二氧化硫的人为排放主要来自于化石燃料的燃烧。我国以煤炭为主的能源消费结构短期内不会发生改变,根据历年中国环境状况公报显示,我国每年向大气排放的二氧化硫超过2000多万吨,对环境和经济造成很大负担。全球的烟气脱硫技术85%以上为湿法脱硫技术,其中美、日、德三国为90%以上。湿法脱硫技术的核心是吸收塔,第一代吸收塔主要有填料塔、湍球塔等,系统使用的工艺几乎都是抛弃法,第二代吸收塔则是用空塔代替填料塔、湍球塔、筛板塔等,空塔不仅使吸收塔内部结构简洁、造价降低,而且减少了结垢,典型代表的塔型有喷淋塔和喷射鼓泡塔。其中喷淋塔起步较早,而喷射鼓泡塔则发展较快。喷射鼓泡塔以气相为分散相、液相为连续相,将二氧化硫的吸收、亚硫酸钙的氧化、结晶以及除尘等工艺过程集中到同一个反应器中进行,具有较高的脱硫效率和除尘效率,工艺运行pH值范围通常控制在3～5,低pH值环境使吸收塔具有较好的氧化速率。但喷射鼓泡塔系统较为复杂、吸收塔的压力损失较大。第三代塔的发展方向是吸收塔大型模块化,同时通过提高烟气的流速来增加反应场中的扰动,加剧湍流,延长烟气在吸收液中的停留时间,从而提高二氧化硫的吸收率。环栅式吸收塔操作原理与喷射鼓泡塔相同,也属于喷射鼓泡吸收塔的一种。但采用单切向进气方式,运行时气流切向进入环形气体通道,带动吸收液径向旋转,进入栅孔内的气流呈脉冲式,气流被径向旋转的吸收液切割成更小的气泡,在栅孔处,气泡呈现向上、向前、向径向搅拌方向的三维上升状况,吸收液产生脉冲式鼓泡,鼓泡层出现剧烈的扰动状态,延长了塔内气、液接触时间。环栅式布气结构结合单切向的进气方式产生脉冲式鼓泡效果,增加吸收塔内的扰动,与第三代塔提高气速用以增加扰动目的一致。对环栅式吸收塔和日本的喷射管式吸收塔做实验比较,结果显示,在进气量以及液位相同时,环栅式吸收塔的压力损失小于喷射管式吸收塔的压力损失,而环栅式吸收塔的鼓泡层高度大于喷射管式吸收塔的鼓泡层高度,在进气量为2800m3/h时,环栅式吸收塔的鼓泡层高度多次达到1000mm以上,且塔内的气液扰动非常激烈,其最高峰值可达1500mm。喷射管式吸收塔的鼓泡层高度在700mm左右。当用相同量的质量浓度为1.37%CaCO3溶液为吸收液,处理气量2300 m3/h,二氧化硫浓度为3000mg/m3,吸收液pH值大于5.2时,环栅式吸收塔的脱硫效率高于喷射管式吸收塔的脱硫效率,环栅式吸收塔中的吸收液有效成分被迅速消耗,没有新鲜浆液补充,当pH值小于5.2后,环栅式吸收塔的脱硫效率低于喷射管式吸收塔的脱硫效率。当吸收塔直径较大时,环栅式吸收塔存在塔中心部位布气不足的缺陷,因而在环栅内部增设喷射管,设计发明气动搅拌吸收塔,并在环形气体通道中安装浮筒搅拌器,用于加强吸收塔内气固液三相的混合效果。浮筒搅拌器没有固定轴,浮于环形通道内的吸收液液面上,其旋转的动能完全由环形通道内的气流提供,转速越快,搅拌均匀所耗时间越短。进气量相同时,气动搅拌吸收塔的系统压力损失小于日式喷射管式吸收塔的压力损失,当进气量为2400 m3/h,二氧化硫浓度为3400mg/m3,脱硫剂为质量浓度1.64%的CaCO3溶液,吸收液pH值为6.0时,气动搅拌吸收塔的脱硫效率达到96%,喷射管式吸收塔的脱硫效率为80%左右,后期吸收液pH值降到4.0时,气动搅拌吸收塔的脱硫效率仍然达到77%,喷射管式吸收塔的脱硫效率为53%左右。喷射鼓泡塔的低pH值运行环境有利于对重金属物质的富集,结合这一特点发明双循环垂直筛板吸收塔,用于处理高浓度含硫烟气的脱硫,同时回收有经济价值的矿渣。双循环吸收塔一级循环为环栅式布气装置,吸收液采用弱碱性矿物浆液,以磷矿浆为例,磷矿浆液用于脱硫后,其中杂质被去除使磷矿得以富集,脱硫后的矿渣可直接加浓硫酸制成普钙(磷肥)就地销售,二级循环为垂直筛板结构,采用碱性较强的吸收液来维持装置的高脱硫效率,以Na2CO3溶液为例,当进气量为2300m3/h,二氧化硫浓度为3400mg/m3,垂直筛板埋入220mm时,吸收塔的总脱硫效率最高达95%,垂直筛板的埋入深度对吸收塔的脱硫效率有较大影响,其它条件不变,垂直筛板埋入深度80mm时的总脱硫效率最高值为78%。本文针对脱硫吸收塔的布气装置、搅拌装置的性能优化以及吸收塔应用方面进行研究。在保证吸收塔高效脱硫的同时,对吸收塔结构进行简化、降低吸收塔的压力损失、提高吸收塔鼓泡效果等方面取得一定成果,同时在应用双循环吸收塔高效脱硫同时回收具有经济价值的矿物质方面做了大量实验,确定双循环吸收塔的最佳操作范围。为具有自主知识产权的吸收塔的大型工业化提供实践基础和理论依据。