單篩板濕法脫硫系統(tǒng)提效技術(shù)應(yīng)用研究

陳文華

（浙江天地環(huán)保科技有限公司，杭州 310013）

0 引言

濕法脫硫技術(shù)是目前世界上燃煤發(fā)電廠(chǎng)煙氣脫硫應(yīng)用最廣泛的方法[1-2]，其脫硫效率一般不超過(guò)95%。近年來(lái)隨著超低排放概念的提出，對(duì)脫硫效率提出了更高的要求，已建的濕法脫硫系統(tǒng)已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足要求。

在已建濕法脫硫系統(tǒng)中，較大一部分是采用單篩板石灰石/石膏法，篩板上可形成一層持液層，增加氣液傳質(zhì)時(shí)間，同時(shí)改善吸收塔內(nèi)煙氣流場(chǎng)均勻性，較空塔可有效提高脫硫效率[3-4]，但也存在一些問(wèn)題，比如：篩板開(kāi)孔率取值不當(dāng)，導(dǎo)致無(wú)法有效提高脫硫效率且大幅提升吸收塔阻力；液氣比取值不當(dāng)，使氣液傳質(zhì)不暢，或使脫硫能力下降，或堵塞篩板孔[5-6]。另外，也有在單篩板基礎(chǔ)上再增加一層篩板的方法來(lái)提高脫硫效率，但該方法會(huì)導(dǎo)致較大幅度的阻力增加[7]，增加投資和運(yùn)行費(fèi)用。因此，研究針對(duì)單篩板濕法脫硫系統(tǒng)的提效技術(shù)十分必要。

1 應(yīng)用背景

某發(fā)電廠(chǎng)為2×300 MW燃煤供熱發(fā)電機(jī)組，同步配套建設(shè)石灰石-石膏濕法煙氣脫硫系統(tǒng)，采用單篩板設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)煤種含硫量為1.1%，折合SO2濃度為2 419 mg/m3（已換算成標(biāo)準(zhǔn)狀況下，以下同），設(shè)計(jì)脫硫效率95%，煙囪出口SO2濃度為120 mg/m3。

2臺(tái)機(jī)組自投運(yùn)以來(lái)，燃煤的實(shí)際含硫量為0.5%～0.7%，最高約0.85%，煙囪出口SO2濃度為50～100 mg/m3，無(wú)法滿(mǎn)足超低排放標(biāo)準(zhǔn)中SO2濃度不超過(guò)35 mg/m3的要求，勢(shì)必需要進(jìn)行脫硫提效改造。

2 脫硫提效技術(shù)

2.1 調(diào)節(jié)篩板開(kāi)孔率

篩板能有效改善吸收塔內(nèi)煙氣分布的均勻性。同時(shí)，當(dāng)循環(huán)漿液霧化噴淋后，篩板上可保持一層漿液，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)的停留時(shí)間增加，當(dāng)煙氣通過(guò)篩板時(shí)，氣液充分接觸，篩板上方湍流激烈，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，提高了吸收劑利用率。降低篩板開(kāi)孔率使煙氣通過(guò)篩板的速度加快，進(jìn)一步強(qiáng)化了氣液傳質(zhì)效果，可有效提高脫硫效率。這與何蘇浩等學(xué)者[8]得到的結(jié)論類(lèi)似，即增大煙氣速度可促進(jìn)氣相傳質(zhì)。

2.2 增加液氣比

液氣比是影響濕法脫硫系統(tǒng)脫硫效率的重要參數(shù)，該參數(shù)的變化將直接影響脫硫性能。液氣比增大時(shí)，煙氣與石灰石漿液的接觸面積增加，可提高SO2的吸收，但液氣比過(guò)大可能會(huì)導(dǎo)致霧化效果不佳，不利于脫硫效果[9]，該結(jié)論在杜謙等學(xué)者[10]的研究中也可得知，即當(dāng)液氣比小于8 L/m3時(shí)，增加液氣比能更有效地提高脫硫效率，也有學(xué)者認(rèn)為當(dāng)液氣比超過(guò)15.5 L/m3時(shí)，液氣比對(duì)脫硫效率的影響逐漸減小[5]，從而可知，在一定范圍內(nèi)，液氣比增加可使脫硫效率得到較明顯的提升。因此，在實(shí)際的工程應(yīng)用中，適當(dāng)?shù)卦黾右簹獗葘⒂欣跐穹摿蛳到y(tǒng)性能的提升。

3 脫硫系統(tǒng)提效技術(shù)應(yīng)用結(jié)果

3.1 降低篩板開(kāi)孔率結(jié)果分析

3.1.1 降低篩板開(kāi)孔率實(shí)施方法

整個(gè)篩板系統(tǒng)由多個(gè)模塊組成，其開(kāi)孔率調(diào)整的主要施工方法是：利用專(zhuān)用工具將橡膠塞嵌入篩板空隙中，密封部分篩板開(kāi)孔，以達(dá)到封堵的效果。對(duì)于單個(gè)篩板模塊，封堵其周邊一圈開(kāi)孔及中間一列開(kāi)孔，從而在整體上實(shí)現(xiàn)整個(gè)篩板系統(tǒng)的均勻封堵，最終實(shí)現(xiàn)符合工藝要求的篩板開(kāi)孔率。通過(guò)對(duì)以往改造案例進(jìn)行分析，橡膠塞可緊固于篩板孔隙中。該施工方法簡(jiǎn)單，易于操作，無(wú)需對(duì)吸收塔做大的改造。本工程每臺(tái)吸收塔封堵了1 200個(gè)橡膠塞，將篩板開(kāi)孔率從30%降到29%。篩板改造項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)封堵情況見(jiàn)圖1。

圖1 篩板改造施工現(xiàn)場(chǎng)

3.1.2 結(jié)果討論

當(dāng)脫硫系統(tǒng)同時(shí)開(kāi)啟3臺(tái)循環(huán)泵且其他運(yùn)行參數(shù)相同時(shí)，堵孔前后的脫硫運(yùn)行數(shù)據(jù)對(duì)比見(jiàn)圖2，其中開(kāi)孔率30%時(shí)，機(jī)組負(fù)荷為100%，開(kāi)啟全部3臺(tái)循環(huán)泵，原煙氣SO2濃度為1 900 mg/m3，原煙氣量為961 245 m3/h，平均pH值5.6；開(kāi)孔率29%時(shí)，機(jī)組負(fù)荷為100%，開(kāi)啟全部3臺(tái)循環(huán)泵，原煙氣SO2濃度為2 048 mg/m3，原煙氣量為1 069 032 m3/h，平均pH值5.6。

圖2 不同篩板開(kāi)孔率下的脫硫效率對(duì)比

從圖2可知，堵孔前脫硫效率平均值為97.8%，堵孔后脫硫效率平均值為98.9%，脫硫效率提高了1.1%，可見(jiàn)適當(dāng)降低篩板開(kāi)孔率有利于脫硫效率的提高。經(jīng)過(guò)阻力降測(cè)試發(fā)現(xiàn)，堵孔前阻力降平均值為2 187 Pa，堵孔后阻力降平均值為2 369 Pa，增加了182 Pa，這是由于開(kāi)孔率降低后，流速增大導(dǎo)致的阻力增加，但僅182 Pa的阻力增加對(duì)實(shí)際運(yùn)行和能耗的影響較小。

3.2 增加液氣比結(jié)果分析

3.2.1 增加液氣比實(shí)施方法

增加脫硫系統(tǒng)的液氣比主要采取增大漿液循環(huán)流量的方式，即吸收塔系統(tǒng)采用“1層交互式噴淋+2層標(biāo)準(zhǔn)式噴淋+1層篩板+塔外漿池”的型式，主要措施如下：

（1）原有 3臺(tái)循環(huán)泵 A，B，C（流量 4 580 m3/h）維持不變。吸收塔第二層噴淋層由標(biāo)準(zhǔn)式更改為交互式，對(duì)應(yīng)1臺(tái)原有漿液循環(huán)泵B和1臺(tái)新增循環(huán)泵D（流量4 580 m3/h，揚(yáng)程20.9 m漿液）；其他2層為標(biāo)準(zhǔn)式噴淋層不變。

（2）為了保證漿液的停留時(shí)間（3.5 min以上），循環(huán)漿液量增大后，原有吸收塔漿池容積不夠，需要在吸收塔旁增加1個(gè)塔外漿池，尺寸為Φ7.6 m×8.5 m。塔外漿池靠近吸收塔布置，并與吸收塔底部和上部均連通，同時(shí)配置側(cè)入式攪拌器及氧化空氣。新增的漿液循環(huán)泵D從塔外漿池中將石膏漿液輸送至吸收塔交互式噴淋層進(jìn)行噴淋。塔外漿池設(shè)置排空接口，周邊設(shè)置漿液溝連接至原有漿液溝道。

實(shí)施后，漿液循環(huán)泵對(duì)應(yīng)噴淋層為：A是上層泵，B，D是中層泵，C是下層泵。B，C，D組合是中、下2層噴淋層；A，B，D組合是上、中2層噴淋層；A，C，D組合是上、中、下3層噴淋層；A，B，C，D組合是上、中、下3層噴淋層。

3.2.2 結(jié)果討論

開(kāi)啟A，C，D 3臺(tái)泵和開(kāi)啟 A，B，C，D 4臺(tái)泵時(shí)主要參數(shù)對(duì)比如圖3所示。

由圖3可知，增加1臺(tái)漿液循環(huán)泵后，即液氣比增加后，不同負(fù)荷下脫硫效率及阻力降都有所增加：低負(fù)荷時(shí)，脫硫效率提高了0.8%，阻力降增加了220.1 Pa；高負(fù)荷時(shí)，脫硫效率提高了1.5%，阻力降增加了352.8 Pa。由此可推斷，在66%～100%負(fù)荷段內(nèi)，液氣比的增加可有效增加脫硫效率，類(lèi)似的結(jié)論可從凌有基、柯昌華等人的研究成果中見(jiàn)到[11-12]。

圖3 不同液氣比下的脫硫效率和阻力降對(duì)比

同時(shí)從圖3也可得知，2種液氣比工況下，隨著機(jī)組負(fù)荷的增加，脫硫效率均呈下降趨勢(shì)，阻力降則呈明顯的上升趨勢(shì)。這是由于機(jī)組負(fù)荷的增加使得煙氣流量增加，進(jìn)而煙氣流速上升，導(dǎo)致阻力增加且煙氣在塔內(nèi)停留時(shí)間變短，脫硫效率下降。

4 其他因素對(duì)脫硫效率的影響

4.1 原煙氣SO2濃度對(duì)脫硫效率的影響

圖4為開(kāi)啟A，C，D 3臺(tái)泵，機(jī)組負(fù)荷100%，原煙氣流量平均值1 127 604 m3/h，pH值平均5.6時(shí)，不同原煙氣SO2濃度下的脫硫效率對(duì)比。由圖4可見(jiàn)，隨著原煙氣SO2濃度的逐漸上升，脫硫系統(tǒng)的脫硫效率逐步下降。雖然SO2濃度的提高可以增加氣相傳質(zhì)速率，但同時(shí)其對(duì)漿液中的鈣離子需求量增加，而在漿液量不變的情況下，CaCO3的溶解飽和度一定，來(lái)不及有新的鈣離子參與SO2反應(yīng)，從而導(dǎo)致脫硫效率的下降[13-14]。

圖4 不同原煙氣SO2濃度下的脫硫效率

4.2 pH值對(duì)脫硫效率的影響

圖5為開(kāi)啟A，C，D 3臺(tái)泵，機(jī)組負(fù)荷66%，平均原煙氣SO2濃度1 792 mg/m3，不同漿液pH值下的脫硫效率對(duì)比。由圖5可知，當(dāng)pH值低于5.6時(shí)，隨著吸收塔內(nèi)pH值的升高，脫硫效率有較大幅度的增加，當(dāng)pH值達(dá)到5.6以上后，pH值對(duì)脫硫效率的影響極微。這是由于高pH值有利于SO2的吸收[14-15]，低pH值則有利于石灰石的溶解，而高的脫硫效率必須同時(shí)滿(mǎn)足SO2的吸收和石灰石的溶解，因此必然會(huì)有一個(gè)最佳的pH值區(qū)間使得脫硫效率達(dá)到最高。從本次試驗(yàn)來(lái)看，最佳的pH值為5.6左右。

圖5 不同吸收塔pH值下的脫硫效率

5 結(jié)論

經(jīng)過(guò)以上研究與分析，得到結(jié)論如下：

（1）在其他條件不變的情況下，適當(dāng)降低篩板開(kāi)孔率有利于脫硫效率的提高，在本文試驗(yàn)條件下，當(dāng)篩板開(kāi)孔率從30%降至29%后，脫硫效率增加了1.1%，同時(shí)阻力降增加182 Pa。

（2）在其他條件不變的情況下，增加液氣比可以提高脫硫效率。

（3）機(jī)組負(fù)荷的增加會(huì)導(dǎo)致脫硫系統(tǒng)脫硫效率的降低。

（4）原煙氣SO2濃度的增加會(huì)導(dǎo)致脫硫系統(tǒng)脫硫效率的降低。

（5）在一定區(qū)間內(nèi)，隨著吸收塔內(nèi)pH值的升高，脫硫效率增加，在本文的試驗(yàn)條件下，該區(qū)間為5.28～5.6，且最佳pH值約為5.6。