600MW燃煤機組濕法脫硫裝置節能環保改造與分析

文_呂璐 中鋼集團天澄環保科技股份有限公司

1 脫硫裝置基本情況

該脫硫裝置采用托盤塔，超低排放改造要求為：脫硫裝置按照校核煤種工況下即入口SO2濃度按2028mg/Nm3（標態，干基，6%O2）設計，出口排放SO2濃度達超低水平。同時，脫硫裝置應具備負荷調節出力，來滿足機組燃煤硫含量的變化。改造方案如下：

①新增1 層噴淋層及循環泵。增加1 層噴淋層，新增1 臺漿液循環泵，改造后總漿液循環量達到27524m3/h。

②更換原有托盤。增加循環量后，吸收塔阻力增加，因此更換了托盤（開孔率36%，孔徑37mm）。

③新增3 層增效環。在托盤層、第一層噴淋層、第二層噴淋層上部1m 位置增設了增效環。

從DCS 中調取了超低排放改造后脫硫裝置的運行數據：脫硫系統在漿液循環泵4臺運行情況下，主機負荷在598M ～600MW，運 行pH 值 為6，入 口SO2含 量 在1400 ～1550mg/m3時，出口SO2含量可達到在28mg/m3時。因此，超低排放改造后，脫硫裝置二氧化硫脫除能力有所提升，但還未達到設計值。

2 脫硫性能診斷結果

2.1 總漿液循環量

總漿液循環量核算是指依據傳質理論，將入口二氧化硫濃度等煙氣參數和吸收塔配置方案作為輸入條件，計算出吸收塔所需的總漿液循環量，用來評價脫硫裝置的脫硫能力。

2.1.1 理論總漿液循環量核算結果

改造后，脫硫塔配置為1 層托盤（36%開孔率，37mm 孔徑），4 層循環泵（6881m3/h），漿液循環總量為27524m3/h。按照脫硫裝置入口SO2濃度按2028mg/Nm3（標態，干基，6%O2）進行核算。核算結果為理論總漿液循環量需要33524m3/h。

2.1.2 實際運行情況下核算結果

改造后，脫硫系統在漿液循環泵四臺運行情況下，主機負荷587M ～608MW，運行pH 值5.7 ～6，總漿液循環量為27524m3/h 時，使吸收塔出口排放SO2濃度不大于35mg/m3時，此時入口SO2含量只能在1000 ～1450mg/m3范圍內。

從核算結果可知，現設計的總漿液循環總量小于理論核算量，而實際運行時發現在該循環量下，只能將濃度為1000 ～1450mg/m3的SO2，脫除至超低排放水平以下。因此，該吸收塔的總漿液循環總量設計偏小，導致吸收塔脫硫能力不夠。

2.2 托盤

托盤在塔內起強化傳質、均勻流場的作用。托盤的孔徑由原設計35mm 增大為37mm 會降低托盤的持液能力而導致托盤的二氧化硫吸收功能降低。

在相同條件下，持液層的高低影響了托盤的阻力，從而影響了托盤對二氧化硫的強制吸收效果，可以用SO2脫除效率的貢獻值來評價。經計算可知，托盤的開孔率從32%改為37%，而導致托盤阻力由607Pa降低到440Pa， SO2貢獻的效率值降低了12%。

2.3 噴淋層

2.3.1 噴淋層噴嘴均勻度

本項目設置了4 層噴淋層，每層噴淋層設置有132 個噴嘴，噴嘴型式為旋轉空心錐、單頭霧化角度90°，經計算單層噴淋層的均勻度為83.6%，設計偏低。噴嘴設計中間距過大距離超過1.5m，形成了明顯的覆蓋率不足區域；而噴淋層梁附近噴嘴間距過小，噴淋密度過大。

2.3.2 噴淋層的泄漏率

噴淋層的泄漏率也是評價噴嘴噴淋后在吸收塔截面上的覆蓋效果，超低排放要求100%覆蓋。經核算，噴淋層布置中有明顯的泄露區域泄漏率為1.6%。

通過開塔，觀察出噴淋層在安裝和霧化方面存在問題。

①噴嘴安裝存在高度差。靠近梁的噴嘴做了下沉處理，遠離梁的噴嘴未下沉，高度差約為500mm，會導致煙氣側向泄露。

②噴嘴霧化效果差。由于噴嘴堵塞等原因，會導致噴嘴霧化效果差的情況。

③噴嘴霧化角度小。噴嘴的品質或噴嘴磨損后，會導致噴嘴霧化角度偏小。

2.4 增效環

增效環是指在吸收塔的周圍增加一層環狀結構，一般設置在噴淋層之間，作用是強制煙氣向塔中部分布，增加煙氣與噴淋的接觸概率，消除塔璧高速煙氣，而造成的煙氣逃逸問題。

該脫硫裝置在托盤與第1層噴淋層之間設置了增效環。通過對吸收塔數值流場模擬分析發現在托盤上設置增效環后，會使托盤周邊存在無漿液區，會導致氣流-漿液在此區域無接觸，引起煙氣逃逸使托盤部分失效，從而影響脫硫效率。鑒于以上原因，在托盤塔超低排放設計中，應取消托盤上部的增效環。

2.5 診斷結果小結

2.5.1 脫硫出力設計問題

提高漿液循環總量（即液氣比），可以大大的提高吸收塔的脫硫出力，但相反的會造成循環泵設計過大，會造成投資和運行增高。因此，選擇經濟、合適的漿液循環總量是關鍵。

2.5.2 托盤設計問題

增加托盤一方面可以強制二氧化硫吸收，另一方面可以均勻流場，使煙氣與漿液均勻接觸。此外，增加托盤還可以防止噴淋層、噴嘴、除霧器葉片、防腐鱗片等掉落吸收塔漿池區，從而保護漿液循環泵。

2.5.3 煙氣短路問題

消除煙氣短路問題可以從噴淋層、噴嘴、增效環設計等方面入手。噴淋層噴嘴應均勻布置，噴嘴應同一下沉布置在同一水平面。對于托盤塔而言，在托盤上部位置增設增效環會影響托盤的持液效果，從而影響托盤的脫硫效能。

3 改造效果

3.1 改造方案

由于僅有15 天改造時間，本次改造的重點為提高二氧化硫強制吸收能力和消除煙氣短路問題。

3.1.1 更換托盤

提高托盤強制吸收SO2能力，經核算將原托盤更換為開孔率32%、孔徑為35mm 的托盤。

3.1.2 噴淋層調整

噴嘴重新布置，單層噴淋層的噴嘴的個數由原來的132 個增加到140 個。同時，噴嘴下沉450mm，布置在同一水平面上，保證噴淋完全覆蓋整個吸收塔截面。

3.1.3 增效環調整

鑒于托盤塔中，托盤上方的增效環會影響托盤的持液效果，因此，將托盤與首層噴淋層之間的增效環拆除。

3.2 運行效果

改造后，脫硫系統在漿液循環泵三臺運行情況下，主機負荷579MW，運行pH 值5.8，入口SO2含量1600mg/m3時，出口SO2含量可達32mg/m3，脫硫效率98.0%。

脫硫系統在漿液循環泵四臺運行情況下，主機負荷608MW，運行pH 值5.7，入口SO2含量1910mg/m3時，出口SO2含量可達30mg/m3，脫硫效率98.8%。

通過對托盤、噴淋層、噴嘴的改造可見，提高二氧化硫強制吸收效果和消除煙氣短路這兩個方面是提高吸收塔的脫硫出力的關鍵。

3.3 經濟性分析

以設計工況參數為基準，運行時間按8000h/a 計，經過改造后：①二氧化硫減排總量。經計算，脫硫裝置的入口二氧化硫由1500mg/Nm3提高到1900mg/Nm3，每年可實現多二氧化硫多減排480t/h。②脫硫裝置的運行費用。脫硫裝置可長期3 臺泵運行，每年可節約脫硫劑、水耗、電耗的總費用為109.3萬元。

4 結語

為解決600MW 燃煤機組石灰石-石膏法濕法脫硫裝置經超低提效改造后脫能耗高、污染物總量減排量低的問題，通過性能診斷確定總漿液循環量、托盤、噴淋層布置、噴嘴、增效環等因素是主要原因。

吸收塔經改造后，提高了吸收塔的二氧化硫脫除能力，通過調整吸收塔噴淋層開啟層數來應對燃煤硫負荷的變化。減少了二氧化硫總排放量，每年可多減排二氧化硫480t/h。降低了系統運行能耗，每年可節約石灰石、水、電耗總運行費用109.3萬元。