火力發電廠濕法脫硫吸收塔托盤塔提高脫硫效率的研究

余輝 程適

摘要：隨著國內環保要求日益提高，燃煤火力發電機組濕法脫硫裝置如何在在既有裝置進行有限的改造提高脫硫效率，滿足排放要求，是國內外大量環保公司和學者共同研究的課題，提高脫硫效率方法主要有以下幾種，提高循環量，增大“液氣比”;更換效率更高的噴嘴或優化噴淋層噴嘴布置，適當提高噴淋層截面中部區域噴嘴密度，避免造成煙氣短路，減少“塔壁效應”影響;增加托盤等高效傳質單元。實際工程中下選擇方案時候，往往部分措施組合不能達到設計預期，本文主要就如何避免增效個各措施之間相互干擾問題進行探討。

關鍵字：托盤塔 ?ALRD環 ?脫硫效率

前言

石灰石（石灰）-石膏濕法脫硫工藝是濕法脫硫的一種，是目前世界上應用范圍最廣、工藝技術最成熟的標準脫硫工藝技術。是當前國際上通行的大機組火電廠煙氣脫硫的基本工藝。它采用價廉易得的石灰石或石灰作脫硫吸收劑，石灰石經破碎磨細成粉狀與水混合攪拌成吸收漿液，當采用石灰為吸收劑時，石灰粉經消化處理后加水制成吸收劑漿液。在吸收塔內，吸收漿液與煙氣接觸混合，煙氣中的二氧化硫與漿液中的碳酸鈣以及鼓入的氧化空氣進行化學反應被脫除，最終反應產物為石膏。脫硫后的煙氣經除霧器除去帶出的細小液滴，經換熱器加熱升溫后排入煙囪。脫硫石膏漿經脫水裝置脫水后回收。由于吸收漿液循環利用，脫硫吸收劑的利用率很高。

1.濕法脫硫的基本工藝流程

在石灰石一石膏濕法煙氣脫硫工藝中，俘獲二氧化硫（SO2）的基本工藝過程：煙氣進入吸收塔后，與吸收劑漿液接觸、進行物理、化學反應，最后產生固化二氧化硫的石膏副產品。基本工藝過程為：

（1）氣態SO2與吸收漿液混合、溶解

（2）SO2進行反應生成亞硫根

（3）亞硫根氧化生成硫酸根

（4）硫酸根與吸收劑反應生成硫酸鹽

（5）硫酸鹽從吸收劑中分離

用石灰石作吸收劑時，SO2在吸收塔中轉化，其反應簡式式如下：

CaCO3+2 SO2+H2O?=Ca（HSO3）2+CO2

在此，含CaCO3的漿液被稱為洗滌懸浮液，它從吸收塔的上部噴入到煙氣中。在吸收塔中SO2被吸收，生成Ca（HSO3）2?，并落入吸收塔漿池中。

當pH值基本上在5和6之間時，?SO2去除率最高。因此，為了確保持續高效地俘獲二氧化硫（SO2）必須采取措施將PH值控制在5和6之間;為了確保要將PH值控制在5和6之間和促使反應向有利于生成2H+和?SO32- 的方向發展，持續高效地俘獲二氧化硫（SO2），必須采取措施至少從上面方程式中去掉一項反應產物物、消耗氫離子H+，以保持ph值和反應物濃度梯度。為達到這個目的，在濕法脫硫技術研究過程中采用：通過加入氧氣使硫酸氫氧化生成硫酸根，降低SO32-;通過加入吸收劑CACO3消耗氫離子H+，維持PH值在5-6之間，同時使硫酸根與吸收劑反應生成硫酸鈣，降低了溶液中硫酸根濃度。

通過鼓入的空氣使亞硫酸氫鈣在吸收塔漿池中氧化成石膏。

Ca（HSO3）2+O2+ CaCO3+3 H2O =2CaSO4.2H2O+CO2

由于漿液循環使用，漿液中除石灰石外，還含有大量石膏。當石膏達到一定的過飽和度時（約130%）抽出一部分漿液送往石膏處理站，制成工業石膏。剩余漿液與新漿循環漿液混合，使加入的吸收劑充分被利用，并確保晶體的增長。石膏晶體的增長是最終產品處理比較簡單的先決條件。

2.研究背景

近年來，隨著環保壓力日益增加，國家對燃煤電廠排放要求也逐步提高，在《2011版大氣污染物排放標準》中規定，在重點地區，要求煙塵排放濃度<20mg/Nm3，SO2排放濃度<50mg/Nm3，Nox排放濃度<100mg/Nm3;在2014年9月12日三部委規定的火電廠排放限值（2093號文）東部地區新建機組排放限值為煙塵<10mg/Nm3，SO2<35mg/Nm3，NOx<50mg/Nm3，中部地區原則上接近或達到、西部地區接近或達到上述限值;2015年12月2日李克強總理主持的國務院常務會議在全國全面推廣超低排放和世界一流水準的能耗標準，在2020年前，完成對燃煤機組全面實施超低排放和節能改造。

3.濕法脫硫節能改造

在此背景下，國內燃煤電廠紛紛進行節能改造，以滿足最新排放要求，提高濕法脫硫吸收塔脫硫效率，可以主要從以下幾個方面進行：其一，提高循環量，增大“液氣比”，往往采用更換更大流量的循環泵，或增加噴淋層層數，為保證漿液停留時間，需要增加吸收塔漿池容量，提高底部漿池高度，上述方案執行下來，往往需要在原吸收塔上面“切兩刀”，并且帶來吸收塔本體強度、吸收塔基礎承載力、相關煙道加高改造、煙道支架加固等相關問題;其二，在總體循環流量不變的情況下，更換效率更高的噴嘴或優化噴淋層噴嘴布置，適當提高噴淋層截面中部區域噴嘴密度，避免造成煙氣短路，在吸收塔周邊，由于受到塔壁影響，噴嘴必須離塔壁保持一定距離（否則會對塔壁造成沖刷），這樣周邊噴嘴的覆蓋率往往遠小于吸收塔中心區域，即便是加大了周邊噴嘴流量，提高局部噴淋強度，“塔壁效應”依然明顯，為減少“塔壁效應”影響，通常的做法是在塔壁周圍增加若干ALRD環（見下圖），ALRD環一方面能驅趕塔壁周邊煙氣，避免煙氣短路情況發生，同時形成局部擾亂，增加傳質，對提高脫硫效率有非常積極作用;其三、增加托盤等高效傳質單元，在不改變吸收塔循環量，不對吸收塔體做大的改動，僅僅增加有限負荷的情況下，能大幅度提高脫硫效率，但同時吸收塔阻力也要相應的提高。

在實際工程中，根據各工程的實際情況，以上的各種方法單項或組合使用，經過技術經濟評價，并結合實際運行情況，選擇最適合的實施方案，但以上在ALRD環和托盤同時存在時候，往往存在脫硫效率不及設計預期情況，見下列實例。

北方某660MW機組脫硫改造，原吸收塔配制四層噴淋層，需經過改造滿足最新的排放要求，改造方案為新增三層ALRD環和兩層托盤，但在改造完成后，初次啟動，脫硫效率比改造前部分提高，但沒有達到預期設計效率，經過后期詳細測試，原因分析，發現脫硫系統阻力也比設計低750Pa，判斷托盤的效率沒達到設計要求，經過詳細的流場分析，確定原因為ALRD環的存在干擾了托盤的工作狀態，部分CFD截圖如下：

通過CFD模擬，結合現場實測數據，得出結論為噴淋層周邊噴嘴噴出的漿液，受到ALRD環的驅趕和導向作用，使得漿液向塔壁中心集中，導致托盤周邊區域沒有漿液，從而使得部分煙氣從托盤周邊逃逸，嚴重影響托盤傳質，從而影響吸收塔整體脫硫效率。

根據上面的原因分析，制定了相應的整改方案，其一、修改ALRD環形式，將原封閉腔體的結構改為密排葉片的形式，保持其在驅趕煙氣的同時能使得噴淋層周邊塔壁噴嘴能均勻分布在托盤周邊部位，避免托盤存在“短路”可能。其二、將托盤周邊一定區域進行堵孔，間隙周邊區域的開孔率，保持托盤周邊煙氣與漿液比例大致與托盤中部一致，強化托盤傳質。

上述改進措施分別在該電廠兩臺相同660MW機組上進行實施，啟機后測試，兩臺機的的脫硫效率均達到設計預期，只是后者的吸收塔阻力要大150Pa左右。

結束語

在2015～2018年燃煤火力發電廠集中改造過程中，通過上述改進措施，成功避免ALRD環與托盤在脫硫效率上相關干擾的現象，使得在方案制定過程中有更加優化選項，并在多個項目實施，取得較好經濟效益。

參考文獻

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