高效管道式玻璃鋼脫硫塔的設計

郭麗華

（中國瑞林工程技術(shù)股份有限公司，江西南昌 330031）

目前，世界上已研究開發(fā)的煙氣脫硫技術(shù)達200多種，國內(nèi)外使用較多的是石灰石/石灰-石膏法、再生胺法、鈉堿法、氨酸法和活性炭干法等煙氣脫硫技術(shù)。按脫硫副產(chǎn)品分類，脫硫技術(shù)又分為拋棄法和回收法2種?；厥辗üに嚪N類較多，應用于工業(yè)化生產(chǎn)有10余種，在國內(nèi)有色冶金行業(yè)應用相對成熟的脫硫方法有再生胺法、氧化鋅-酸解法、氨酸法等。氧化鋅-酸解法基本原理為通過某種特定的脫硫劑對煙氣中所含SO2進行吸附脫除，產(chǎn)生富含SO2的脫硫產(chǎn)物，再通過加熱或酸解解吸出脫硫產(chǎn)物中的SO2氣體，用于生產(chǎn)硫酸或液體SO2，再生后的脫硫劑回用于前段SO2脫除工序。

某鉛鋅冶煉廠煙氣中SO2濃度較高，采用氧化鋅-酸解法對煙氣進行脫硫處理?；剞D(zhuǎn)窯煙氣中含重金屬、氟、碳等多種雜質(zhì)，直接排放或簡單處理無法滿足GB 25466—2010《鉛、鋅工業(yè)污染物排放標準》中規(guī)定的處理后排放氣體ρ(SO2)≤200 mg/m3的要求，需進行煙氣脫硫處理。在考慮利用該廠鋅資源的前提下，經(jīng)冶煉廠和設計單位多方考察、研究、比較后，技術(shù)人員決定回轉(zhuǎn)窯煙氣治理改造采用技術(shù)成熟可靠的氧化鋅-酸解法組合式兩段脫硫工藝。由于回轉(zhuǎn)窯煙氣SO2濃度較高，且塵、氟含量也較高，為達到脫硫排放指標，該脫硫裝置采用兩級高效管道式玻璃鋼脫硫塔。

1 高效管道式玻璃鋼脫硫塔的工作原理

高效管道式玻璃鋼脫硫塔的工作原理是煙氣先從工藝管道輸送至脫硫塔頂部一側(cè)，與側(cè)面進入的自下而上的氧化鋅漿液接觸，待氣液充分反應后，SO2與氧化鋅發(fā)生化學反應生成ZnSO3，最終使二氧化硫脫除率超過98.6%。反應后的氣體自脫硫塔頂部的另一側(cè)通過工藝管道輸送至尾氣煙囪達標排放。

2 高效管道式玻璃鋼脫硫塔設計技術(shù)參數(shù)

高效管道式玻璃鋼脫硫塔設計技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 高效管道式玻璃鋼脫硫塔設計技術(shù)參數(shù)

3 高效管道式玻璃鋼脫硫塔結(jié)構(gòu)特點

高效管道式玻璃鋼脫硫塔結(jié)構(gòu)示意見圖1。

圖1 高效管道式玻璃鋼脫硫塔結(jié)構(gòu)示意

高效管道式玻璃鋼脫硫塔采用塔槽一體式結(jié)構(gòu)，入口管采用耐高溫玻璃鋼材質(zhì)增強設備耐腐蝕性能，下部為循環(huán)液槽，上部為氣液分離段。一般塔體底部設計成平底結(jié)構(gòu)，在塔體底部填充樹脂沙漿，填充時呈斜坡，最后在樹脂沙漿層上覆蓋玻璃鋼。這樣的斜坡結(jié)構(gòu)有利于出液和排污，防止酸泥沉淀。鑒于回轉(zhuǎn)窯硫酸鋅漿液極易粘附、沉淀并堵塞管道，高效管道式玻璃鋼脫硫塔塔體的底部設計成錐形底結(jié)構(gòu)（見圖2），并在塔體下部的循環(huán)液槽均勻設置3臺功率為4 kW的側(cè)壁攪拌器，以防止循環(huán)液中固相物的沉淀、結(jié)塊，均化循環(huán)液pH值，降低脫硫劑的損失和減少設備結(jié)垢。側(cè)壁攪拌器采用特殊合金制造，適用于固相物易粘附、沉淀、結(jié)塊等復雜工況條件下的液體攪拌。

圖2 錐形塔底結(jié)構(gòu)

與一般大型脫硫裝置采用進口側(cè)壁攪拌器不同，該脫硫塔采用國產(chǎn)側(cè)壁攪拌器，在保證可靠性的同時可大大降低設備采購價格。為避免氧化鋅法脫硫因操作不當造成結(jié)垢和堵塞等問題，該脫硫塔采用大口徑噴嘴。通常情況下，脫硫塔上部塔體設置1層除沫器。鑒于鉛鋅冶煉廠工況煙氣中不僅含有重金屬、氟、碳等多種雜質(zhì)，且硫酸鋅漿液極易沉淀、結(jié)塊并粘附在折流板上，為保證設備持續(xù)穩(wěn)定運行，使氣體潔凈排放，塔體上部設置2層折流板除沫器（見圖3）分離氣體中的液沫。除沫裝置采用聚丙烯（PP）材質(zhì)，既能滿足氣液分離的要求，也不容易發(fā)生堵塞現(xiàn)象。折流板除沫器下方設有清洗裝置（見圖4），定時清洗折流板和除沫器上的污垢，防止堵塞管道。為加強沖洗效果，兩層除沫器之間的清洗裝置設計成上、下雙向沖洗方式。

圖3 除沫器

圖4 清洗裝置

4 脫硫塔制造要求

4.1 設備成型工藝

手糊拼裝成型法勞動強度大，工作效率低，鋪層不夠均勻，厚度不一，隨著工業(yè)發(fā)展，玻璃鋼設備制造由機械纏繞成型法逐步代替了手糊拼裝成型法。機械纏繞成型的設備不僅具有厚度均勻、外觀平滑、線型美觀、精確度高、操作方便的優(yōu)點，且更耐腐蝕，比手糊拼裝法具有更優(yōu)異的彎曲強度和彈性模量等物理力學性能，設備使用壽命也更長。相對于手糊拼裝法，在設備造價上，機械纏繞成型法不僅能節(jié)省樹脂材料，而且降低了勞動強度，節(jié)約人力成本。

4.2 材料選擇

脫硫塔塔體工作溫度約52 ℃，考慮到工程經(jīng)濟性，樹脂材料選用MFE-2樹脂或同等性能樹脂。具體鋪層順序如下：

1）內(nèi)表面耐蝕層采用MFE-2樹脂或同等性能樹脂，增強材料采用聚酯布與聚酯氈。內(nèi)表面耐蝕層的作用是耐溫、防腐、防滲漏。

2）次內(nèi)表面耐蝕層采用MFE-2樹脂或同等性能樹脂，增強材料采用無堿無捻玻璃纖維布（厚度小于0.16 mm）與玻璃纖維短切氈，樹脂質(zhì)量分數(shù)在70%～80%，厚度約2 mm。次內(nèi)表面耐蝕層的作用是保護內(nèi)表層不因壓力影響而產(chǎn)生裂紋，發(fā)生進一步滲漏。

3）增強結(jié)構(gòu)層采用MFE-2樹脂或同等性能樹脂，增強材料采用中堿無捻玻璃纖維布與玻璃纖維短切氈，樹脂質(zhì)量分數(shù)為(35±5)%。該增強結(jié)構(gòu)層的作用是保護內(nèi)層與承受載荷。

4）耐候?qū)硬捎?4#不飽和膠衣樹脂，增強材料采用玻璃纖維表面氈，樹脂質(zhì)量分數(shù)大于90%，厚度約1.5 mm，添加紫外線吸收劑。該耐候?qū)拥淖饔弥饕欠雷贤饩€，同時保護外壁不受外界機械損傷。

4.3 塔體壁厚設計

塔體設計內(nèi)壓p=9 kPa，塔體為內(nèi)壓圓筒受穩(wěn)定性控制的結(jié)構(gòu)。內(nèi)壓圓筒的軸向計算厚度和環(huán)向計算厚度分別按HG/T 20696—2018《纖維增強塑料化工設備技術(shù)規(guī)范》中5.3.1的規(guī)定計算，取二者最大值作為內(nèi)壓圓筒的計算厚度。根據(jù)現(xiàn)場施工的加工誤差和下部塔體儲液等諸多因素，對應考慮不同的壁厚附加量。

4.4 接管的設計

設備接管的外伸長度，即接管外法蘭面距離設備內(nèi)壁的長度，示意見圖5。

圖5 接管外伸長度示意

接管外伸長度L根據(jù)接管公稱直徑DN進行取值：當DN≤50 mm時，L=150 mm；當50 mm＜DN＜600 mm時，L=180 mm；當DN≥600 mm時，L=250 mm。當DN≤150 mm時，須設置筋板加固，一般均勻設置4塊筋板即可；當DN＞150 mm時，接管無需設置筋板加固。

5 結(jié)語

高效管道式玻璃鋼脫硫塔已成功應用于某鉛鋅冶煉廠回轉(zhuǎn)窯煙氣治理改造項目。正常操作條件下，脫硫塔煙氣出口ρ(SO2)為21.4 mg/m3，脫硫效果優(yōu)于預期。脫硫塔的穩(wěn)定運行大大降低了工廠SO2及粉塵的排放量，節(jié)省了脫硫劑的使用量，提高了企業(yè)的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益，同時增強了企業(yè)的市場抗風險能力。高效管道式玻璃鋼脫硫塔取得了滿意的脫硫效果，為今后國內(nèi)鉛鋅冶煉廠同類型脫硫塔的設計與制造提供了參考和借鑒。