超高濃度SO2廢氣治理工藝設(shè)計(jì)及應(yīng)用探究

宋 丹，楊肅博，鄭建軍，安 娜，黃顏歡

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

當(dāng)今社會(huì)，生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)性建設(shè)已經(jīng)成為主流趨勢(shì)。近年來(lái)，霧霾等惡劣天氣頻繁出現(xiàn)，不僅使得人們的幸福指數(shù)有所下降，更嚴(yán)重影響人們的正常生活，因此，國(guó)家逐漸將該項(xiàng)治理工作納入重點(diǎn)管理范疇?，F(xiàn)階段，工業(yè)領(lǐng)域在生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)用量較大的就是燃煤，但是其本身就會(huì)產(chǎn)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(duì)其進(jìn)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(duì)超高濃度SO2的廢氣治理工藝進(jìn)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(chǎn)結(jié)構(gòu)及模式下，所產(chǎn)生的SO2濃度及各項(xiàng)關(guān)聯(lián)指標(biāo)都存在一定差異，這就需要選擇與之對(duì)應(yīng)的處理工藝。從當(dāng)前形勢(shì)來(lái)看，我國(guó)給予廢氣治理工作以更多關(guān)注及支持，這就為其工藝技術(shù)的更新帶來(lái)了基礎(chǔ)保障，相對(duì)地，SO2的廢氣處理工藝在應(yīng)用中呈現(xiàn)出多樣化，其中濕法脫硫技術(shù)的應(yīng)用效果普遍較為理想，在其優(yōu)勢(shì)作用充分發(fā)揮的基礎(chǔ)上，技術(shù)也得到了廣泛應(yīng)用。應(yīng)用濕法脫硫技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)廢氣的分化，促使硫分離出來(lái)，這就說(shuō)明該技術(shù)脫硫效果較好，但是針對(duì)濃度較高的SO2來(lái)說(shuō)，其應(yīng)用效果無(wú)從考究，相關(guān)實(shí)踐案例不僅數(shù)量少，更沒(méi)有積極有效的借鑒及探究?jī)?nèi)容[1]。

一般情況下，如果廢氣中HF的含量?jī)H占少數(shù)，其濃度也沒(méi)有達(dá)到較高標(biāo)準(zhǔn)，就可以應(yīng)用濕法脫硫技術(shù)對(duì)其進(jìn)行處理，這就能夠在降低廢氣污染指標(biāo)的基礎(chǔ)上，促使其達(dá)到廢氣排放標(biāo)準(zhǔn)，將廢氣處理中難度最大的SO2從廢氣中分離出來(lái)。在處理工藝應(yīng)用的前期階段，人們需要對(duì)廢氣中SO2的濃度進(jìn)行綜合判斷，而后選擇與之對(duì)應(yīng)的脫硫劑，再應(yīng)用單塔雙循環(huán)等技術(shù)，將處理后的廢氣與排放標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)比，仍舊存在一定距離；而應(yīng)用高濃度強(qiáng)堿，再融入填塔料對(duì)SO2進(jìn)行吸收，以技術(shù)為依托進(jìn)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(yùn)行成本。廢氣處理階段產(chǎn)生的物質(zhì)具有較強(qiáng)的溶解性，這就直接導(dǎo)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(duì)技術(shù)及經(jīng)濟(jì)等內(nèi)容進(jìn)行科學(xué)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(diǎn)，其中涵蓋項(xiàng)目較多，在處理工藝應(yīng)用階段，各個(gè)部分之間都能高效銜接，首先，在將廢氣進(jìn)行收集后，引風(fēng)機(jī)會(huì)將其統(tǒng)一送至一級(jí)旋流板塔內(nèi)，實(shí)際上該塔具有較強(qiáng)的結(jié)構(gòu)性，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)也較為完善，塔內(nèi)分別設(shè)置了兩級(jí)旋流裝置，與之配套的還有循環(huán)泵，其流量及液氣比都具有一定規(guī)格。而噴淋液中的液體一般為電石渣漿液，為了便于對(duì)廢氣進(jìn)行收集及處理，在上層旋流裝置的上部會(huì)設(shè)置除霧器，其主體形式是兩級(jí)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(zhì)[2]。

在實(shí)際操作過(guò)程中，廢氣在被吸入旋流板塔內(nèi)后，首先會(huì)進(jìn)入一級(jí)板中，在這一區(qū)域中完成初步處理后，廢氣就會(huì)進(jìn)入二級(jí)旋流板塔中，這是因?yàn)樗恢?、?gòu)造及配置指標(biāo)等存在較大差異。當(dāng)廢氣完成第二塔級(jí)的處理后，經(jīng)由出口廢氣就會(huì)進(jìn)入三級(jí)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(gè)部分，與之協(xié)調(diào)的有四臺(tái)流量循環(huán)泵，也就是說(shuō)噴淋層數(shù)應(yīng)當(dāng)與循環(huán)泵在數(shù)量上保持一致。在完成噴淋后，已經(jīng)達(dá)到一定標(biāo)準(zhǔn)的潔凈氣體就會(huì)向上排出，在經(jīng)過(guò)上部?jī)蓪映F器后，就能將氣體中存在的霧滴進(jìn)行吸附，而后再通過(guò)煙囪就能緩緩進(jìn)入空氣中，與大氣融為一體。

因此不難發(fā)現(xiàn)，在這一工藝流程中，塔體一共分為三層，其技術(shù)能效的發(fā)揮與脫硫效果之間存在密切聯(lián)系。在三級(jí)塔實(shí)際運(yùn)行階段，都會(huì)涉及脫硫環(huán)節(jié)，而三級(jí)塔可以共用脫硫循環(huán)池，這就需要對(duì)池內(nèi)脫硫漿液的酸堿值進(jìn)行科學(xué)控制，確保廢氣能夠受其影響完成脫硫，因?yàn)橐坏┧釅A值不能達(dá)到既定標(biāo)準(zhǔn)，呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，脫硫效果就難以達(dá)到理想狀態(tài)，這也就是脫硫池設(shè)置為循環(huán)式的原因。脫硫漿液的酸堿值如果下降至標(biāo)準(zhǔn)以下，就需要在第一時(shí)間將電石渣漿液以適量標(biāo)準(zhǔn)與之進(jìn)行融合。相對(duì)地，當(dāng)循環(huán)池漿液密度超出預(yù)設(shè)指標(biāo)時(shí)，就需要將其排到泵外進(jìn)行脫水處理，在完成該項(xiàng)工作后需經(jīng)過(guò)濾餅進(jìn)行運(yùn)送及處理，而后才能將濾液輸送回循環(huán)池以供后續(xù)使用。

2 旋流板塔

旋流板塔中各個(gè)部分具有較強(qiáng)的銜接性，在塔的上部至下部，每個(gè)部件都不可或缺，根據(jù)脫硫流程，部件設(shè)計(jì)也與之更加契合。在針對(duì)脫硫塔進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)塔的直徑、空塔氣速指標(biāo)進(jìn)行綜合衡量是至關(guān)重要的，相對(duì)地，外部圓柱形筒體及內(nèi)部圓柱形芯子的規(guī)格也應(yīng)當(dāng)結(jié)合情況進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定。從本質(zhì)來(lái)看，旋流板塔的設(shè)計(jì)具有較大難度，這是因?yàn)槠渲泻w較多不可控因素，綜合各項(xiàng)指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)各個(gè)部分的精準(zhǔn)銜接，對(duì)于提高塔運(yùn)行能效來(lái)說(shuō)至關(guān)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(cè)邊都應(yīng)當(dāng)按照同等比例進(jìn)行設(shè)定，葉片平面與水平面之間的夾角應(yīng)當(dāng)以30°為基準(zhǔn)，等圓周角也需要根據(jù)圓柱形筒體及內(nèi)部圓柱形芯子為依托環(huán)境進(jìn)行固定，葉片總量一般以48為主。實(shí)際上，圓柱形芯子在頂端增設(shè)了盲板，這樣便于脫硫漿液能夠在順延的過(guò)程中被盲板分散到葉片上，使得葉片表面位置形成具有結(jié)構(gòu)性特點(diǎn)的液層，其質(zhì)地一般較為輕薄，以此為依托，氣液覆蓋面積將有所增加，當(dāng)廢氣進(jìn)入這一結(jié)構(gòu)時(shí)，漿液就能夠?qū)ζ渲械腟O2進(jìn)行充分吸收。

3 噴淋空塔

從當(dāng)前形勢(shì)來(lái)看，SO2廢氣處理要求不斷提升，這也同時(shí)促使脫硫塔型呈現(xiàn)出多樣化的應(yīng)用趨勢(shì)，其中噴淋空塔的應(yīng)用頻率普遍較高，其本身也涵蓋較多關(guān)聯(lián)部位，從其應(yīng)用形式來(lái)看，技術(shù)能效的發(fā)揮依托于噴淋層。噴淋層在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中以主管形式存在，與之關(guān)聯(lián)的還有支管，支管負(fù)責(zé)對(duì)噴嘴進(jìn)行區(qū)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(tài)以霧狀為主體，在廢氣與之直接接觸時(shí)，廢氣中的SO2就會(huì)受到漿液作用，呈現(xiàn)出酸堿中和反應(yīng)。因此不難發(fā)現(xiàn)，噴淋空塔能效作用的發(fā)揮會(huì)直接影響SO2與脫硫漿液的接觸面積，只有確保其接觸環(huán)境更加良好，酸堿中和反應(yīng)的整體指標(biāo)才能有所提升[3]。在這一過(guò)程中，廢氣能夠以噴淋漿液直接接觸，是因?yàn)闈{液是以自上向下的形式進(jìn)行噴灑，而廢氣則是向上運(yùn)動(dòng)的，這就使得其在逆流過(guò)程中能夠與噴淋漿液結(jié)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(zhì)的直接影響，往往在長(zhǎng)時(shí)間應(yīng)用后會(huì)出現(xiàn)腐蝕問(wèn)題，這就導(dǎo)致設(shè)備應(yīng)用能效不斷下降。為了從根本上解決這一問(wèn)題，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，需要對(duì)噴淋管進(jìn)行強(qiáng)化，其管體應(yīng)當(dāng)盡可能地應(yīng)用抗腐蝕性強(qiáng)的材料，噴嘴也需要與之協(xié)調(diào)，進(jìn)行共同優(yōu)化，只有這樣其整體應(yīng)用能效才能顯著提升。噴淋層一般以層級(jí)設(shè)計(jì)為主體，通過(guò)劃分不同的結(jié)構(gòu)單元，再為其配備與之對(duì)應(yīng)的循環(huán)泵，為脫硫漿液的正常使用夯實(shí)基礎(chǔ)。通過(guò)對(duì)其上下層距離及交錯(cuò)位置進(jìn)行布置，在確保其銜接性更加良好的同時(shí)，就能進(jìn)一步提升其噴淋效率，其覆蓋面也將不斷拓展。

4 運(yùn)行效果分析

脫硫塔直徑設(shè)計(jì)為3.5 m，空塔氣速3.5 m/s。外部圓柱形筒體及內(nèi)部圓柱形芯子規(guī)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(nèi)部圓柱形芯子之間，共48片。圓柱形芯子頂部設(shè)有盲板，脫硫漿液通過(guò)中間盲板均勻分配到每個(gè)葉片，在葉片的結(jié)構(gòu)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(shí)，經(jīng)兩級(jí)旋流板塔和一級(jí)噴淋空塔脫除后，凈氣SO2含量可降至200 mg/Nm3，經(jīng)計(jì)算，脫硫效率高達(dá)99.8%，滿足環(huán)保排放和設(shè)計(jì)要求。系統(tǒng)調(diào)試期間，委托相關(guān)檢測(cè)機(jī)構(gòu)對(duì)凈氣HF含量進(jìn)行檢測(cè)，因其含量低于儀器檢測(cè)下限，未能測(cè)出，因此認(rèn)定HF100%去除[4]。

5 結(jié)語(yǔ)

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(yè)生產(chǎn)線產(chǎn)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(shù)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(fā)生反應(yīng)，形成SIF4氣體而揮發(fā)掉，破壞其結(jié)構(gòu)，因此旋流板塔、風(fēng)管、噴淋空塔不適宜采用玻璃鋼或碳鋼內(nèi)襯玻璃鱗片的防腐形式。三塔串聯(lián)脫硫工藝用于超高濃度SO2的脫除，循環(huán)漿液pH值較多控制在堿性環(huán)境，即需要較大的鈣硫比才能達(dá)到較高脫硫效率，滿足SO2達(dá)標(biāo)排放，但堿性環(huán)境不利于亞硫酸鈣氧化，脫水后脫硫副產(chǎn)物含水率及殘余電石渣含量較高的問(wèn)題有待于進(jìn)一步研究。

1 王學(xué)謙，瞿 贊，徐文青，等.有色爐窯煙氣高濃度SO2回收及重金屬協(xié)同控制技術(shù)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(guò)程分流轉(zhuǎn)化技術(shù)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(jī)理研究[D].杭州：浙江大學(xué)，2015.

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