煙氣預噴淋在脫硫超凈改造中的應用

呂應蘭，張祥志，朱平，舒銀銀

（武漢龍凈環保科技有限公司，武漢 430205）

引言

近年來，我國大氣環境，已嚴重影響到人們的生活和健康。火力發電廠由于大量使用煤炭成為大氣污染的主要來源之一，生態環境部門對其煙氣排放的要求也越來越嚴格，尤其是針對SO2、粉塵的超凈排放標準的提出，促使已投運的有關項目不得不進行升級改造。結合工程實踐，對燃煤鍋爐SO2治理的升級改造，常用的改造方案有更換漿液循環泵、增加漿液循環泵及噴淋層、改善噴嘴結構、噴淋層底部增設提效環、增加合金單托盤、增加合金雙托盤、增設雙循環、增設塔外循環等措施，以此增加氣液接觸的表面積，從而提高濕法脫硫系統的效率。但采用以上改造技術，有可能存在項目的施工周期長、投資大、改造難度大等問題。本文在傳統脫硫改造技術基礎上，通過對現有的事故噴淋系統進行改造，能有效提高脫硫效率、節約成本和縮短改造工期。

1 常規事故噴淋及預噴淋系統

為了保證脫硫系統的可利用時間及吸收塔的安全性、穩定性，脫硫系統旁路全部取消，在脫硫塔入口通常都設置了事故噴淋系統。事故工況時，安裝在入口煙道上的事故噴淋系統可以對煙氣進行噴淋降溫，使吸收塔入口的溫度保持在允許范圍內。事故噴淋系統一般包括噴淋系統管道、啟動閥門、噴嘴等[1]。事故噴淋主管上安裝有自動閥門，噴淋管道從煙道頂部或側面插入煙道，插入煙道內部的主管上布置若干噴嘴，事故噴淋的噴嘴設計要求噴嘴噴射面覆蓋整個煙道。出于防腐蝕的需要，事故噴淋管道及閥門均應采用316L不銹鋼材質[1]。事故噴淋系統的水來源于脫硫系統的工藝水箱，也可以從消防水接一路作為備用水源。

從漿液循環泵出口引出一路漿液管道與事故噴淋管道聯通，通過閥門切換，使吸收塔內的漿液或工藝水都可到達事故噴淋處，作為預噴淋層與煙氣接觸，脫除煙氣中的SO2。事故噴淋改造后，入口煙氣溫度在140℃，事故噴淋啟動后2min就可將煙氣溫度控制在80℃以下，5min即可將入口煙氣溫度降至50℃左右[2]，因此，在正常運行工況條件下，通過漿液循環泵將吸收塔漿液引入吸收塔入口事故噴淋管道，一方面吸收塔漿液對入口煙氣進行降溫，另一方面可對原煙氣中的SO2進行吸收和預脫除。當事故狀態出現，通過自動閥門迅速將脫硫漿液切換為常規事故噴淋系統，完全不會影響系統的安全穩定運行。

2 工程實際應用

山東某項目4#鍋爐超凈排放提效改造，工程規模為1臺220t/h鍋爐，脫硫工藝為電石渣-石膏濕法煙氣脫硫工藝。鍋爐按照1爐1塔配置，項目改造前的初始數據如下：煙氣量50萬m3/h（實際態、濕基）；FGD入口煙氣溫度140℃；FGD入口SO2濃度為5000mg/Nm3（6%O2，標態，干態）。濕法脫硫改造的排放要求為FGD出口SO2濃度為35mg/Nm3（6%O2，標態，干態）。

改造前，當吸收塔入口SO2濃度達到4000mg/Nm3（6%O2，標態，干態）以上時，漿液循環泵就需全部投用，且為保證出口排放指標合格，吸收塔漿液的pH值需控制在6.2以上，當吸收塔漿液pH值低于6.0時，出口的排放指標就無法達到環保要求。由于塔內漿液長期在高pH值區間運行，導致除霧器嚴重堵塞，且石膏的含水率增大，脫水效果惡化。為改善這種情況，需對系統進行改造，改造時應盡量利用原有的設備，以減少改造的工作量。

該次改造受場地、空間和改造時間的限制，已無法在原有吸收塔上增加新的噴淋層或其他設施，因此采用對原有事故噴淋系統進行改造的方式，是將塔內漿液引至事故噴淋管網，并更換原有事故噴淋噴嘴，使其具有脫硫的預噴淋功能，使煙氣進入吸收塔時，SO2濃度能提前得到一定的下降，從而減小塔內噴淋層的工作負荷，最終提高吸收塔的脫硫效率，使出口能夠達標排放。

預噴淋漿液取自于漿液循環泵出口管道，其pH值與塔內漿液pH值同等，預噴淋系統圖如圖1所示。在吸收塔入口SO2濃度較高時，可啟動預噴淋系統，塔內漿液經過循環泵增壓后，通過預噴淋管道引至吸收塔入口煙道，進入入口煙道內部與噴淋管網中，然后分配至各預噴淋噴嘴中進行霧化，霧化后的漿液液滴與煙氣中的SO2及其他酸性污染物進行傳質傳熱反應，從而對SO2及其他酸性污染物起到一定的脫除效果，減小塔內噴淋層的工作負荷，最終達到提高吸收塔脫硫效率，降低出口SO2排放濃度的目的。為防止預噴淋管網堵塞，可定期關閉預噴淋管道，開啟除霧器沖洗水管道，用除霧器沖洗水對煙道內預噴淋管網、噴嘴和煙道外的管道進行沖洗。由于預噴淋的漿液量通常較大，吸收塔入口的煙氣不能將其全部氣化，因此尚有部分漿液以液體的形式被噴入煙道內。該項目中，預噴淋管網位于臨近吸收塔的斜向下入口段煙道內，因此未被氣化的漿液經噴嘴噴出后，自流返回吸收塔漿池。預噴淋噴嘴采用單向空心錐噴嘴，如圖2所示。

圖1 預噴淋系統圖

圖2 預噴淋噴嘴結構尺寸圖

由于預噴淋漿液取自現有的漿液循環管，其在煙道內部與煙氣是順向流動的，因此該改造方案新增的能耗極低，幾乎可以忽略。

項目投運后，相較于改造前的同等工況，吸收塔內漿液的pH值明顯降低，在鍋爐出口SO2濃度4000mg/Nm3（6%O2，標態，干態）以上時，漿液pH值可從改造前的6.2調整為5.6左右，即吸收塔的處理能力得到明顯的提升。同時，由于塔內的pH值降低，塔內石膏漿液的氧化過程得到明顯改善，原來除霧器的堵塞情況大幅改善，石膏脫水時的石膏含水率也大幅下降。

3 預噴淋系統設置的注意事項

（1）在無旁路脫硫系統中，設置預噴淋系統，須保證在空預器停運或吸收塔漿液循環泵全部停運造成吸收塔入口煙溫超高時，及時啟用并確保吸收塔等設備的安全，這就要求預噴淋系統的漿液噴淋量不得小于事故噴淋，煙道內預噴淋管網和噴嘴的材質須耐磨損和耐腐蝕，管道材質至少為2205及以上，噴嘴選用不易堵塞的空心噴嘴。預噴淋系統停運時，其全部管道需沖洗干凈以免堵塞。

（2）預噴淋系統和常規事故噴淋系統管道須完全可以通過電動閥門進行快速的切換，以保障事故噴淋需要為首要原則進行邏輯控制。

（3）預噴淋系統需與吸收塔檢修同步，定期檢查噴嘴的堵塞和磨損情況，進行必要的更換和調整，確保系統的高效穩定性能。

4 事故噴淋改造為預噴淋的優勢

通過研究，將傳統事故噴淋裝置改造為預噴淋系統，在不影響事故噴淋系統安全性和可靠性的前提下，既能解決脫硫吸收塔設備出現故障時致高溫煙氣進入脫硫吸收塔內對部件造成損壞的問題，同時可作為脫硫塔出口SO2濃度超標的緊急補救措施；或鍋爐燃用高含硫煤時造成脫硫塔入口的SO2濃度高的情況，降低后續脫硫系統脫除壓力的有效舉措；或作為已建項目改造時的一項技術措施；或作為新建項目達到排放標準并降低投資的措施之一。

5 結語

目前，燃煤鍋爐煙氣SO2治理已進入超凈時代，該改造方案打破了常規思路，提供了一條新的技術路線。隨著有關標準的加嚴，要求SO2排放濃度達到10mg/Nm3的“超超凈排放”，要實現這一目標，火電廠脫硫系統在吸收塔入口煙道中設置預噴淋系統是一個有效的節約成本的途徑。