600MW燃煤機(jī)組濕法脫硫裝置節(jié)能環(huán)保改造與分析

文_呂璐 中鋼集團(tuán)天澄環(huán)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(biāo)態(tài)，干基，6%O2）設(shè)計(jì)，出口排放SO2濃度達(dá)超低水平。同時(shí)，脫硫裝置應(yīng)具備負(fù)荷調(diào)節(jié)出力，來滿足機(jī)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(huán)泵。增加1 層噴淋層，新增1 臺漿液循環(huán)泵，改造后總漿液循環(huán)量達(dá)到27524m3/h。

②更換原有托盤。增加循環(huán)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(huán)。在托盤層、第一層噴淋層、第二層噴淋層上部1m 位置增設(shè)了增效環(huán)。

從DCS 中調(diào)取了超低排放改造后脫硫裝置的運(yùn)行數(shù)據(jù)：脫硫系統(tǒng)在漿液循環(huán)泵4臺運(yùn)行情況下，主機(jī)負(fù)荷在598M ～600MW，運(yùn) 行pH 值 為6，入 口SO2含 量 在1400 ～1550mg/m3時(shí)，出口SO2含量可達(dá)到在28mg/m3時(shí)。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(dá)到設(shè)計(jì)值。

2 脫硫性能診斷結(jié)果

2.1 總漿液循環(huán)量

總漿液循環(huán)量核算是指依據(jù)傳質(zhì)理論，將入口二氧化硫濃度等煙氣參數(shù)和吸收塔配置方案作為輸入條件，計(jì)算出吸收塔所需的總漿液循環(huán)量，用來評價(jià)脫硫裝置的脫硫能力。

2.1.1 理論總漿液循環(huán)量核算結(jié)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(huán)泵（6881m3/h），漿液循環(huán)總量為27524m3/h。按照脫硫裝置入口SO2濃度按2028mg/Nm3（標(biāo)態(tài)，干基，6%O2）進(jìn)行核算。核算結(jié)果為理論總漿液循環(huán)量需要33524m3/h。

2.1.2 實(shí)際運(yùn)行情況下核算結(jié)果

改造后，脫硫系統(tǒng)在漿液循環(huán)泵四臺運(yùn)行情況下，主機(jī)負(fù)荷587M ～608MW，運(yùn)行pH 值5.7 ～6，總漿液循環(huán)量為27524m3/h 時(shí)，使吸收塔出口排放SO2濃度不大于35mg/m3時(shí)，此時(shí)入口SO2含量只能在1000 ～1450mg/m3范圍內(nèi)。

從核算結(jié)果可知，現(xiàn)設(shè)計(jì)的總漿液循環(huán)總量小于理論核算量，而實(shí)際運(yùn)行時(shí)發(fā)現(xiàn)在該循環(huán)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(huán)總量設(shè)計(jì)偏小，導(dǎo)致吸收塔脫硫能力不夠。

2.2 托盤

托盤在塔內(nèi)起強(qiáng)化傳質(zhì)、均勻流場的作用。托盤的孔徑由原設(shè)計(jì)35mm 增大為37mm 會降低托盤的持液能力而導(dǎo)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(qiáng)制吸收效果，可以用SO2脫除效率的貢獻(xiàn)值來評價(jià)。經(jīng)計(jì)算可知，托盤的開孔率從32%改為37%，而導(dǎo)致托盤阻力由607Pa降低到440Pa， SO2貢獻(xiàn)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(xiàng)目設(shè)置了4 層噴淋層，每層噴淋層設(shè)置有132 個(gè)噴嘴，噴嘴型式為旋轉(zhuǎn)空心錐、單頭霧化角度90°，經(jīng)計(jì)算單層噴淋層的均勻度為83.6%，設(shè)計(jì)偏低。噴嘴設(shè)計(jì)中間距過大距離超過1.5m，形成了明顯的覆蓋率不足區(qū)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(jià)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(jīng)核算，噴淋層布置中有明顯的泄露區(qū)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(yuǎn)離梁的噴嘴未下沉，高度差約為500mm，會導(dǎo)致煙氣側(cè)向泄露。

②噴嘴霧化效果差。由于噴嘴堵塞等原因，會導(dǎo)致噴嘴霧化效果差的情況。

③噴嘴霧化角度小。噴嘴的品質(zhì)或噴嘴磨損后，會導(dǎo)致噴嘴霧化角度偏小。

2.4 增效環(huán)

增效環(huán)是指在吸收塔的周圍增加一層環(huán)狀結(jié)構(gòu)，一般設(shè)置在噴淋層之間，作用是強(qiáng)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(shè)置了增效環(huán)。通過對吸收塔數(shù)值流場模擬分析發(fā)現(xiàn)在托盤上設(shè)置增效環(huán)后，會使托盤周邊存在無漿液區(qū)，會導(dǎo)致氣流-漿液在此區(qū)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(shè)計(jì)中，應(yīng)取消托盤上部的增效環(huán)。

2.5 診斷結(jié)果小結(jié)

2.5.1 脫硫出力設(shè)計(jì)問題

提高漿液循環(huán)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(huán)泵設(shè)計(jì)過大，會造成投資和運(yùn)行增高。因此，選擇經(jīng)濟(jì)、合適的漿液循環(huán)總量是關(guān)鍵。

2.5.2 托盤設(shè)計(jì)問題

增加托盤一方面可以強(qiáng)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(qū)，從而保護(hù)漿液循環(huán)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(huán)設(shè)計(jì)等方面入手。噴淋層噴嘴應(yīng)均勻布置，噴嘴應(yīng)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(shè)增效環(huán)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(shí)間，本次改造的重點(diǎn)為提高二氧化硫強(qiáng)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(qiáng)制吸收SO2能力，經(jīng)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(diào)整

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

3.1.3 增效環(huán)調(diào)整

鑒于托盤塔中，托盤上方的增效環(huán)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(huán)拆除。

3.2 運(yùn)行效果

改造后，脫硫系統(tǒng)在漿液循環(huán)泵三臺運(yùn)行情況下，主機(jī)負(fù)荷579MW，運(yùn)行pH 值5.8，入口SO2含量1600mg/m3時(shí)，出口SO2含量可達(dá)32mg/m3，脫硫效率98.0%。

脫硫系統(tǒng)在漿液循環(huán)泵四臺運(yùn)行情況下，主機(jī)負(fù)荷608MW，運(yùn)行pH 值5.7，入口SO2含量1910mg/m3時(shí)，出口SO2含量可達(dá)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(qiáng)制吸收效果和消除煙氣短路這兩個(gè)方面是提高吸收塔的脫硫出力的關(guān)鍵。

3.3 經(jīng)濟(jì)性分析

以設(shè)計(jì)工況參數(shù)為基準(zhǔn)，運(yùn)行時(shí)間按8000h/a 計(jì)，經(jīng)過改造后：①二氧化硫減排總量。經(jīng)計(jì)算，脫硫裝置的入口二氧化硫由1500mg/Nm3提高到1900mg/Nm3，每年可實(shí)現(xiàn)多二氧化硫多減排480t/h。②脫硫裝置的運(yùn)行費(fèi)用。脫硫裝置可長期3 臺泵運(yùn)行，每年可節(jié)約脫硫劑、水耗、電耗的總費(fèi)用為109.3萬元。

4 結(jié)語

為解決600MW 燃煤機(jī)組石灰石-石膏法濕法脫硫裝置經(jīng)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(huán)量、托盤、噴淋層布置、噴嘴、增效環(huán)等因素是主要原因。

吸收塔經(jīng)改造后，提高了吸收塔的二氧化硫脫除能力，通過調(diào)整吸收塔噴淋層開啟層數(shù)來應(yīng)對燃煤硫負(fù)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(tǒng)運(yùn)行能耗，每年可節(jié)約石灰石、水、電耗總運(yùn)行費(fèi)用109.3萬元。