～2.5 m/s(噴淋支管大小由此確定)，因噴淋支管分流，主管需采取變徑結構保證各噴淋層內支管的流速。由此會出現支撐主梁在同一標高而支撐副梁不在同一標高的情況，支撐梁在設計時，要考慮此關鍵點，保證各副梁與主梁焊接，且各梁表面方便做玻璃鱗片防腐。

保證支撐梁的強度，支撐梁應盡量整塊供貨，確需拼接梁，拼接焊縫布置在梁的1/3均分點附近，不允許在梁的中點或端部200 mm附近有拼接，拼接焊縫最多允許一道。拼接焊縫處應根據NB/T47013—2015《承壓設備無損檢測》相關標準要求進行無損檢測，保證焊接質量。氨法脫硫中除了噴淋層外，通常還需設置集液器、填料、除霧器、氧化分布管等內件層(FRP材質)，所有FRP內件都需要設置支撐梁，這些內件層支撐梁的設計大同小異，此處不再贅述。

4 結語

一臺脫硫塔從構思到成功投入生產使用，從設計、采購到施工，重點與難點遠不止以上幾點，每一個部件、每一個環節都有不同設計要點與難點，有些環節緊密相連。技術人員需不斷學習借鑒實際工程中的成功案例，合理選擇、優化結構、多方位思考，在每一個環節做到盡善盡美，保證脫硫塔安全有效運行。