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吸收塔系统是湿法烟气脱硫系统的核心部件，按照功能的不同，吸收塔内部自上而下分为除雾区(气体区域)、雾化喷淋吸收区(气液混合区域)、氧化区(液体区域)。烟气中SO₂的脱除、脱硫产物亚硫酸钙的氧化等主要化学反应均在吸收塔内部完成。 吸收塔内部自下而上设置的主要设备一般有浆液搅拌设备、氧化空气分布管网、吸收塔入口烟气均布装置、浆液喷淋装置、除雾装置及其冲洗水系统等。 湿法脱硫吸收塔有许多种结构，根据不同的气液接触方式，脱硫塔可以分为喷淋塔、鼓泡塔、液柱塔和填料塔等，其中喷淋塔具有效率高、阻力小、可用率高等优点，是石灰石-石膏湿法脱硫工艺中的主导塔型。    喷淋塔也称空塔或喷雾塔，是湿法FGD装置的主导塔型，通常采用烟气与浆液逆流接触方式布置。吸收塔上部布置若干层喷嘴，脱硫剂浆液通过雾化喷嘴形成液雾，烟气与浆液液雾逆向充分接触时，SO₂被吸收。烟气中的CI⁻、F⁻和灰尘等大多数杂质也在吸收塔中被去除。含有石膏、灰尘和杂质的吸收剂浆液部分被排入石膏脱水系统。石灰石浆液通过循环泵送至塔中不同高度布置的喷淋层喷嘴。喷嘴是用耐磨材料制成的。浆液从喷嘴向下喷出形成分散的小液滴并往下掉落，同时，烟气逆流向上流动，在此期间，气液充分接触并对二氧化硫进行洗涤。 研究吸收塔内吸收二氧化硫的理论，是根据气液接触方式的不同，研究小区域内气液相的传质过程及化学吸收过程。主要包括薄膜理论、渗透理论和表面更新理论。 图所示的喷淋塔内设置有一层合金托盘，这种由美国巴威(B&W)公司设计的技术可以增强气液两相的传质效率，有效降低液气比，但托盘烟气阻力较大(一层托盘的阻力约为500Pa)，在国家超低排放出台之前竞争优势有限，仅用于脱硫塔入口SO₂浓度较高、脱硫效率又要求较高的工程。近年来，随着超低排放改造的不断推进，有些项目为了减少对现有吸收塔的改动，在不增加液气比的情况下又要满足比较高的脱硫效率，采用了双托盘技术。 托盘提高脱硫效率原理是由于均流增效板上可保持一层浆液，可沿小孔均匀流下，形成一定高度的液膜，使浆液均匀分布，液膜使烟气在吸收塔内与浆液的接触时间增加，当烟气通过托盘时，气液充分接触，托盘上方湍流激烈，强化了SO₂向浆液的传质，形成的浆液泡沫层扩大了气液接触面，提高吸收剂利用率，可有效降低液气比，降低循环浆液喷淋量。但安装托盘的吸收塔相对于空塔的缺点是吸收塔阻力相对较高，增压风机电耗较高。 双托盘的气流均质作用是烟气进入吸收塔后，首先通过塔内托盘，并与托盘上的液膜进行气、液相的均质调整，在吸收区域的整个高度以上可以实现气体与浆液的最佳接触。双托盘相比单托盘多了一层液膜，气液相交换更为充分，气相均布更好，脱硫增效更明显。 多孔托盘技术是在吸收塔内的底部喷淋层与烟气入口之间安装1个或多个多孔合金托盘，托盘上表面被高约300mm的隔板分隔成若干块，托盘上的持液高度随着吸收塔入口烟气压力自动调节，同时，托盘表面液膜可以使塔内烟气分布均匀。运行时，烟气穿过一些孔向上流动，同时循环浆液通过另外一些孔向下流动。托盘上是连续液相，烟气通过喷射或鼓泡的方式通过托盘上的孔洞。多孔托盘技术喷淋塔具有传质效果和均气效果好、液气比低、烟气阻力较高等特点。此外，在锅炉低负荷工况下，由于烟气流速降低使得托盘表面浆液湍动强度减弱，使脱硫效率有所降低，整体脱硫效率可达98%以上。多孔托盘技术喷淋塔的托盘数量主要根据脱硫装置入口SO₂浓度和脱硫效率确定，当燃煤含硫量和脱硫效率要求较高时，需选用双托盘。 吸收塔合金托盘有如下作用： (1)气流均布。烟气由吸收塔入口进入，形成一个涡流区。烟气由下至上通过合金托盘后流速降低，并均匀通过吸收塔喷淋区。喷淋塔直径越大，利用机械手段维持均匀分布就越重要，不采用这种托盘，就会造成吸收塔的各区域烟气不均，即有些区域吸收剂不足，而有些区域吸收剂又太多的现象，这对大型机组的脱硫尤为重要。加装合金托盘前后吸收塔截面烟气流速分布的比较如图所示，图(a)为空塔中烟气进入吸收塔后达到喷淋层时的流场分布图，可见偏流很严重；图(b)为托盘塔中烟气进入吸收塔后达到喷淋层时的流场分布，烟气经过托盘后得到了强制均布，能较好地与喷淋层浆液分布匹配。 (2)浆液均布。托盘上保持一层浆液，沿小孔均匀流下，使浆液均匀分布。 (3)强化脱硫，提高吸收剂利用率。托盘小孔的节流喷射作用，提高了烟气中SO₂向浆液滴的传质速度；托盘上形成的一定高度的泡沫层，也延长了浆液停留时间，增大了气液接触面积。 当气体通过时，气液接触，可以起到吸收部分污染物成分的作用，从而有效降低液气比，提高了吸收剂的利用率，降低了循环浆液泵的流量和功耗。研究表明，单层托盘可提高约50%的传质效果、降低15%～30%的液气比。 (4)低吸收塔。良好的吸收效果可以减少液气比和喷淋层，使吸收塔的高度降低。低吸收塔使其防腐面积小，质量轻，整个吸收系统投资减少，运行和维修保养费用低。 (5)不结垢。该托盘由合金钢制成，较坚固，同时具有自清洗和泡沫效应强的特点，可进一步除去固体颗粒，激烈的浆液冲刷使托盘不会结垢。 (6)检修方便。托盘在吸收塔安装阶段即可作为临时安装平台，投运后可作为喷淋层和除雾器的检修平台，无须排空塔内浆液，无须脚手架就可以直接检修，省时省力。 (7)节能。多孔托盘除具有上述特点外，最大的优点是节省广用电。较低液气比和较低吸收塔高度，使循环泵功率大为减少，其节能效果可以抵消因托盘阻力导致的风机功率的增加。 托盘/双托盘塔技术特点如下： (1)气流均布。设置托盘后，进入吸收塔的气体流速得到很好的均布作用，大部分气体流速处在平均流速范围内。 (2)石灰石溶解速率大幅提高。托盘上浆液的pH值比反应池内的pH值低20%以上，石灰石的溶解速率与浆液内水合氢离子的浓度[H⁺]成正比，pH为4.0条件下的[H⁺]是pH为5.5条件下[H⁺]的31倍，因此更易于托盘上石灰石的溶解。 (3)烟气与浆液接触时间大大增加。传统空塔烟气与浆液的接触时间约3.5s，由于托盘可保持一定高度液膜，增加了烟气在吸收塔中的停留时间，单托盘上的浆液滞留时间为1.8s；对于双托盘吸收塔，托盘上的浆液滞留时间大约为3.5s，烟气接触时间较空塔延长1倍。 (4)检修方便。托盘的设置可使吸收塔运行维护方便，在塔内件进行检修时，无须将塔内浆液全部排空，只需在塔内搭建临时检修平台，运行维护人员站在合金托盘上就可对塔内部件进行维护和更换，减少运行时维护的时间。 在喷淋塔中，工艺上要求喷嘴在满足雾化细度的条件下尽量降低压损，同时喷出的液雾能覆盖整个吸收塔截面，以达到吸收的稳定性和均匀性。塔底氧化池内，由专用的氧化风机鼓入空气，同时塔壁对称布置的搅拌器一方面可防止浆液沉淀，另一方面可促进氧化空气均布效果。除雾器布置在吸收塔顶端，用于除去净烟气中携带的小液滴。 在烟气脱硫技术的发展过程中，喷淋塔是最早采用的脱硫反应装置。它的优点是能够形成较大的气液接触面积，系统的液气比较小。但是，为了保证良好的雾化效果，浆液喷射形成均匀微小的液滴，循环泵必须提供足够的压力，浆液中脱硫剂颗粒的尺寸也不能太大，否则喷头容易被堵塞。这就要求脱硫剂在磨制过程中必须达到一定的颗粒度(250目左右)。因此，该装置对脱硫剂的磨制过程以及循环泵的性能要求都比较高。 目前，世界上运行的脱硫装置中相当大的一部分为此种喷淋塔，从近10年的实际运行情况看，该工艺技术最成熟，定期维护即能保证装置的运行稳定。国内引进的大型电站脱硫装置中也有不少采用该种反应塔型。喷淋吸收塔是集烟气中的SO₂洗涤、吸收、氧化剂和石膏结晶于一体的塔类设备。这种塔型在烟气脱硫装置中被广泛采用。 逆流喷淋塔入口烟道通常设置在反应罐液位以上和塔体吸收区下部之间，处于高温烟气与下落浆液第一次接触的交界面上，俗称“干湿界面”。当烟气进入吸收塔时被绝热饱和，沿入口烟道和干湿交界区形成一个很大的温度梯度，在这一区域烟气温度通常从120～150℃迅速降至50℃左右。由于旋涡作用或入口烟气分布不均匀，下落的浆液会被带入入口烟道，带入的浆液接触到烟道的热壁板后水分蒸发，于是形成了固体的沉积物。固体物的不断堆积将减少入口烟气通流面积，增大风烟系统的阻力，致使引风机喘振，严重时导致机组降负荷运行或被迫停机。入口烟道的这种环境决定了此处是湿法烟气脱硫系统腐蚀最严重的区域之一。 干湿界面长时间堆积石膏，将导致机组的风烟系统阻力增大。采用遮挡帽檐结构将干湿界面推向塔内，使之离开入口烟道壁面，这样可以防止入口烟道中沉积过多的固体物；或者使入口水平烟道带有坡度进入塔内，最终和塔连接的部分形成四方漏斗形。 入口烟道过渡段的结构材料通常选择耐高温、耐高浓度氯化物和氟化物、耐低pH值腐蚀、耐点腐蚀以及耐沉积物下缝隙腐蚀的高镍合金材料，如C-276、59号合金等。当吸收塔入口烟道温度降至100℃左右时，也可以采用价格较低的耐高温玻璃鳞片树脂防腐。 喷淋塔是目前国内外脱硫塔的发展方向，在石灰石-石膏湿法FGD中占据主导地位。这种脱硫塔结构简单，对煤种、锅炉负荷变化适应能力强，脱硫有效且调节容易，维护方便且不易结垢或堵塞。  喷射鼓泡脱硫塔JBR(jet bubbt reactor)属于鼓泡反应器，反应器的核心区为射流沸腾反应器 。反应器常常布置在锅炉除尘器之后，烟气经过特殊的气体分配设备，垂直鼓入脱硫剂浆液面以下，形成两相射流后产生沸腾状气泡并浮出浆液。在此过程中烟气中的SO₂与浆液充分接触反应生成亚硫酸钙，氧化空气从鼓泡反应器的底部进入，经分配管均匀分配到浆液中，使亚硫酸钙氧化为硫酸钙。该工艺对烟气含尘量的要求较低，在高粉尘浓度条件下，也能够较好地运行并获得较高的脱硫效率。 其内部按功能划分为鼓泡区(喷射气泡区)和反应区两部分，如图所示。
鼓泡区(喷射气泡区)是一个由大量不断形成和破碎的气泡组成的连续气泡层。鼓泡区设置有气体喷射管，原烟气以一定的速度经喷射管进入浆液液面以下，与浆液激烈混合，并在内部产生大量的气泡，然后由于浮力作用曲折向上并急剧分散，从而形成气泡层，在此过程中实现气、液充分接触，烟气中的SO₂被吸收反应生成亚硫酸钙，烟气中的飞灰也在接触液膜后被除去。鼓泡区气泡大量、迅速地不断生成和破裂使气、液接触能力进一步加强，从而不断产生新的接触面积，同时将反应物由鼓泡区传递至反应区，并使新鲜的吸收剂与烟气接触。 反应区在鼓泡区以下，石灰石浆液直接补入反应区。氧化空气从反应区的底部进入，经分配管均匀分配到浆液中，使亚硫酸钙氧化成硫酸钙。处理后的净烟气从浆液中鼓泡上升，排入烟囱。在反应区，由于空气鼓泡与机械搅拌(有的鼓泡塔安装有垂直搅拌装置)，使气体与液体充分混合。鼓泡塔内气泡在鼓泡区引起的液体循环代替了传统工艺的浆液循环泵的作用。
该工艺对烟气含尘量的要求较低，在高粉尘浓度条件下，也能够较好地运行并获得较高的脱硫效率，但应注重对吸收液品质和石膏品质的监测。从结构方面比较，鼓泡塔相比于喷淋塔省略了浆液循环泵、喷淋层，并将氧化区和脱硫反应区整合在一起，结构设计较为简单，可节省投资成本；同时，气相高度分散在液相中，传质效率较高。但是，液相内部有较大的返混，而且不容忽视的是该工艺的系统阻力相对较大，对风烟系统设备出力要求较高。另外，由于气体喷射管引入的是高温烟气，且喷射管管口位于液面以下，管口位置由于浆液蒸发容易造成结垢现象，从而增加系统阻力。反应器的占地面积也比其他方法大。 液柱塔为空塔塔型，塔体是方形钢结构。液柱塔采用单层母管制配置，喷浆管布置在塔体底部，循环泵将吸收剂浆液送至喷浆母管中，再分散到各个平行支管中向上喷出，形成覆盖整个脱硫塔横截面的液柱。烟气从脱硫塔的下部径向进入塔内并向上通过液柱，在上升过程中，烟气先与向上喷射的浆液液柱顺流接触，浆液柱到达最高点后散开并形成均布的向下落的液滴，再次与烟气自上而下逆流接触，同时细小下落的液滴又与上升烟气携带的液滴进行碰撞，更新传质表面，形成高密集液滴层，提高烟气与吸收液的混合，使气、液两相高效接触，加速SO₂的吸收反应。
在整个脱硫塔吸收区内，液柱向上喷射并自由落下，液滴的破碎和凝聚一直发生，新表面不断产生，液柱塔的吸收区域较喷淋塔高，抵消了低烟气流速带来的影响，延长了浆液在吸收区内的停留时间。 液柱塔内的液滴湍动程度高，气液交织没有明显的接触界面，吸收剂液滴在散落、碰撞、破碎的过程中气、液接触界面不断更新，能够大大促进SO₂的吸收。 液柱塔的特点是：结构简单，内部元件较少；对于烟气的含尘量没有要求，并且工艺本身有比较高的粉尘处理能力；喷头孔径较大，不易堵塞，而且由于吸收区为空塔从而降低了结垢风险，因此对于石灰石制备设施要求不是很高。另外，如果浆液循环泵采用变频泵，节能的同时可使系统具有较好的负荷调节能力，当锅炉负荷变化时，只需改变液柱的喷射高度，就可相应改变脱硫系统出力。 除了上述特点外，液柱塔还有以下优点： (1)吸收塔高度低。由于吸收塔与烟气接触方式为双接触，液柱塔高度大大低于常规的单向流塔，尤其对于中高硫煤，液柱塔合理简洁的单层喷浆管道避免了喷淋塔多层复杂的喷淋层布置，大大降低了吸收塔的总体高度。 (2)氧化池容积小。液柱塔浆液浓度一般为30%，其浓度相对喷淋塔的20%左右要大，氧化池所需要的容积要少许多。 (3)电耗低。由于喷浆管布置在吸收塔底部，喷管和喷嘴低位布置，大口径中空轴流喷嘴无须背压，不像传统喷淋塔喷嘴将浆液充分雾化需要足够高的压力，循环泵的扬程大大降低，因此吸收塔循环泵的电耗相对较低。 (4)成本低。喷浆管采用母管制，循环泵可以根据需要设置一台或多台，循环泵的型号相同，从备件到运行维护都大大降低成本。 (5)两级串联，连接紧凑，脱硫效率高。 (6)吸收塔内构造简单，维修容易；吸收塔喷嘴采用中空结构，不易堵塞。喷嘴呈网格状单层排列布置。 (7)喷嘴无背压，循环泵压头低。能耗低，塔内阻力低。塔内只有一层液柱层及喷嘴，浆液循环泵的扬程较低，能耗较小。 (8)液柱塔塔内气液两相反复接触，传质充分，能够保证较高的脱硫效率。 (9)由于吸收塔浆液循环系统采用母管制且母管流速有一定限制，循环浆液泵的台数及流量的匹配设计应满足机组负荷的变化范围，且节能运行。 (10)液柱塔采用矩形外形，应通过吸收塔浆池流场试验数据优化设计氧化空气系统，保证氧化空气分布均匀。 液柱塔技术的石膏浆液浓度较高，可达28%～32%，高于喷淋塔技术。因此，液柱塔可以不设置石膏浆液旋流器，直接将塔内石膏浆液送至脱水机，经脱水处理生成石膏。当不设置石膏浆液旋流器时，可以不设置废水旋流器，脱硫废水从滤液排出。 脱硫塔最初的填料塔形式为TBC (turbulent bed contactor)，使用聚乙烯球或泡沫球作为填料，环杂堆放，由于磨损腐蚀以及耐热性的原因，填料常常被破坏并堵塞浆液输运管道，系统无法长期稳定运行。近年来，湿法脱硫填料塔采用特殊的格栅作为填料，因此这种塔也称为格栅塔(gridtower)，将规则的填料整齐地排放。
上图为典型的顺流式格栅吸收塔，塔顶喷淋装置将脱硫浆液均匀地喷洒在格栅顶部，然后自塔顶淋在格栅表面上并逐渐下流，这样能够形成比较稳定的液膜。气体通过各填料之间的空隙下降与液体作连续的顺流接触，二氧化硫不断地被溶解吸收，处理过的烟气从塔底氧化池上经过，然后进入除雾器。 格栅塔要求脱硫浆液能够比较均匀地分布于填料之上，在格栅表面上的降膜过程要求连续均匀。格栅必须具有较大的比表面积，较高的空隙率，较强的耐腐蚀性，较好的强度，以及良好的可湿润性，价格不能太昂贵。和喷淋塔一样，格栅塔也要求脱硫剂具有一定的颗粒度(250目左右)。在目前的应用中，填料中的结垢堵塞问题还未彻底解决，该系统需要较高的自控能力，保证整个反应在合适的状态下运行，以尽量降低结垢的风险。 (1)从用户角度来说，要求在低成本的基础上，达到尽可能的高效率，并且操作简单。 (2)吸收塔的设计符合脱硫反应传质要求，有利于抑制副反应(吸收二氧化碳)，有利于降低泵、搅拌器等的能量消耗，有利于系统的控制(包括pH值、液气比、钙硫比调节)，保证达到设计值(脱硫效率，钙利用率，氧化率)。 (3)喷淋塔和格栅塔技术都比较成熟，但是分别对喷嘴和填料有较高的要求，否则系统就容易结垢堵塞。相对而言，新兴的JBR 反应塔和液柱塔在设计上就避免了类似情况的发生，系统的控制水平以及对脱硫剂颗粒的要求也相对降低。而且，液柱塔自身还具有同时除尘的功效，特别适用于较高粉尘浓度烟气的脱硫，在实际工程应用中已显现出效率高、防结垢、易控制的优势。 (4)气液反应以及反应器理论的进步对脱硫反应器的发展提供了指导方向。脱硫吸收塔发展至今，从喷淋塔到格栅塔、射流沸腾塔和液柱塔，充分体现了气液传质反应理论和各种相应工程技术的进步。 石灰石一石膏湿法脱硫适用于200MW以上机组，所以，在中小机组上采用该工艺时，可采取两炉一塔，或三炉一塔方式，各机组之间通过烟气挡板门实现切换。 吸收塔本体为钢制，是脱硫装置的核心设备，包括预埋件、底部支撑梁、底板、壁板、中间支撑和塔顶。它的作用有两个：一个是对烟气二氧化硫进行脱除，一个是使脱硫生成物变成合格石膏晶体。 由于塔体内部直接接触弱酸浆液，必须采取防腐措施。一般采用橡胶、玻璃鳞片或耐腐钢壁纸进行内衬防腐处理。在烟气温度高于175℃度情况下，可能损坏吸收塔防腐层和设备，FGD装置加装事故喷淋，对烟气进行降温处理，以保护吸收塔等设备，确保锅炉机组安全运行。 |
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