摘要：吸收塔是脱硫反应的场所，是脱硫系统的核心设备，吸收塔结构直接影响了脱硫效率，所以吸收有很大不同类型，通过对比各类吸收塔的优缺点，优化选择系统中的吸收塔的类型。
关键词：吸收塔；喷淋方向；内部结构；液滴
1、前言
中国的一次能源结构以煤为主，由于煤炭消费比重较大，造成中国能源消费的二氧化硫、氮氧化物的排放量较多。他们是大气污染的主要成分，也是形成酸雨和光化学烟雾的主要物质，而酸雨是当今世界三大环境问题之一。因此，世界各国都把烟气脱硫作为防治酸雨危害的主要技术手段。
燃煤火电厂是二氧化硫的主要排放体，为了保护环境，减少二氧化硫的排放，脱硫装置将成为全球环保问题中的主角。
2、吸收塔概述
吸收塔是FGD的核心装置，是脱硫反应的场所，在其中完成对有害气体的吸收过程。整个吸收塔可分为3个区域：气体区域、气体液体混合区域和液体区域。
湿法脱硫吸收塔有许多种结构，根据不同气液接触方式，脱硫塔可分为喷淋塔、填料塔、鼓泡塔和液柱吸收塔等。
3、不同类型吸收塔之间的比较
3.1 喷淋塔
喷淋塔是气液反应工程中常用设备，具有效率高、助力小、可用率高等优点。热电厂烟气中SO2浓度较低，适合选用喷淋塔。目前，喷淋塔是湿式石灰/石灰石FGD工艺中的主导塔型，也是脱硫技术发展过程中最早采用的脱硫装置。
它的优点是结构简单、造价较低，压降小，烟气流速较大，吸收效率较高，能够形成较大的气液接触面积。它的缺点是烟气分布欠均匀。
喷淋塔一般为空塔，烟气自下而上运动，吸收剂浆液则有塔顶的喷嘴呈喇叭状垂直向下喷洒或与水平面呈一定角度向下喷洒。
喷淋塔中的烟气和吸收剂浆液两相接触面积与喷淋密度成正比，选择合适的喷淋密度，可以使气液充分接触，完成SO2的吸收过程。
喷淋塔根据内部结构的不同又可分为喷淋空塔、托盘塔、旋回耦合塔、浆液分层脉冲悬浮塔、文丘里栅棒塔、液滴流化床塔、内部隔板塔等。
3.1.1 托盘塔
托盘塔是在喷淋空塔的基础上，设置一层合金托盘，托盘位于最下层喷淋层下方，托盘上按照一定的开孔率布满小孔，吸收剂浆液在托盘上形成一定厚度的液层，烟气在托盘上被分散成小股气流，均匀分布到整个吸收塔截面，气流在液层中鼓泡，形成气液接触界面，液体则直接由小孔下落，在此过程中完成SO2的吸收过程。
托盘塔的特点是烟气比较低，吸收塔的脱硫效率高，操作性能好，结构比较复杂，处理能力大，吸收塔内部表面及托盘无结垢、堵塞问题。缺点是阻力较大，抗腐蚀的要求较高。
3.1.2 旋汇耦合塔
旋汇耦合塔属于“单塔一体化脱硫除尘深度净化技术”的应用，主要由旋回耦合装置、高效喷淋装置、管束式除尘装置组成。
旋汇耦合技术是将进塔烟气由层流变成湍流状态，从而大大增加了烟气的漩流速度。其主要特点是：传质效率高、均气效果好、降温速度快、系统能耗低、适应范围宽。
在该类型塔中，管束式除尘装置是用来替代传统除雾器，安装于上部原除雾器位置，实现净烟气携带液滴和除尘的脱除净化。管束式除尘装置的使用环境是含有大量液滴的~50。C饱和净烟气，特点是雾滴量大，雾滴粒径分布范围广泛。
3.1.3 浆液分层脉冲悬浮塔
该类型的吸收塔将反应池分为了两个反应区，由于反应池上部浆液的PH值较低，故而更有利于提高氧化效率。
该类塔内不安装搅拌器，反应池的搅拌是通过“脉冲悬浮”的方式完成的。脉冲悬浮系统的优点是：吸收塔反应池内没有机械搅拌器或其他的转动部件；塔底不会产生沉淀；所需能量显著低于机械搅拌器，脱硫装置停运期间无需运行，搅拌效果可以调节；提高了脱硫装置的可用率和操作安全性；可以在吸收塔正常运行期间更换或维修脉冲悬浮泵，无需中断脱硫过程或排空吸收塔。但缺点是塔内结构复杂，运行控制参数多。
3.1.4 文丘里栅棒塔
该类型塔内布置喷淋层和一组文丘里栅棒层，栅棒层由两层文丘里棒组成。
文丘里棒具有以下特点：优化烟气在塔内的气流分布；提高脱硫系统的除尘效率；能较好的解决结垢问题；减轻喷淋区的脱硫负荷，减小循环量。缺点是塔内结构较多，助力较大，维护比较麻烦。
3.2 填料塔
由于易结垢堵塞、清理困难、填料损耗大、压损大、维修替换困难，目前该塔型已经逐渐淘汰。
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3.3 鼓泡塔
由于助力较大、增加风机压力和功率过于庞大，塔内结构复杂、塔内件易结垢、结垢后清理困难，今年来的应用受到一定的局限。
3.4 液柱塔
液柱塔属于无填料空塔，采用低背压喷嘴。吸收剂浆液自塔底向上垂直喷射，形成液柱，故称液柱塔。烟气自塔顶或塔底进入吸收塔，气、液两相扰动接触，充分传质，完成SO2的吸收。液柱塔的特点是：脱硫效率高，无结垢堵塞现象，构造简单，维修方便。缺点是循环泵流量较大。
液柱吸收塔有单塔液柱和双塔液柱（U形塔）两种，脱硫效率要求不太高时（如不超过95%），可以选择单液柱塔，如果脱硫效率超过95%，则可以选择双液柱塔。
对于双塔式液柱塔，烟气自上而下通过双液柱塔的逆流段，与向上均匀喷射呈柱状的石灰石浆液逆向进行气液两相接触传质，并与喷射后淋落的高密度细微液滴同向降落，继续进行传质和化学反应。由于吸收液能与烟气进行4次接触反应，故脱硫效率可以达到很高，同时除尘效果也相对较好。
液柱塔由于母管和喷嘴位置在低位，所以塔的总高可以减小。且由于喷嘴是垂直向上安装，故喷嘴无需调整角度，安装、检修方便。
3.5 双回路循环塔
该类型塔主要用于处理极高含硫量和极高脱硫效率要求的电厂。该塔的特点是：石灰石利用率高，抗负荷变化能力强，副产品石膏品位极高，能耗相对较低。缺点是：系统复杂，运行控制要求高，需要多个浆液池，占地面积大。双回路循环塔的实质是将喷淋空塔中的SO2吸收氧化过程划分成两个阶段，采用两级吸收氧化串联使用，两级循环分别设有循环浆池和喷淋层
3.6 串联塔
串联塔就是将两个吸收塔串联起来，通过两级吸收塔的综合脱硫，最终脱硫效率可达到99%以上。理论上讲，可以将上述的任何同一类型或不同类型的吸收塔进行串联，但在实际应用中，大多数塔均使用同一类型的吸收塔。串联双塔的特点是，每一级吸收塔本体工艺都比较成熟，单塔的脱硫效率要求不是特别高，但串联塔系统复杂，设备增加很多，控制要求较高，空气阻力高，占地面积大，水平衡实现比较困难。
4喷淋方向对吸收塔脱硫效率产生的影响
这里主要对比的是喷淋塔和液柱塔的喷淋方向的差异及优缺点。
塔内气液两相的流动方式可以逆流也可以并流，喷淋塔通常采用逆流操作，吸收剂从塔上部加入，自上而下流动，气体从塔的下半部浆池的上部进入，自下向上流动，气体和吸收塔在喷淋区接触反应，吸收了吸收质的液体落入浆池区，从塔底排出，净化后的气体进过除雾后自塔顶排出。从塔上部加入的吸收剂是以液体状态进入塔体，经喷淋装置后以雾状颗粒的状态自上而下与需处理的尾气逆流交汇，进行反应洗涤。雾状颗粒的吸收剂能增加气液的有效接触面积，使吸收剂与尾气更加有效的反应，提高了脱除效率。喷淋塔的喷嘴通常采用多层设计，以提高气液的接触时间和面积。
而液柱塔则是洗涤液垂直向上喷射，与烟气形成并流吸收，达到最高点后散落，落下的液体与向上喷出的液体相互撞击形成大量的液滴，其与烟气形成逆流运动，使得整个反应区域内布满了滴状或膜状的循环洗涤液，大大的提高了气液的接触面积。同时由于液滴间的相互作用，在整个气液流场中，液滴的破碎和凝聚一直在发生，使气液接触表面不断更新，增加了气液间的传质效率。液柱塔喷射层为单层设计，高度较低，塔形通常为方塔。液柱塔的主要特点是：（1）脱硫剂循环液从塔底喷嘴向上喷射，当到达最高点后速度为零，并向下散落，与向上的液滴形成具有高传质能力的高密度液滴区。（2）液柱在上升和落下的过程中重复接触烟气，接触时间增长。（3）液体下落时产生自冲洗作用，故喷嘴处结垢的可能性比喷淋塔明显减小。（4）由于只设置一层喷嘴，维护成本降低。
在最初液柱塔结构的基础上，日本三菱公司设计了双接触、顺逆流、组合式液柱塔结构，烟气在吸收塔左半室从塔顶进入，与吸收剂液柱进行逆流吸收，然后烟气再进入吸收塔右半室与吸收剂液柱进行并流吸收，通过增加烟气和吸收剂的接触时间和形成两级液幕层保证烟气达标排放，处理后的烟气从吸收塔右半室顶部排出。
液柱塔和喷淋塔在反应塔中都产生了大量的下落浆滴，其典型的传质反应小区域有点类似。不同之处在于，喷淋塔产生的液滴较小，且滴径分布均匀。而液柱塔中的流场湍动程度大，气液交织程度高。这表现在液柱塔的气滴没有稳定的接触界面，液滴的尺度比典型的喷淋塔液滴大。液柱塔脱硫效率高，对煤种的适应性强
5.结语
尽管世界上的湿法脱硫工艺多种多样，但原理上都是大同小异，差别主要体现在吸收塔各有特色，而其他系统如烟气系统、吸收剂制备系统、石膏脱水系统、废水处理系统几乎没有差别。目前石灰石-石膏湿法烟气脱硫的吸收塔型式较多，各个厂家的结构和型式各具特色，但无论采用哪种型式的吸收塔，其目的均在于有效实现烟气与吸收剂浆液互相密切接触，提供尽可能大的气液有效接触面积和高强度的界面更新能力，最大限度的减少吸收塔阻力，增大反应的速率，实现对烟气中SO2高吸收效率。
参考文献：
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论文作者:胡晓茜
论文发表刊物:《电力设备》2019年第14期
论文发表时间:2019/11/21
标签：吸收塔论文; 烟气论文; 喷淋论文; 浆液论文; 效率论文; 喷嘴论文; 托盘论文; 《电力设备》2019年第14期论文;