濕法煙氣脫硫裝置中吸收塔攪拌器設(shè)置探討

摘要：吸收塔攪拌器在石灰石-石膏濕法煙氣脫硫裝置中具有重要的作用，在使用側(cè)進(jìn)式螺旋槳攪拌器的脫硫系統(tǒng)中，選擇設(shè)置單層或雙層攪拌器直接影響到吸收塔的形式、附屬設(shè)備的選型、脫硫裝置的整體投資等。文章結(jié)合實際工程經(jīng)驗，對設(shè)置單層和雙層吸收塔攪拌器時脫硫裝置的特點進(jìn)行了技術(shù)和經(jīng)濟比較，可供同類工程參考及相關(guān)學(xué)術(shù)交流。

關(guān)鍵詞：攪拌器；吸收塔；脫硫工程；濕法煙氣脫硫裝置

中圖分類號：X701 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）01-0084-02

在采用石灰石作為吸收劑并產(chǎn)生二水石膏（CaSO4·2H2O）的石灰石-石膏濕法煙氣脫硫工藝中，吸收塔配有漿液循環(huán)系統(tǒng)，煙氣從吸收塔中下側(cè)進(jìn)入，與石灰石漿液逆流接觸，在塔內(nèi)進(jìn)行中和化學(xué)反應(yīng)，洗滌脫硫后的清潔煙氣，經(jīng)除霧器除去霧滴后由吸收塔上側(cè)引出，進(jìn)入煙氣換熱器GGH升溫側(cè)或直接通過煙道進(jìn)入煙囪排放。吸收塔還配有氧化空氣系統(tǒng)，通過鼓入氧化空氣，對落入吸收塔漿池的反應(yīng)物—可溶性的亞硫酸鹽和亞硫酸氫鹽再進(jìn)行強制氧化反應(yīng)，得到脫硫副產(chǎn)品二水石膏。充分氧化后的石膏漿液用泵輸送到脫水系統(tǒng)，形成石膏儲存或再利用。

這兩個過程的化學(xué)反應(yīng)方程式如下：

中和反應(yīng)：2CaCO3+H2O+2SO2=2CaSO3·1/2H2O+2CO2

氧化反應(yīng)：2CaSO3·1/2H2O+O2+3H2O=2CaSO4·2H2O

為防止塔內(nèi)漿液沉積、結(jié)垢或堵塞，并充分、迅速氧化吸收塔漿池內(nèi)中和反應(yīng)產(chǎn)生的亞硫酸鈣，吸收塔安裝側(cè)進(jìn)式攪拌器。攪拌器的設(shè)置和選型直接影響到吸收塔及其附屬的氧化空氣系統(tǒng)的設(shè)計。現(xiàn)以某電廠2×200MW機組煙氣脫硫系統(tǒng)為例，對設(shè)置單層和雙層吸收塔攪拌器時脫硫裝置的特點進(jìn)行技術(shù)和經(jīng)濟比較。

1 工程概況

某電廠位于中國東北部地區(qū)，本期工程安裝2×200MW國產(chǎn)超高壓燃煤供熱機組，過熱蒸汽額定蒸發(fā)量680t/h。機組全煙氣進(jìn)行脫硫，采用石灰石-石膏濕法脫硫工藝，脫硫裝置運行時的脫硫效率≥95%，脫硫系統(tǒng)可用率≥95%。脫硫系統(tǒng)按一爐一塔方案設(shè)計，相應(yīng)配套漿液循環(huán)泵、氧化風(fēng)機、引接煙道等。

2 設(shè)置雙層吸收塔攪拌器脫硫裝置的特點

根據(jù)電廠鍋爐及燃煤等資料，本項目脫硫用吸收塔采用噴淋空塔，設(shè)計直徑10.9m，總高33m；吸收塔漿池直徑10.9m，高度13m；單塔氧化空氣流量為1200m3/h。塔內(nèi)漿液溫度約為50℃，密度約為1120kg/m3。

吸收塔漿池液位下設(shè)置雙層螺旋槳攪拌器，其中下層攪拌器三臺，其作用在于防止塔內(nèi)漿液沉積、結(jié)垢或堵塞，使得經(jīng)過氧化反應(yīng)的脫硫副產(chǎn)品可以均勻、順利地進(jìn)入到脫水系統(tǒng)完成整個工藝流程；上層攪拌器兩臺，各配一支氧化噴槍，脫硫裝置運行時從氧化噴槍向吸收塔漿池鼓入氧化空氣，攪拌器的作用是增強氧化空氣的擴散，促進(jìn)亞硫酸鈣的氧化，確保在任何時候經(jīng)過中和反應(yīng)產(chǎn)生的亞硫酸鈣能夠被充分氧化成二水石膏。

攪拌器的吞吐量為吸收塔攪拌器的主要性能參數(shù)，亦為攪拌器選型的重要依據(jù)，可由下式確定：

Q=knD3 （1）

式中：

Q—攪拌器產(chǎn)生的液體吞吐量，m3/h

K—攪拌器系數(shù)

n—攪拌器轉(zhuǎn)速，r/min

D—攪拌器槳葉直徑，m

攪拌器電耗：

P=λρn3D5 （2）

式中：

λ—系數(shù)

ρ—漿液的密度，kg/m3

n—攪拌器轉(zhuǎn)速，r/min

D—攪拌器槳葉直徑，m

經(jīng)計算，每座吸收塔延塔周均布下層攪拌器三臺，使得攪拌器所攪拌的漿液體積相同，從而減少流場之間的干擾；每座吸收塔延塔周均布上層攪拌器兩臺，將氧化噴槍布置在攪拌器葉輪正前方，使各噴槍氧化空氣流量比較均衡，通過攪拌器工作所產(chǎn)生的強烈的湍流使空氣氣泡破碎，然后均勻地分布到漿液中，促使空氣中的氧氣溶解在漿液中，達(dá)到強制氧化的目的。

根據(jù)吸收塔的設(shè)計，氧化風(fēng)機可采用羅茨風(fēng)機，壓升約80kPa。

3 設(shè)置單層吸收塔攪拌器脫硫裝置的特點

根據(jù)電廠鍋爐及燃煤等資料，如采用單層攪拌器方案，由于攪拌器兼顧防止石膏漿液沉積、擴散氧化空氣的作用，所以布置上需要靠近吸收塔漿池底部，從而氧化噴槍插入液位下的位置較設(shè)置雙層攪拌器的系統(tǒng)要深。因氧化風(fēng)機壓升過高將引起投資費用增大、運行可靠性降低等問題，故本項目脫硫用吸收塔需用變徑噴淋空塔，設(shè)計直徑10.9m，總高29m；吸收塔漿池直徑約13m，漿池高度8.5m；單塔氧化空氣流量為1200m3/h。塔內(nèi)漿液溫度約為50℃，密度約為1120kg/m3。

據(jù)式（1）計算，每座吸收塔延塔周均布單層螺旋槳攪拌器四臺，其位置要兼顧防止塔內(nèi)漿液沉積、結(jié)垢或堵塞，使得經(jīng)過氧化反應(yīng)的脫硫副產(chǎn)品可以均勻、順利地進(jìn)入到脫水系統(tǒng)，完成整個工藝流程以及增強氧化空氣的擴散，確保在任何時候經(jīng)過中和反應(yīng)產(chǎn)生的亞硫酸鈣能夠被充分氧化成二水石膏的作用。所以攪拌器距吸收塔漿池底部的距離與設(shè)置雙層吸收塔攪拌器的脫硫系統(tǒng)中下層攪拌器距吸收塔漿池底部的距離相當(dāng)，由此選用壓升約110kPa的羅茨風(fēng)機。由于漿池直徑較大，每臺攪拌器葉輪正前方均需布置氧化噴槍，使各噴槍氧化空氣流量比較均衡。

由于設(shè)置單層攪拌器的系統(tǒng)吸收塔總高降低，漿液循環(huán)泵管道長度縮短，因此在泵選型過程中所需要考慮的管道沿程阻力減小。但就本項目漿液循環(huán)泵本身而言，管道沿程阻力減小的部分對于漿液循環(huán)泵的選型影響不大，在與設(shè)置雙層攪拌器的系統(tǒng)作比較時可以忽略不計。此外本工程中吸收塔攪拌器的設(shè)置不直接影響到脫硫煙氣接口大小，除霧器、噴淋層等設(shè)備的布置及選型，故該部分內(nèi)容不在此贅述。endprint

4 設(shè)置單、雙層吸收塔攪拌器脫硫裝置的技術(shù)經(jīng)濟比較

綜上所述，設(shè)置雙層吸收塔攪拌器的脫硫系統(tǒng)，由于兩層攪拌器功能相對獨立，在技術(shù)方面較設(shè)置單層攪拌器的系統(tǒng)簡單，運行方面較設(shè)置單層攪拌器的系統(tǒng)更加可靠。設(shè)置單層攪拌器的脫硫系統(tǒng)，吸收塔漿池高度乃至吸收塔總高降低，攪拌設(shè)備數(shù)量減少，尤其適合如本工程脫硫區(qū)入口煙氣含硫量不高的情況。但由于吸收塔漿池直徑增大，吸收塔占地面積也隨之增加，而氧化噴槍標(biāo)高與吸收塔漿液循環(huán)泵接近，布置不當(dāng)易使氧化空氣氣泡進(jìn)入漿液循環(huán)泵造成泵體損壞。因此攪拌器中心線與漿液循環(huán)泵入口中心線之間要保證夾角不小于30°，以保證攪拌器與漿液循環(huán)泵的運行各自不受影響。

從投資角度看，盡管設(shè)置單層攪拌器系統(tǒng)的攪拌器數(shù)量減少，吸收塔高度降低，但由于氧化噴槍插入漿池液面下位置較低，噴槍材質(zhì)需采用合金鋼，且噴槍數(shù)量增多，所選用氧化風(fēng)機壓升提高，吸收塔漿池直徑增大，都導(dǎo)致該系統(tǒng)總造價高于設(shè)置雙層攪拌器的脫硫系統(tǒng)80萬元。從運行電耗來看，設(shè)置單層攪拌器的吸收塔系統(tǒng)由于配套的氧化風(fēng)機壓升提高，其耗電量的增加大于因攪拌器的數(shù)量減少而降低的數(shù)值，因此總體上設(shè)置單層攪拌器的運行電耗是較設(shè)置雙層攪拌器的系統(tǒng)增加的。按脫硫機組年運行5500h計算，年增加耗電量約為319000kW·h。

5 結(jié)語

在石灰石-石膏濕法煙氣脫硫裝置中，吸收塔攪拌器的合理選擇與安裝對于系統(tǒng)的可靠運行有著非常重要的作用。就本工程來說，設(shè)置單層或雙層吸收塔攪拌器在技術(shù)上均可行，但設(shè)置雙層攪拌器的系統(tǒng)初期投資較少，運行能耗更低，設(shè)備運行更加可靠；設(shè)置單層攪拌器設(shè)備減少，維護費用降低。根據(jù)本工程實際情況，綜合考慮投資、系統(tǒng)布置、占地面積、人員分配及檢修等問題，最終確定采用設(shè)置雙層吸收塔攪拌器方案。

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作者簡介：王木（1982—），女，黑龍江齊齊哈爾人，供職于北京國電龍源環(huán)保工程有限公司，中級職稱，研究方向：脫硫。endprint