燃煤電廠脫硫提效應用研究

徐灝++孟煒++單新宇++陳瑤姬+徐志瑛

摘要： 在脫硫工程噴淋塔中，由于噴淋層周邊與中心區域噴淋液分布密度存在明顯偏差，使塔內煙氣容易從吸收塔周邊區域逃離，從而降低了吸收塔的脫硫效率.為解決這一問題，開發了一種吸收塔增效裝置.該裝置可以有效彌補脫硫吸收塔內噴淋層布置缺陷，改善塔內煙氣分布和氣液傳質效果，從而提升吸收塔的煙氣脫硫效率.針對某一脫硫增效改造工程應用，分析了增效裝置在提高SO2脫除率、降低脫硫電耗方面的效果.結果表明，該吸收塔增效裝置具有明顯的節能減排作用，且安裝方便、投資低、運行費用低，對不同大小的吸收塔的適應性強，適合于老機組的吸收塔增效改造.

關鍵詞：

燃煤電廠； 吸收塔； 脫硫； 增效裝置

中圖分類號： X 513文獻標志碼： A

石灰石—石膏濕法脫硫工藝已廣泛應用于燃煤電廠機組煙氣脫硫[1].該工藝的脫硫吸收塔基本采用空塔噴淋式結構，其設計存在一些不足[2]：① 噴淋層周邊與中心區域噴淋液分布密度存在明顯偏差，噴淋密度低的周邊區域噴淋層阻力較小，煙氣容易從該區域逃逸，從而影響系統的脫硫效率[3].其原因是為了使吸收塔的內壁防腐襯里層不受噴淋液長期過度沖刷而損壞，噴淋層最外層的噴嘴布置密度受到制約，噴淋層周邊區域的理論最大噴淋覆蓋率只能達到100%，而中心區域的噴嘴布置可以較密，噴淋覆蓋率可達200%以上；② 噴淋層最邊緣的噴嘴多數處于噴淋組管的末端位置，流道較長，漿液流通的阻力較大，當噴淋組管內的漿液流量或壓頭出現波動時，噴淋層邊緣的噴嘴受影響最大，將進一步削弱噴淋層周邊區域的噴淋覆蓋率和噴淋密度，增加煙氣旁路的可能性，從而降低整套裝置的脫硫效率[4].

隨著國家對大氣污染物治理要求的日益嚴格，需要進一步提升現有火電廠脫硫裝置的脫硫效率.經常采用的技術手段有增加吸收塔循環泵數量、增加噴淋層等[5]，但往往存在能耗增加、原有吸收塔需進行防腐改造、技術難度大等問題.本文在工程實際運用中開發并設計了一種脫硫吸收塔新型增效裝置，有效地解決了相關問題，目前已在實際工程中得到應用，效果良好.

1新型增效裝置簡介

脫硫吸收塔新型增效裝置主要由布氣錐板、環形箍筒、自緊連接裝置和軟密封組件等構成，可以安裝在各類噴淋式脫硫吸收塔內.增效裝置結構如圖1所示，圖中：α為布氣錐板與水平面夾角；L為布氣錐板長度.增效裝置需安裝在噴淋層的下方，通過軟密封組件與吸收塔內壁連接并定位.該裝置可使吸收塔內周邊區域的煙氣重新分布，使其向中央區域聚集流動，有效消除塔內煙氣旁路現象，提高系統的煙氣脫硫效率.

根據吸收塔的內壁規格和現場安裝條件，增效裝置可分為若干段（一般分為3～5段），各段在塔內進行對接、組裝和自緊固定.塔內的裝配過程無需動火，增效裝置的主要受力元件均采用不銹鋼（316L或以上等級）材質.

在具體設計中，增效裝置的α、L都可根據煙氣流動狀況調整，盡可能不增加塔內煙氣的流動阻力.布氣錐板上需均勻布置一定數量的排液孔，確保貼壁流動的漿液和部分周邊區域的噴淋漿液收集后能及時排出，不產生沉積.布氣錐板焊接在對應的環形箍筒上，現場安裝就位后，各段環形箍筒、各段布氣錐板由自緊連接裝置連為一體，最終形成一個完整的環狀結構.

可根據現場條件和具體要求，通過調節各頂緊螺栓的安裝尺寸，調整環形箍筒的安裝外徑，以充分貼合吸收塔的內壁.頂緊螺栓調節到位后，用扣緊螺母扣緊并定位.

2主要技術特點

2.1優化煙氣分布，提升裝置效率

以典型的一臺600 MW燃煤機組對應的濕法脫硫吸收塔為例，塔內煙氣量取2 850 000 m3·s-1，塔內徑取16 m，布置3層噴淋層，相鄰噴淋層間距為2.2 m.通過煙氣流場建模計算和分析，可在吸收塔內第一噴淋層與第二噴淋層之間的某一煙氣流場截面安裝新型增效裝置.與未安裝增效裝置時相比，安裝該裝置后塔內沿壁的周邊區域的流速降低，煙氣有向中心聚集的趨勢.對比結果如圖2所示.

流場模擬分析結果表明，新型增效裝置可以有效彌補脫硫吸收塔內噴淋層布置缺陷，改善塔內煙氣分布，基本消除吸收塔內煙氣旁路現象，使煙氣都能經過吸收塔內最佳噴淋覆蓋區域，改善氣液接觸效果，從而提升整套裝置的煙氣脫硫效率.

2.2安裝方便，無需動火

該裝置采用分段式組裝結構，利用獨特的自緊連接裝置，可在塔內進行對接和裝配.安裝過程無需動火，現場裝配方便，十分適用于目前各類噴淋式脫硫吸收塔的內部改造.

2.3可靈活調節，適應性強

通過對自緊連接裝置進行現場調節，新型增效裝置能夠調整自身安裝尺寸，有效貼合不同規格的吸收塔內壁，對已有吸收塔的加工制作精度要求不高，具有良好的適應性.

新型增效裝置通過軟密封組件與塔體內壁的防腐襯層進行接觸和貼合，能夠保證在安裝和使用過程中，防腐襯層不受損壞.這進一步提高了該裝置的適應性.

2.4投資費用少，運行成本低

該裝置主要用材均為常規材料，易于采購，有利于降低成本.同時，該裝置通過軟密封組件進行結構連接，在安裝過程中不會對原設備造成損壞，現場安裝成本低.

根據流場模擬計算和分析，安裝增效裝置后，吸收塔的運行阻力增加較少，與增大噴淋流量和增加噴淋層等其他增效方式相比，該技術的應用具有比較突出的投資和運行成本優勢.

3工程應用情況

3.1設備布置情況

某600 MW燃煤電廠的脫硫吸收塔采用空塔噴淋結構，吸收塔內徑為16 m，塔內防腐采用鱗片樹脂；一臺塔共有3層噴淋層，分別對應三臺循環泵，噴淋層下方布置有一層多孔均流板.

該電廠5#機組吸收塔于2013年3月安裝了一套增效裝置，其位置在吸收塔均流板與第一層噴淋層之間，距第一層噴淋層0.8～1.0 m.該裝置分三段通過吸收塔人孔運至塔內后再進行組裝與安裝，裝置總質量約500 kg.由于該裝置安裝不破壞原有吸收塔防腐層，無需動火，安裝僅需2 d.

3.2脫硫效率提升情況

當吸收塔在兩臺循環漿液泵運行，相同機組負荷、pH和入口煙氣SO2質量濃度條件下，對安裝增效裝置前、后的脫硫效率情況進行了對比分析，具體數據如表1所示.

根據數據對比，在兩臺漿液循環泵運行的方式下，改造前平均脫硫效率為93.2%；而改造后的脫硫效率有了明顯提高，平均脫硫效率為95.7%，提升了約2.3%.

3.3節能效果

該裝置安裝后，由于其占吸收塔截面比例很小，因此對吸收塔運行阻力影響很小，增加的阻力在100 Pa以下.

該裝置安裝前、后電廠CEMS（continuous emission monitoring system）月度報表及廠用電數據對比如表2所示，其中：1～3月為增效裝置未安裝月份；3月31日增效裝置安裝完成并投運.

安裝增效裝置后，漿液與煙氣傳質效果增強，在保證脫硫效率的前提下，可以根據情況間歇性停運一臺循環泵，以降低系統電耗.從表2可以看出：廠用電率一季度平均為0.86%；安裝增效裝置后，在入口平均SO2質量濃度大幅增加的情況下，出口平均SO2質量濃度及SO2排放量顯著降低，而脫硫廠用電率為0.79%，比改造前降低了約8%.改造后不僅減排效果提高明顯，而且對脫硫系統的節能降耗亦有顯著貢獻.

3.4節能減排效果分析

安裝增效裝置后，可以大幅增加該600 MW機組原有脫硫裝置在鍋爐燃用劣質煤時的處理能力.在燃煤硫分不變的情況下，由于脫硫效率提升和廠用電率降低，每年可實現節約SO2排污費和運行電費支出約40萬元.考慮到該工程一臺吸收塔安裝增效總費用約為10萬元，因此當年即可收回全部投資.

4結論及建議

（1） 該新型增效裝置可以有效彌補脫硫吸收塔內噴淋層布置缺陷，改善塔內煙氣分布和氣液傳質效果，從而提升吸收塔的煙氣脫硫效率.

（2） 該裝置結構簡單，安裝方便，安裝過程無需動火，不破壞原有吸收塔防腐層，對不同大小的吸收塔適應性強，較適合于老機組的吸收塔增效改造.

（3） 在600 MW機組吸收塔中的增效改造工程應用表明，該裝置增加的運行阻力小，可實現年節約SO2排污費和運行電費支出約40萬元，當年即可收回全部投資，具有較高的推廣價值.

參考文獻：

[1]岳濤，莊德安，楊明珍，等.我國燃煤火電廠煙氣脫硫脫硝技術發展現狀[J].能源研究與信息，2008，24（3）：125-129.

[2]全國環保產品標準化技術委員會環境保護機械分技術委員會.燃煤煙氣濕法脫硫設備[M].北京：中國電力出版社，2011.

[3]鐘秦.燃煤煙氣脫硫脫硝技術及工程實例[M].北京：化學工業出版社，2002.

[4]馬廣大.大氣污染控制工程[M].2版.北京：中國環境科學出版社，2003.

[5]閆楠，郭錦濤.石灰石—石膏濕法脫硫裝置運行優化[J].能源與環境，2013（4）：85，87.