脫硫系統(tǒng)塔外漿液箱的選型及應(yīng)用

孫　科　劉寒梅　沈　波　葛春亮　張　威

（浙江天地環(huán)保科技有限公司浙江杭州310003）

脫硫系統(tǒng)塔外漿液箱的選型及應(yīng)用

孫科劉寒梅沈波葛春亮張威

（浙江天地環(huán)保科技有限公司浙江杭州310003）

介紹了塔外漿液箱技術(shù)，以及在某電廠(chǎng)脫硫提效改造中塔外漿液箱的選型和應(yīng)用，結(jié)合改造前后的數(shù)據(jù)，表明塔外漿液箱技術(shù)在改造工程中具有脫硫效率高、改造量少、設(shè)備利舊率高、投資低、施工和停機(jī)時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)。

塔外漿液箱；脫硫效率；液氣比；pH

1　前言

隨著新《火電廠(chǎng)大氣污染排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB13223-2011）和《煤電節(jié)能減排升級(jí)與改造行動(dòng)計(jì)劃（2014-2020年）》的頒布與實(shí)施，明確要求長(zhǎng)三角等重點(diǎn)區(qū)域大氣污染物排放濃度基本達(dá)到燃?xì)廨啓C(jī)組的排放限值，浙江地區(qū)將在2017年底所有600MW及以上新建與在建的火電廠(chǎng)完成超低排放改造。

超低排放改造要求SO2的排放要求小于35mg/Nm3（6%O2），這對(duì)已建機(jī)組的脫硫提效改造任務(wù)提出了艱巨的挑戰(zhàn)。典型的石灰石-石膏法脫硫效率可達(dá)97%左右，但無(wú)法滿(mǎn)足新排放任務(wù)的要求。

2　現(xiàn)有的濕法脫硫提效技術(shù)

在脫硫系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，影響濕法脫硫效率的參數(shù)主要有漿液品質(zhì)、煙氣分布均勻性、液氣比、漿液pH值、Ca/S比等因素［1］。

目前在石灰石-石膏法脫硫技術(shù)中，常用的能夠滿(mǎn)足新SO2排放限值的提效技術(shù)有增加液氣比技術(shù)、采用均流增效板技術(shù)、雙脫硫塔串聯(lián)技術(shù)［2］、單塔雙循環(huán)技術(shù)［3~5］、旋匯耦合［6］技術(shù)等。

2.1增加液氣比提高脫硫效率。

液氣比對(duì)脫硫效率的高低有著重要影響。在吸收塔設(shè)計(jì)中，循環(huán)漿液量的多少?zèng)Q定了SO2吸收表面積的大小，在其他參數(shù)不變的情況下，提高液氣比相當(dāng)于增大了吸收塔內(nèi)的漿液噴淋密度，從而增大了氣液傳質(zhì)表面積，強(qiáng)化了氣液兩相間的傳質(zhì)，提高液氣比是提高脫硫效率的有效措施。當(dāng)然，液氣比增大會(huì)促使循環(huán)泵流量和吸收塔阻力增大，從而增加電耗。

2.2采用均流增效板提高脫硫效率。

吸收塔均流增效板能改善吸收塔內(nèi)煙氣分布，煙氣和漿液的流場(chǎng)分布影響吸收塔介質(zhì)的傳質(zhì)、傳熱和反應(yīng)進(jìn)行程度。對(duì)于無(wú)均流增效板塔，改善煙氣分布最有效的措施是增加均流增效板，使進(jìn)入吸收塔內(nèi)的煙氣分布均勻，避免偏流問(wèn)題；而對(duì)于已有均流增效板的吸收塔，可以通過(guò)調(diào)節(jié)均流增效板開(kāi)孔率、加裝第二層均流增效板來(lái)達(dá)到目的。均流增效板塔相對(duì)于空塔的缺點(diǎn)是吸收塔阻力相對(duì)較高，引風(fēng)機(jī)電耗較高。同時(shí)，均流增效板上可保持一層漿液，可沿小孔均勻流下，形成一定高度的液膜，使?jié){液均勻分布，液膜使煙氣在吸收塔內(nèi)與漿液的接觸時(shí)間增加，當(dāng)煙氣通過(guò)均流增效板時(shí)，氣液充分接觸，均流增效板上方湍流激烈，強(qiáng)化了SO2向漿液的傳質(zhì)，形成的漿液泡沫層擴(kuò)大了氣液接觸面，提高吸收劑利用率，可有效降低液氣比，降低循環(huán)漿液噴淋量。

2.3雙脫硫塔串聯(lián)方式提高脫硫效率。

雙脫硫塔串聯(lián)方式即原吸收塔后增加一個(gè)吸收塔，原吸收塔出口的煙氣進(jìn)入新增的吸收塔進(jìn)行再次脫硫。該方式的優(yōu)點(diǎn)在于一二級(jí)吸收塔脫硫效率分別為90%時(shí)，總的脫硫效率就可以達(dá)到99%。該方式的缺點(diǎn)是對(duì)場(chǎng)地的要求較高，不適用于原布置已緊湊的場(chǎng)地。

2.4單塔雙循環(huán)方式提高脫硫效率。

單塔雙循環(huán)技術(shù)特點(diǎn)是吸收塔分為上、下兩個(gè)回路，每個(gè)回路均是一套噴淋系統(tǒng)，上回路漿液循環(huán)箱置于吸收塔外，下部管道連接上回路環(huán)漿液循環(huán)泵，并與吸收塔內(nèi)部的上回路噴淋層連通，吸收塔中部的上回路漿液收集盤(pán)置于上回路噴淋層下方，并由底部管道與上回路漿液循環(huán)箱連通；下回路漿液循環(huán)箱置于吸收塔內(nèi)的底部，下回路噴淋層置于上回路漿液收集盤(pán)下方。單塔雙循環(huán)技術(shù)優(yōu)點(diǎn)是脫硫效率較高，可達(dá)98%以上，缺點(diǎn)是工藝復(fù)雜、投資較大、改造工期長(zhǎng)、改造工程量很大。

2.5采用旋匯耦合器提高脫硫效率。

旋匯耦合技術(shù)通過(guò)在吸收塔內(nèi)部增加旋匯耦合裝置，提高煙氣均勻程度以及氣液的傳質(zhì)、增加煙氣停留時(shí)間，其優(yōu)點(diǎn)是可以降低液氣比，缺點(diǎn)是增加煙氣阻力并引起電耗增加，同時(shí)投資費(fèi)用較高。

以上技術(shù)均可以提升脫硫效率，但是提高吸收塔液氣比是一種比較直接而有效的方法。提高液氣比就需要增加漿液循環(huán)量，對(duì)于改造項(xiàng)目，漿池容積有限，液氣比的提高，勢(shì)必導(dǎo)致漿液停留時(shí)間不足，當(dāng)漿液停留時(shí)間小于3.5min時(shí)將影響石膏結(jié)晶和脫硫效率。為增加漿液停留時(shí)間，可以通過(guò)抬塔的方法實(shí)現(xiàn)，這種方法往往施工較為困難、工程量大、投資大、施工安全系數(shù)低。另外一種方式就是設(shè)置塔外漿液箱。

3　塔外漿液箱技術(shù)

塔外漿液箱技術(shù)是在改造項(xiàng)目中，在吸收塔附近增加一個(gè)漿液箱，吸收塔與塔外漿液箱底部通過(guò)管道直聯(lián)使?jié){液導(dǎo)通，在塔外漿液箱可以通過(guò)新增循環(huán)泵使?jié){液進(jìn)入吸收塔噴淋層。同時(shí)，吸收塔與塔外漿液箱的氣體通過(guò)連通管可以導(dǎo)通。

增設(shè)塔外漿液箱，可以增加漿池容積，增加漿液停留時(shí)間。并通過(guò)增設(shè)循環(huán)泵，提高了液氣比，從而達(dá)到脫硫提效的目的。

在改造項(xiàng)目中，塔外漿液箱技術(shù)相比于其他技術(shù)，具有改造量少、設(shè)備利舊率高、投資低、施工和停機(jī)時(shí)間短、適用于高硫煤改造等突出優(yōu)勢(shì)［7］。

4　塔外漿液箱的選型及應(yīng)用實(shí)例

以某電廠(chǎng)為例，該電廠(chǎng)共4臺(tái)600MW機(jī)組，原脫硫裝置采用石灰石-石膏濕法脫硫工藝，無(wú)旁路、有回轉(zhuǎn)式GGH、無(wú)增壓風(fēng)機(jī)。其中，吸收塔帶一層均流增效板，并設(shè)有三臺(tái)循環(huán)泵和三層標(biāo)準(zhǔn)型噴淋層。表1為改造之前的吸收塔參數(shù)。

表1　改造之前吸收塔參數(shù)

機(jī)組燃煤實(shí)際含硫量約為0.6%～1.0%，吸收塔入口SO2濃度范圍為1326 mg/Nm3～2220mg/Nm3。運(yùn)行中一般開(kāi)啟2臺(tái)循環(huán)泵，脫硫效率91.5%～92.5%，煙囪出口SO2濃度為99 mg/Nm3～188 mg/Nm3。

為了提高脫硫效率，對(duì)該電廠(chǎng)的脫硫系統(tǒng)進(jìn)行改造。在滿(mǎn)足脫硫提效要求及改造工程量盡量小的前提下，選擇塔外漿液箱技術(shù)，可以在提高液氣比的同時(shí)而不影響吸收塔漿液停留時(shí)間。經(jīng)計(jì)算，當(dāng)液氣比達(dá)到15.27L/Nm3時(shí)，可以滿(mǎn)足SO2出口濃度≤35 mg/Nm3的超低排放限值要求。按照設(shè)計(jì)漿液停留時(shí)間3.7min計(jì)，需要漿池容積2001m3，而吸收塔原有漿池容積只有1611m3，仍需要設(shè)置一座390m3的塔外漿液箱作為補(bǔ)充，選擇塔外漿液箱規(guī)格為Φ7.6m×10m，其中運(yùn)行液位為8.5m。

具體改造方案為：一層標(biāo)準(zhǔn)式噴淋層+兩交互式噴淋層+一層均流增效板+塔外漿液箱。具體內(nèi)容為：（1）將原有均流增效板開(kāi)孔率調(diào)整為29%。（2）將2、3兩層標(biāo)準(zhǔn)型噴淋母管及噴嘴改為交互式噴淋系統(tǒng)，保留下層標(biāo)準(zhǔn)式噴淋層。（3）原有3臺(tái)流量為8163m3/h的循環(huán)泵利舊，其中A循環(huán)泵的揚(yáng)程從21.6m改造至23.8m。增加1臺(tái)流量為8163m3/h的循環(huán)泵并與吸收塔連接，與原有3臺(tái)循環(huán)泵進(jìn)入兩層交互式噴淋層；同時(shí)再增加1臺(tái)流量為10850m3/h的循環(huán)泵并與塔外漿液箱連接，進(jìn)入下層標(biāo)準(zhǔn)式噴淋層。有一臺(tái)漿液循環(huán)泵作為備用。（4）增設(shè)1座塔外漿液箱，直徑7.6m，高10m。塔外漿液箱和吸收塔的底部采用DN1600的管道連接，其頂部與吸收塔液面以上采用DN200的管道連通；塔外漿液箱配置側(cè)入式攪拌器和強(qiáng)制氧化風(fēng)系統(tǒng)。（5）拆除回轉(zhuǎn)式GGH。由于回轉(zhuǎn)式GGH的實(shí)測(cè)漏風(fēng)率可到2%以上，在設(shè)計(jì)工況時(shí)原煙氣側(cè)向凈煙氣側(cè)泄漏的SO2濃度可達(dá)35mg/Nm3，此時(shí)再對(duì)脫硫系統(tǒng)進(jìn)行提效也無(wú)法滿(mǎn)足要求。因此為保證系統(tǒng)脫硫效率，需要拆除回轉(zhuǎn)式GGH，具體的系統(tǒng)圖見(jiàn)圖1。

圖1　塔外漿液箱技術(shù)系統(tǒng)圖

5　運(yùn)行數(shù)據(jù)

在運(yùn)行過(guò)程中，一般開(kāi)啟4臺(tái)循環(huán)泵，液氣比維持在15.27L/Nm3左右，吸收塔和塔外漿液箱液位維持在8.5m左右。

隨著漿液pH值的升高，有利于漿液對(duì)SO2的吸收，但是如果繼續(xù)升高，石灰石的溶解會(huì)受到抑制，使石灰石利用率和石膏品質(zhì)下降［8］。但當(dāng)pH過(guò)低時(shí)，亞硫酸鈣的氧化也會(huì)受到抑制，而且由于硫酸鈣結(jié)晶會(huì)導(dǎo)致結(jié)垢［9］。在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，吸收塔的pH維持在5～5.5之間，塔外漿液箱的pH維持在5.5~6之間。吸收塔漿液較低的pH有利于石膏的結(jié)晶，而塔外漿液箱中較高的pH可以使?jié){液進(jìn)入噴淋層時(shí)較容易吸收SO2，最終可以提升整個(gè)系統(tǒng)的脫硫效率和石膏的結(jié)晶。#1機(jī)組經(jīng)塔外漿液箱技術(shù)改造之后，脫硫效率始終維持在98.5%以上，吸收塔出口煙氣SO2排放濃度≤35mg/Nm3，滿(mǎn)足脫硫提效的要求。

表2　塔外漿液箱技術(shù)應(yīng)用前后運(yùn)行參數(shù)對(duì)比

6　結(jié)語(yǔ)

該電廠(chǎng)通過(guò)運(yùn)用塔外漿液箱技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了脫硫提效改造的目標(biāo)，脫硫效率始終維持在98.5%以上，滿(mǎn)足SO2新要求的排放限值。

塔外漿液箱技術(shù)，特別適用于脫硫改造項(xiàng)目，具有改造量少、設(shè)備利舊率高、投資低、施工和停機(jī)時(shí)間短、適用于高硫煤改造等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用前景非常廣泛。

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