關于一種高效脫硫技術的應用研究

殷宏

神華國華廣投（柳州）發電有限責任公司） 廣西 柳州 545600

引言

長期以來，我國能源資源的基本特點（富煤、貧油、少氣）決定了煤炭在一次能源中的重要地位，而且在將來的一段時間之內，以煤炭為主體的能源結構在相當長一段時間內不會改變。以煤為主的能源消費結構所帶來的環境污染問題如大氣污染物問題較為嚴重，如何減少燃煤發電所產生的污染物排放，保護生態環境,促進社會經濟、能源和環境的協調發展是我們急需解決的問題。本文擬以某公司脫硫系統的設計及工藝選擇為例介紹一種高效脫硫技術。

某公司脫硫系統建設規模為2×350MW，為熱電聯產機組，煤的設計含硫量為0.9%，脫硫吸收塔出口二氧化硫濃度按≤20mg/Nm3進行設計，脫硫效率達99%以上，要求極高。

受各種因素的影響，該工程的三大主機及一些主要輔機如引風機早已完成招標，風機壓頭已經固定，脫硫系統的阻力受到限制，項目脫硫效率超過99%，要求非常高，因此脫硫技術工藝的選擇至關重要。

1 工藝路線選擇

煙氣脫硫技術種類達幾十種，按脫硫過程是否加水和脫硫產物的干濕形態，煙氣脫硫分為：濕法、半干法、干法三大類脫硫工藝。濕法脫硫技術較為成熟，效率高，操作簡單。而其中有以石灰石-石膏濕法脫硫技術應用最為廣泛。針對近年來提出的“近零排放”要求，為提高脫硫效率，石灰石-石膏濕法脫硫目前主要采取的優化或創新技術有：雙塔雙循環、單塔雙循環、托盤塔、旋匯耦合等，但這些技術的系統阻力均較高。

通過對不同塔型進行模擬試驗，試驗結果表明，當塔內流速達到3.5 m/s時，噴淋空塔阻力大約是25mmH2O，噴淋托盤塔阻力大約是120mmH2O，液柱塔阻力大約是80mmH2O，噴淋空塔的阻力遠遠小于其他塔形的阻力。同時，由于噴淋空塔內部構件少，阻力小，不易結垢，維護工作量小，是目前國內最先進的塔形之一，具有可利用率高、運行費用低、觀察、監視、維護簡單、自動化程度高，運行人員數量少、對煤種適應性強的特點，因此，針對該工程脫硫系統阻力受限制而脫硫效率要求又極高的特點，在該工程優先考慮采用常規的空塔噴淋脫硫技術進行脫硫。

理論上，空塔噴淋技術的脫硫效率主要與液氣比有關，液氣比越高，脫硫效率也相應越高，只要液氣比足夠，脫硫效率可以達到甚至超過99%。根據相關工程實際經驗，空塔噴淋技術中1L的循環漿液量最多可以脫除350mg的二氧化硫。一些已完成項目的數據與該公司脫硫數據的對比見表1∶1L循環漿液脫除SO2量對照表。

表1 1L循環漿液脫除SO2量對照表

根據計算，該公司脫硫項目的實際情況為：1升循環漿液量僅需脫除90mg的二氧化硫，循環漿液吸收二氧化硫遠未達到飽和狀態，只要液氣比足夠，脫硫效率可以達到甚至超過99%。

2 系統優化

但在國家大力提倡技能減排的大背景下，純粹加大液氣比會造成能耗增加，且本項目脫硫效率超過99%，要求非常高，在運行過程中稍有問題都有可能使其性能無法滿足這一要求。因此，針對本項目特意采取了以下措施：

考慮在噴淋層最底層下設置一層能提高脫硫效率，但又不會明顯增加脫硫系統阻力的增效層。

增效層技術即是在最底層噴淋層下設置一層材質為增強型PP管的管道層，為管列結構，模塊化制作安裝。PP管的規格尺寸和排列間距可根據具體項目具體調整。其工作原理為：利用煙氣的阻力將一部分漿液截留在PP管之上，使煙氣在通過該管道層時，能與管道層上截留的漿液進行反應，從而達到提高部分脫硫效率的目的。

增效層主要起到以下作用：

（1）增強煙氣均布效果，能有效防止因煙氣分布不均引起的局部脫硫效率過低的現象。

（2）通過增效層時，塔內煙氣流速變大，能增強煙氣紊流效果，再加上循環漿液在PP管表面形成的漿液薄膜可有效增加氣液接觸面積，從而增強氣液傳質效果，降低液氣比。

（3）可起到預除塵的作用。由于煙氣通過增效層過程中，不可避免會撞擊有漿液薄膜的PP管，粒徑較大的煙塵等就容易被截留下來，從而起到預除塵的作用。

總體而言，增效層的作用與托盤等類似，但托盤典型的篩孔直徑一般為20～35mm，開孔率為35%左右，壓損為400～800pa[1]。托盤由于開孔率較小，盤上持液層較高，煙氣通過托盤時，煙氣能與漿液在托盤上表面發生強烈的湍流接觸，形成泡沫層，具有很大的氣液接觸界面，對二氧化硫具有良好的吸收能力。但托盤的缺點是對負荷變化的適應能力較低，托盤上的泡沫只能在一個較窄的氣流范圍內形成，當負荷降低幅度較大時，壓降會明顯上升。當液氣比較小、入口煙氣二氧化硫濃度較高，入口煙氣粉塵也較高時，托盤表面及其小孔易發生結垢堵塞問題。

相較于托盤，管式增效層主要具有以下特點：

（1）系統簡單，僅在傳統濕法基礎上增加了增效傳質層。

（2）一級循環，控制簡單，和傳統石灰石石膏法相同。

（3）降低了氣液比，從而降低循環泵能耗及運行費用。

（4）開孔率高，相對托盤塔可有效降低阻力、防結垢、仿堵塞，減少了系統維護量。

（5）能有效地脫硫效率至少0.5個百分點，而投資較少，性價比較高。

（6）可以降低吸收塔高度，從而減少塔的投資費用。

增效層國內應用不多，目前了解到的是大唐集團某熱電廠的脫硫系統有應用，但與某公司增效層略有區別，因此，該增效層在該公司的應用在國內仍屬首次。

該公司的單層管式增效層設計參數為：

開孔率 50%

阻力 210Pa

管外徑 ?63 ，采用模塊化的方式進行生產組合、安裝。

3 主要設備選型及其他方面優化

除采用空塔噴淋技術加管式增效層以適應項目要求外，為滿足高脫硫效率同時降低系統能耗，該項目對主要設備選型及節能方面還進行了以下方面的優化：

（1）吸收塔噴嘴采用不易堵塞的偏心噴嘴（流通通徑較大），且循環泵入口設置合金濾網，可有效防止實際運行中因局部噴嘴堵塞而影響脫硫效率。

（2）噴淋層吸收塔區域采用偏心實心錐，除可防止塔壁區域煙氣短路外，亦可有效地降低噴淋漿液對于塔壁的沖刷；頂層噴淋層中心區域采用單向偏心空心錐（向下），頂層噴淋層距除霧器間距2米，可有效地減少煙氣帶漿；底下三層噴淋層中心區域采用雙向偏心空心錐，雙向偏心噴嘴可向噴淋層上下噴射漿液，提高氣液傳質效果。

（3）噴淋層噴嘴根據同心圓環布置，能有效地杜絕單層噴淋層噴嘴覆蓋的死區，確保單層噴淋層噴嘴覆蓋率在200%以上。

（4）吸收塔入口段煙道采用水平進入方式，底部設置7°的傾斜角（傾向吸收塔），且入口煙氣底部最低端距吸收塔漿池正常液位3.5m，可有效地杜絕漿液倒灌煙道。

同時，通過適當提高塔內煙氣流速來加劇吸收塔內煙氣與吸收劑液滴之間的紊流，增加氣液接觸面積，并能托住塔內液滴，促其增加在吸收區的停留時間，以提高脫硫效率。

（5）氧化風機選用先進的離心風機，能獲得較高的風機效率，大幅降低噪音和減少了檢修工作量，更有效提高設備安全可靠性。

（6）除霧器采用二級屋脊+一級管式，并設置五層沖洗水，除二級屋脊式除霧器采用四層沖洗外，專門針對管式除霧器設置了一層沖洗，從而確保除霧器投運率和除霧效果。

（7）節能降耗方面的優化

1）真空皮帶機、石膏排出泵采用變頻電機。

2）氧化風機選用單級離心高速風機，可根據系統負荷及吸收塔入口二氧化硫濃度情況調節風機入口流量，從而降低能耗。

3）氧化風機冷卻水、漿液循環泵冷卻水采用閉式冷卻水，可提高冷卻效率，降低系統水耗。

4）脫硫系統設備機封冷卻水選用電廠工業水。工藝水則分成兩部分，一部分來自輔機冷卻水，一部分來自酸堿中和廢水、濕式靜電除塵器沖洗水排水和鍋爐補給水處理系統高含鹽廢水。

5）濕式電除塵沖洗水回收至脫硫系統，作為除霧器沖洗水，從而降低系統水耗同時減少廢水對環境的影響。

4 設計的主要參數

表2 主要設計參數

5 實際應用情況

實際的運行效果為：

機組在滿負荷（350MW）運行，吸收塔入口二氧化硫約1000mg/Nm3時，pH值5.3～5.6，運行兩臺低揚程漿液循環泵即能滿足排放要求，吸收塔出口二氧化硫小于10mg/Nm3。脫硫效率大于99%。

在燃用高硫煤（燃煤含硫量1%左右）時，吸收塔入口二氧化硫最高達到2500mg/Nm3左右時，pH值為6時，運行三臺漿液循環泵（兩臺高揚程漿液循環泵加一臺低揚程漿液循環泵）即能滿足排放要求，吸收塔出口二氧化硫小于30mg/Nm3，滿足環保排放要求，脫硫效率大于99%。

6 存在的一些問題

（1）由于石灰石粉的用量未設計計量裝置，石灰石粉的用量只能依據粉倉料位計進行估算，誤差相對稍大。實際的運行結果表明，該套系統運行情況良好，鈣硫比為1.06，與設計值（1.03）及正常運行值（1.03～1.05）相比偏高0.01～0.03。但靠考慮石灰石粉的計量偏差及入口二氧化硫濃度計量有偏低的情況，該鈣硫比應該是基本合理的，也在正常運行范圍之內，但還可以采取一些運行優化進一步降低鈣硫比，降低石灰石粉耗量。

（2）受引風機壓頭的影響，脫硫系統的壓損要求控制在2200pa以內，因此吸收塔增效層開孔率較高，阻力較小，增效層上的持液量較少，液位高度較低，約為15～20mm，因此，增效層實際增加的脫硫效率在0.5%左右。如果在系統壓損允許的情況下降低增效層開孔率，增加增效層持液量，脫硫效率預計還會進一步提高。

7 結束語

實際的運行效果說明，采用空塔噴淋加增效層或其他輔助手段的脫硫技術，在吸收塔傳質液相控制區增加了一層增效傳質層，可以使氣液紊流效果更加顯著，既降低了氣液相傳質阻力，又利于漿液對二氧化硫的吸收，從而提高了脫硫效率，同時壓力損失并不大，可在新建電廠脫硫或老電廠的脫硫增容改造而脫硫系統壓損受限的情況中推廣應用。