隨著國(guó)家環(huán)保形勢(shì)的日益嚴(yán)峻，環(huán)保法規(guī)的不斷完善，超低排放成為大多數(shù)新建脫硫項(xiàng)目的要求，即脫硫系統(tǒng)出口二氧化硫含量需達(dá)到35mg/Nm3以下。根據(jù)國(guó)內(nèi)燃煤電廠使用的普遍煤質(zhì)，一般脫硫系統(tǒng)進(jìn)口按照1500~2000mg/Nm3原始二氧化硫濃度考慮，脫硫率需要達(dá)到98%以上。

目前，從原材料的經(jīng)濟(jì)性考慮，目前國(guó)內(nèi)脫硫還是以鈣法濕法為主流。限于石灰石本身的反應(yīng)活性以及吸收反應(yīng)的塔板理論，鈣法脫硫在達(dá)到效率95%以后，脫硫效率繼續(xù)增加所需要的液氣比也會(huì)大大增加，從而帶來(lái)初始投資的大大增加，以及后期運(yùn)行費(fèi)用及維護(hù)費(fèi)用的大大增加。

為了保證較高的脫硫效率，近幾年出現(xiàn)許多諸如單塔雙循環(huán)和雙塔循環(huán)等各種優(yōu)化工藝，但是無(wú)可避免帶來(lái)較多的投資成本增加、占地面積增大、電耗增大等不利影響，如何在傳統(tǒng)脫硫工藝設(shè)計(jì)中進(jìn)行必要的優(yōu)化，盡量不增加大的投資和用電設(shè)備，是諸多行業(yè)設(shè)計(jì)者一直在努力思考的方向，筆者從多年一線設(shè)計(jì)及調(diào)試的經(jīng)驗(yàn)出發(fā)，做了一些總結(jié)和歸納。

脫硫反應(yīng)本質(zhì)上是酸堿中和反應(yīng)，酸堿反應(yīng)的速率除了物料本身的反應(yīng)活性外，其他主要參考因素是反應(yīng)時(shí)間和接觸效率。不管采取何種設(shè)計(jì)優(yōu)化，要么是增大反應(yīng)停留時(shí)間，要么是增大氣液接觸效率。

1、脫硫塔進(jìn)口煙氣改為切向進(jìn)入。煙氣徑向進(jìn)入脫硫塔后，會(huì)直接接觸對(duì)面塔壁后直線上升，煙氣有效行程為脫硫塔進(jìn)口到最上層噴淋距離，一般按照四層噴淋考慮，最大行程為8m（一般單層噴淋間距為1.8~2m）。若煙氣以一定夾角切向進(jìn)入脫硫塔，則會(huì)沿著塔壁螺旋上升，煙氣有效行程大大增加，類(lèi)似于傳統(tǒng)水膜除塵的煙氣進(jìn)塔方式。若采用75°夾角進(jìn)入，一般煙氣行程可增大15%~20%，也就相當(dāng)于反應(yīng)停留時(shí)間增大了15%~20%。

2、增加煙氣托盤(pán)。托盤(pán)一般由不銹鋼制成，主要由多孔板和支撐結(jié)構(gòu)構(gòu)成，噴淋漿液遇到托盤(pán)時(shí)，在托盤(pán)表面形成一層致密漿液水膜，煙氣通過(guò)時(shí)，相當(dāng)于經(jīng)歷了一個(gè)短暫的鼓泡脫硫?qū)?，基本上所有的二氧化硫分子均與漿液有充分接觸，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來(lái)說(shuō)，一般一層脫硫相當(dāng)于一層噴淋層的實(shí)際脫硫效果，即常規(guī)脫硫設(shè)計(jì)液氣比為20的話，增加一層托盤(pán)，可以將設(shè)計(jì)液氣比降低到15左右，脫硫效果基本相同。

3、調(diào)整循環(huán)泵揚(yáng)程。一般脫硫系統(tǒng)中，噴淋層設(shè)置在10~18m之間，以18m的噴淋層為例，建議循環(huán)泵揚(yáng)程在26m以上，這樣可以經(jīng)過(guò)管路損失后，到達(dá)每一個(gè)噴頭的壓力達(dá)到0.5bar以上，從而保證整個(gè)塔內(nèi)所有噴嘴的設(shè)計(jì)霧化效果，不至于出現(xiàn)因?yàn)槲捕瞬糠謬娮斓撵F化效果不佳給整體噴淋效果帶來(lái)的損失。

4、優(yōu)化噴淋層布置。除了必要的流體計(jì)算，塔內(nèi)噴淋主管的逐步縮徑之外，需要特別注意的是，噴淋支管的設(shè)計(jì)一定要避開(kāi)噴淋層支架梁，一般需要所有的噴淋支管均下降20~30cm后再安裝噴頭(具體下降高度根據(jù)噴淋層支架梁的大小決定)，這樣除了可有效表面噴淋直接噴到梁上導(dǎo)致梁下出現(xiàn)局部漿液“真空”外，也可以防止?jié){液對(duì)噴淋梁的沖刷，造成梁的腐蝕。

5、在脫硫塔進(jìn)口設(shè)置降溫噴淋裝置。一般傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中，在濕法脫硫煙氣進(jìn)口設(shè)置緊急事故噴淋，是為了在脫硫系統(tǒng)煙溫報(bào)警時(shí)，利用消防水進(jìn)行緊急噴淋降溫，保護(hù)塔內(nèi)的玻璃鋼噴淋層和PP除霧器。脫硫塔進(jìn)口溫度一般在130℃左右，進(jìn)入塔內(nèi)和漿液接觸時(shí)，會(huì)降溫到100℃以下，隨著煙氣逐漸上升以及和漿液的不斷接觸，最終出口溫度在60~70℃。實(shí)際上，煙氣由130℃降溫到70℃的過(guò)程，雖然很塊，但不可能瞬時(shí)完成。根據(jù)塔內(nèi)平均氣速3~3.5m/s，即使此降溫過(guò)程只需要0.5~s時(shí)間，也表明在達(dá)到設(shè)定溫度之前，煙氣已經(jīng)經(jīng)過(guò)了2~3.5m的行程。而此行程中，煙氣因?yàn)闇囟容^高，實(shí)際體積較大，此時(shí)，氣速會(huì)超過(guò)設(shè)定氣速。即在煙氣未降溫至平均溫度之前，煙氣實(shí)際流速會(huì)大于設(shè)定流速。很顯然，煙氣進(jìn)口至第一層噴淋層頂端，是漿液密度最大的時(shí)候（因?yàn)橛卸鄬訃娏艿臐{液累加），此區(qū)域?yàn)槊摿蛐食蓴￡P(guān)鍵區(qū)域。如果在煙氣接觸漿液之前，煙氣溫度已經(jīng)有顯著降低，將大大增加此區(qū)域的實(shí)際脫硫效果。所以，在煙氣進(jìn)塔之初，增加一些降溫措施，會(huì)從很大程度上改善此問(wèn)題。當(dāng)然，增加降溫噴淋后需要重點(diǎn)考慮脫硫系統(tǒng)的水平衡問(wèn)題。

6、設(shè)置多段變徑。脫硫塔的直徑由煙氣量和設(shè)計(jì)氣速?zèng)Q定。理論上，氣速的降低等同于脫硫塔高度的增加，從而增大反應(yīng)時(shí)間，有利于脫硫反應(yīng)的進(jìn)行。但脫硫塔直徑加大，一方面增加了投資成本，另一方面也會(huì)帶來(lái)煙氣阻力增大等不利影響。故綜合考慮，可以設(shè)置脫硫塔為三段變徑塔，以100000Nm3/h煙氣量為例，氣速3~3.5m時(shí)，脫硫塔直徑在4m左右，為了平衡脫硫塔高度和直徑的關(guān)系，筆者在設(shè)計(jì)時(shí)，底部漿液池設(shè)計(jì)直徑6.5m，中部噴淋區(qū)域設(shè)計(jì)直徑5m，噴淋區(qū)域上方除霧區(qū)域設(shè)計(jì)直徑3.8m。這樣，漿液池變大，保證了煙氣進(jìn)口高度在6m左右，降低了吸收塔總高度，此高度可以利用在中間實(shí)際噴淋脫硫區(qū)域。脫硫區(qū)域?qū)嶋H氣速在3m以下，保證了充足的反應(yīng)時(shí)間，也不至于整個(gè)脫硫塔直徑過(guò)大導(dǎo)致煙氣阻力大大增加。頂部除霧區(qū)域3.8m的直徑可以保證實(shí)際氣速在4m/s以下，足以滿足除霧器除霧性能對(duì)于煙氣實(shí)際流速的需要。

綜上，在不增加系統(tǒng)電耗的前提下，在設(shè)計(jì)中盡量采取一些較小的局部?jī)?yōu)化，在原始二氧化硫含量不是特別高的情況下，常規(guī)的單塔脫硫亦可滿足目前超低排放的需要，從而給很多中小企業(yè)節(jié)約大量投資成本，達(dá)到良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。