噴淋塔在廢氣處理系統(tǒng)中的應(yīng)用

摘要 隨著國(guó)內(nèi)化工行業(yè)建設(shè)規(guī)模的日益增加，國(guó)家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)對(duì)排放至大氣的廢氣指標(biāo)提出了更高的要求。采用噴淋塔化學(xué)吸收工業(yè)排放氣中的有毒、有害成分的環(huán)保新技術(shù)得到了推廣和應(yīng)用。本文總結(jié)了噴淋塔的吸收原理，并結(jié)合工程實(shí)踐，確定了噴淋塔本體設(shè)計(jì)的具體方法及設(shè)計(jì)中應(yīng)該注意的問題。

關(guān)鍵詞廢氣 吸收 噴淋塔 設(shè)計(jì)

　　環(huán)境保護(hù)是我國(guó)的一項(xiàng)基本國(guó)策。工業(yè)煙囪排出的廢氣中含有大量有毒、有害氣體，如果直接將這些廢氣排至大氣將會(huì)使空氣的質(zhì)量日益惡化。為此，國(guó)家環(huán)境保護(hù)部門加大了對(duì)環(huán)境的整治力度，制定了更加嚴(yán)格的大氣環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。噴淋吸收塔適用于廢氣中被吸收組分濃度低，易于與吸收劑反應(yīng)的體系，具有吸收效果好，阻力小，不易結(jié)垢堵塞，設(shè)備投資少等優(yōu)點(diǎn)。

1.噴淋塔吸收原理

1.1 吸收過程的氣液平衡

吸收凈化氣態(tài)污染物的主體設(shè)備是吸收裝置，包括各種類型的吸收塔、文丘里洗滌器、鼓泡反應(yīng)器等。在吸收裝置中，含有可被吸收的污染物A的混合氣體與吸收劑S逆流(或順流)接觸，完成吸收過程，被凈化了的氣體(不被溶解的組分B和剩余的A)和吸收液(含有A和S)，分別排出裝置之外作進(jìn)一步的處理。氣態(tài)污染物的凈化效率，與吸收裝置的結(jié)構(gòu)、性能和吸收過程中的氣液平衡有相當(dāng)大的關(guān)系。

吸收過程進(jìn)行的方向與極限取決于溶質(zhì)在氣液兩相中的平衡關(guān)系。對(duì)于任何氣體，在一定條件下，在某種溶劑中溶解達(dá)到平衡時(shí)，其在氣相中的分壓是一定的，稱之為平衡分壓，用p*表示。在吸收過程中，當(dāng)氣相中溶質(zhì)的實(shí)際分壓p高于其與液相成平衡的溶質(zhì)分壓時(shí)，即p> p* 時(shí)，溶質(zhì)便由氣相向液相轉(zhuǎn)移，于是發(fā)生了吸收過程。

1.2 吸收過程的機(jī)理

吸收過程是一個(gè)相際傳質(zhì)過程。關(guān)于吸收的相際傳質(zhì)機(jī)理，主要有雙膜理論、薄膜理論、溶質(zhì)滲透理論、表面更新理論、界面動(dòng)力狀態(tài)理論等，這些理論對(duì)于相際傳質(zhì)過程中的界面狀況及流體力學(xué)因素的影響等方面的研究和描述各有千秋。不同類型的吸收塔分別采用不同的傳質(zhì)機(jī)理作為自己的理論模型。但是，目前尚不能據(jù)此進(jìn)行傳質(zhì)設(shè)備的計(jì)算或解決其它實(shí)際問題。

1.3 伴有化學(xué)反應(yīng)的吸收過程

在吸收操作中，伴有顯著化學(xué)反應(yīng)的吸收過程稱為化學(xué)吸收。例如，用NaOH、Na2C03、或NH3 OH等的水溶液吸收CO2、S02或H2S等，均屬化學(xué)吸收。

2.噴淋塔的本體設(shè)計(jì)

吸收塔是廢氣吸收的核心裝置。相對(duì)于其他類型吸收塔，如填料塔、噴射鼓泡塔，噴淋塔具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、阻力小、投資小等優(yōu)點(diǎn)。在吸收過程中，廢氣從吸收塔下部進(jìn)入，在噴淋區(qū)與霧化噴淋的循環(huán)吸收劑逆流接觸并發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，廢氣中的有毒、有害廢氣被吸收，同時(shí)廢氣中的粉塵也可以被去除。洗滌以后的廢氣經(jīng)噴淋層上方的除霧器除去霧滴后從吸收塔頂部排出，并經(jīng)煙囪放空。吸收劑可采用循環(huán)利用的方法，有助于節(jié)約利用資源。

由于吸收塔內(nèi)氣液流動(dòng)傳質(zhì)、化學(xué)反應(yīng)的復(fù)雜性，目前實(shí)際的工程設(shè)計(jì)主要靠經(jīng)驗(yàn)。

2.1塔徑的確定

吸收塔的塔徑主要由運(yùn)行工況下塔內(nèi)的實(shí)際廢氣流量和塔內(nèi)氣速確定。

由工藝流程確定進(jìn)入吸收塔的廢氣量。實(shí)際運(yùn)行工況下塔內(nèi)廢氣的體積流量發(fā)生了變化，這是由于：廢氣在進(jìn)入塔后在大量噴淋液的作用下迅速降溫，放熱使一部分水分蒸發(fā)，使廢氣中的水蒸氣在操作溫度下達(dá)到飽和，從而廢氣的體積流量增加了。

研究及實(shí)踐表明，逆流噴淋空塔中的合適氣速范圍為2.6m/s~3.4m/s，典型值為3m/s。氣速增加，一方面使得氣液兩相界面湍動(dòng)加強(qiáng)，氣膜厚度減薄，傳質(zhì)速率常數(shù)增加，而且可以減緩液滴下降的速度，使體積有效傳質(zhì)面積增加，因而可以使塔高降低。

2.2 吸收區(qū)高度的確定

工程設(shè)計(jì)中吸收區(qū)高度一般指廢氣進(jìn)口水平中心線到噴淋層中心線的距離。根據(jù)廢氣在塔內(nèi)的停留時(shí)間和空塔氣速，可以確定噴淋塔的主體高度。對(duì)于化學(xué)吸收，一般情況下，廢氣在塔內(nèi)停留2S~5S即可達(dá)到預(yù)期的吸收效果。設(shè)計(jì)時(shí)還要綜合考慮液氣比、噴霧狀況、氣速、塔結(jié)構(gòu)等因素的影響。

為了使設(shè)計(jì)更加精確、完善，李蔭堂，王雙等對(duì)流動(dòng)、傳質(zhì)理論進(jìn)行了深入研究。他們從兩個(gè)角度給出了容積吸收率的定義，并據(jù)此作為噴淋塔吸收區(qū)高度設(shè)計(jì)的依據(jù)。在排放標(biāo)準(zhǔn)給定的情況下，若吸收任務(wù)給定，則容積吸收率與吸收區(qū)高度成反向變化。確定了容積吸收率（單位時(shí)間、單位吸收容積內(nèi)溶質(zhì)的吸收量），即可確定吸收區(qū)的高度。郭毅，李蔭堂等指出吸收區(qū)高度等于傳質(zhì)單元高度和傳質(zhì)單元數(shù)的乘積。

2.3 噴淋管和噴嘴的設(shè)置

噴淋的作用是造成盡可能大的氣液傳質(zhì)界面。為了使噴淋液沿整個(gè)吸收塔截面均勻分布，一般設(shè)置2~6層噴淋管，層間距0.8~2m。噴淋層由一根或幾根主管和布滿塔內(nèi)的支管組成，支管上均勻布置噴嘴。各層噴淋管交錯(cuò)布置。根據(jù)需要可以選擇不同型式的噴淋管。

噴嘴的選型和合理、優(yōu)化布置是達(dá)到良好吸收效果的保證。目前，噴淋噴嘴可選用實(shí)心或空心錐形或螺旋型噴嘴。噴嘴的選取主要在于其霧化性能，而霧化性能又取決于噴嘴結(jié)構(gòu)參數(shù)以及循環(huán)吸收劑進(jìn)口壓力和黏度等。如果噴嘴進(jìn)口壓力越大，噴嘴的壓力降越大，通過噴嘴的液體流量越大,且噴出的霧化液滴平均直徑就越小，氣液接觸反應(yīng)的表面積就越大；但噴嘴壓力降增大，能耗也就越大。一般吸收塔噴淋用噴嘴的霧化平均粒徑在200~2000µm，噴霧角度為90°～120°，根據(jù)循環(huán)液的流量和所需噴霧的平均粒徑選擇不同型式的噴嘴。

2.4 除霧器的設(shè)置

為了防止噴淋的霧滴被煙氣夾帶出塔，在吸收塔噴淋區(qū)上部，需要設(shè)置除霧器。根據(jù)允許氣體夾帶霧滴量及粒徑大小及塔內(nèi)氣速、壓力降要求選擇不同型式的除霧器。

3. 設(shè)計(jì)中應(yīng)該注意的問題

3.1 噴淋塔內(nèi)的防腐措施

進(jìn)入吸收塔內(nèi)的廢氣中含有SO2、HCL、HF、H2S等腐蝕性氣體和飽和水蒸汽，容易對(duì)噴淋塔造成腐蝕，尤其是廢氣進(jìn)口的干濕界面區(qū)域和吸收塔內(nèi)最為嚴(yán)重。針對(duì)不同的吸收體系，可以分別對(duì)吸收塔的不同結(jié)構(gòu)處采用不同的防腐材料，如不銹鋼、氯丁基橡膠、玻璃鱗片涂層，玻璃鋼，鋼襯膠或防腐涂料，哈氏合金等，對(duì)吸收塔進(jìn)行防腐處理。

3.2 液氣比的確定

選擇合適的液氣比能夠使吸收塔達(dá)到良好的吸收效果。液氣比是指吸收劑循環(huán)量與廢氣流量之比。根據(jù)吸收塔操作線和平衡線關(guān)系可以得出，液氣比增加，將使吸收推動(dòng)力增大，傳質(zhì)單元數(shù)減小；氣液傳質(zhì)面積增大，體積吸收系數(shù)增加，因而可以降低塔高。但是另一方面，液氣比增加，液體的停留時(shí)間有所減少，而且循環(huán)泵流量增加，塔內(nèi)阻力增加。實(shí)際設(shè)計(jì)和運(yùn)行時(shí)，在保證吸收效果的前提下，應(yīng)盡可能采用適當(dāng)小的液氣比。

3.3 氣體的均勻分布

逆流吸收塔廢氣進(jìn)口一般從吸收塔下部水平方向進(jìn)入，根據(jù)進(jìn)塔氣速確定進(jìn)氣管的橫截面積。為了使氣體均勻分布，可以采用較大的進(jìn)氣管徑；進(jìn)氣口向下傾斜6°～10°；頂部出氣口垂直向上；在塔下部設(shè)置多孔板、導(dǎo)流板對(duì)氣體進(jìn)行整流。另外，在噴淋層間可設(shè)置環(huán)形板，避免煙氣通過噴淋層時(shí)出現(xiàn)因靠近塔壁處噴淋液不均造成的氣相短路現(xiàn)象，起到節(jié)能增效的功能。

4.   結(jié)束語

吸收塔是廢氣洗滌中的關(guān)鍵設(shè)備。噴淋吸收塔結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、阻力小、投資少、運(yùn)行良好，能夠達(dá)到所需的吸收效果。本文根據(jù)工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，確定了吸收塔塔徑、塔高設(shè)計(jì)，噴淋層、除霧器的設(shè)置及循環(huán)泵的配置等的方法并指出了設(shè)計(jì)中應(yīng)該注意的一些問題。