高濃度SO2石灰石-石膏濕法脫硫系統(tǒng)升級(jí)改造及應(yīng)用

梁　磊

(江蘇一環(huán)集團(tuán)有限公司，江蘇宜興214206)

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高濃度SO2石灰石-石膏濕法脫硫系統(tǒng)升級(jí)改造及應(yīng)用

梁磊

(江蘇一環(huán)集團(tuán)有限公司，江蘇宜興214206)

摘要：結(jié)合攀枝花某企業(yè)回轉(zhuǎn)窯煙氣石灰石-石膏濕法脫硫系統(tǒng)升級(jí)改造工程實(shí)例，針對(duì)原系統(tǒng)脫硫效率低、除霧器結(jié)垢、堵塞頻繁、出口煙氣“石膏雨”現(xiàn)象嚴(yán)重及循環(huán)氧化池沉積物多等問(wèn)題，提出相應(yīng)改造方案。改造后的脫硫系統(tǒng)脫硫效率可達(dá)98.5%～99%，出口煙氣霧滴含量?jī)H為58 mg/Nm3，低于75 mg/Nm3的排放限值，“石膏雨”現(xiàn)象消除；系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行3個(gè)月，除霧器沒(méi)有出現(xiàn)結(jié)垢、堵塞，循環(huán)氧化池沉積物大大減少。改造系統(tǒng)取得較好的使用效果，為今后同類(lèi)脫硫系統(tǒng)升級(jí)改造提供參考。

關(guān)鍵詞：石灰石-石膏；濕法煙氣脫硫；升級(jí)改造；除霧器；“石膏雨”；煙氣霧滴

0引言

隨著環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)的日益嚴(yán)格，部分企業(yè)原有脫硫設(shè)施已不能滿(mǎn)足新的環(huán)保排放要求[1]，因此，原有脫硫系統(tǒng)需要升級(jí)改造。改造工程[2]不同于新建工程，需充分考慮原有設(shè)施的規(guī)格、材質(zhì)、型號(hào)、處理能力及運(yùn)行中存在的問(wèn)題[3]等，盡可能采取利舊、增補(bǔ)、改進(jìn)、修復(fù)[4]等簡(jiǎn)單實(shí)用的方案進(jìn)行改造，節(jié)約改造成本。本文結(jié)合脫硫系統(tǒng)改造工程實(shí)例，針對(duì)原脫硫系統(tǒng)存在的問(wèn)題，提出改造方案，并取得較好的使用效果，為今后同類(lèi)脫硫系統(tǒng)升級(jí)改造提供參考。

1工程概況

攀枝花某企業(yè)2012年11月建成回轉(zhuǎn)窯煙氣石灰石-石膏濕法煙氣脫硫系統(tǒng)，設(shè)計(jì)參數(shù)如表1所示，煙氣SO2排放濃度小于600 mg/Nm3，滿(mǎn)足當(dāng)?shù)丨h(huán)保排放的要求。脫硫系統(tǒng)如圖1所示。

石灰石粉由罐車(chē)運(yùn)送至石灰石粉倉(cāng)附近，經(jīng)氣力輸灰送至粉倉(cāng)，再經(jīng)變頻給料機(jī)送至制漿池，

表1　脫硫工藝參數(shù)

圖1　脫硫系統(tǒng)工藝流程圖

制成30%左右的石灰石漿液，通過(guò)石灰石漿液泵送至循環(huán)氧化池。循環(huán)氧化池設(shè)5臺(tái)循環(huán)泵，將漿液送至塔內(nèi)噴淋層，與煙氣逆流接觸，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，吸收煙氣中的SO2，凈煙氣經(jīng)兩級(jí)除霧器去除霧滴后，由塔頂直排煙囪高點(diǎn)排放，反應(yīng)后的漿液落至塔底回流到循環(huán)氧化池。循環(huán)氧化池設(shè)3臺(tái)氧化風(fēng)機(jī)，2用1備，利用氧化空氣將反應(yīng)生成的亞硫酸鈣氧化成石膏[5]。循環(huán)氧化池漿液密度及pH達(dá)到一定值時(shí)，經(jīng)石膏排出泵送入旋流器，10%～20%的石膏漿液濃縮至50%～60%后，落入真空皮帶脫水機(jī)，得到含水率10%左右的石膏固體。

2系統(tǒng)改造原因

2015年1月，新環(huán)保法的實(shí)施，回轉(zhuǎn)窯煙氣SO2排放濃度限值由600 mg/Nm3提高到200 mg/Nm3，其次，企業(yè)所用煤種含硫量增加，原煙氣中SO2含量由6 000 mg/Nm3增加至8 000 mg/Nm3。該種條件下，滿(mǎn)足新的環(huán)保排放要求，系統(tǒng)脫硫效率需提高到97.5%。另外，原脫硫系統(tǒng)設(shè)計(jì)上存在缺陷，并經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，系統(tǒng)存在除霧器結(jié)垢、堵塞頻繁、出口煙氣“石膏雨”現(xiàn)象嚴(yán)重、循環(huán)氧化池沉積物多等問(wèn)題，因此，原脫硫系統(tǒng)需升級(jí)改造。

2.1提升脫硫效率

液氣比是脫硫漿液的循環(huán)量與處理煙氣量的體積流量之比，是決定脫硫效率的主要因素之一[6]。當(dāng)吸收塔入口SO2濃度一定時(shí)，達(dá)到較高脫硫效率，需增加氣液接觸幾率，即增大液氣比。SO2與吸收漿液達(dá)到平衡后，僅從增加液氣比提高脫硫效率，效果已不明顯，反而增加系統(tǒng)能耗。結(jié)合以上原因，本工程脫硫液氣比由21.4 L/Nm3增加至34.3 L/Nm3?，F(xiàn)有5臺(tái)1 500 m3/h的循環(huán)泵，更換其中3臺(tái)，單臺(tái)泵流量增加至3 000 m3/h，循環(huán)液總流量由7 500 m3/h增加至12 000 m3/h。為進(jìn)一步提高漿液與煙氣接觸反應(yīng)時(shí)間，更換上面3層噴淋層對(duì)應(yīng)的循環(huán)泵。循環(huán)泵流量的增加，對(duì)應(yīng)的噴淋層、噴嘴及泵進(jìn)出口管道等均不能滿(mǎn)足使用要求，需重新設(shè)計(jì)并更換。

2.2除霧器結(jié)垢、堵塞頻繁解決措施

原脫硫系統(tǒng)脫硫塔內(nèi)噴淋層上方設(shè)有兩級(jí)平板式除霧器，配套3層沖洗水層，分別位于上級(jí)除霧器下方，下級(jí)除霧器上方和下方，除霧器及沖洗水層均為PP(聚丙烯)材質(zhì)。除霧器直徑為7 m，配2臺(tái)沖洗水泵，一用一備，流量為60 m3/h，壓力為0.2～0.3 MPa。系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行15～20天，除霧器就會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的結(jié)垢、堵塞現(xiàn)象(如圖2)，造成系統(tǒng)總阻力增大，引風(fēng)機(jī)出力較大，出口煙氣帶水嚴(yán)重等不良現(xiàn)象。即便提高除霧器沖洗頻次，結(jié)垢、堵塞現(xiàn)象依然未能改善。

圖2　除霧器結(jié)垢、堵塞

分析認(rèn)為，除霧器結(jié)垢、堵塞頻繁的主要原因?yàn)闆_洗水壓力偏小，沖洗管網(wǎng)設(shè)計(jì)不合理。保留原有除霧器，拆除沖洗管網(wǎng)、噴嘴、沖洗水泵及其配套的管道、閥門(mén)等。沖洗水泵更換為流量60 m3/h，壓力0.5～0.6 MPa。原有3層沖洗水層增加至4層，即在上層除霧器上方新增一層沖洗水層，提高上級(jí)除霧器沖洗效果；其次，縮短沖洗水噴嘴與除霧器之間的距離，進(jìn)一步提高沖洗強(qiáng)度。沖洗水壓力的增加，原PP材質(zhì)的沖洗水管網(wǎng)壓力等級(jí)不能滿(mǎn)足使用要求，因此，沖洗水管更換為FRP(玻璃鋼)管。

2.3改善出口煙氣“石膏雨”現(xiàn)象

脫硫塔出口凈煙氣攜帶的飽和水含有一定量的石膏、粉塵顆粒，經(jīng)塔頂直排煙囪排出后，若不能有效抬升并擴(kuò)散到大氣中，煙氣中攜帶的顆粒及霧滴聚集在煙囪附近，落在地面后形成“石膏雨”，對(duì)周邊環(huán)境產(chǎn)生污染。原脫硫系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，“石膏雨”現(xiàn)象較明顯，尤其是除霧器結(jié)垢、堵塞時(shí)，“石膏雨”現(xiàn)象更為嚴(yán)重。

對(duì)原脫硫系統(tǒng)實(shí)際情況進(jìn)行分析，“石膏雨”現(xiàn)象的主要原因?yàn)槌F器性能降低。首先，除霧器老化變形，導(dǎo)致部分折流板分布不均，間距變大等；其次，除霧器結(jié)垢、堵塞，減少了煙氣流通面積，煙氣流速增大，超出了除霧器工作流速，降低了除霧性能。旋流板除霧器(如圖3)是利用旋流板將煙氣由軸流轉(zhuǎn)變?yōu)樾鳎a(chǎn)生離心力，液滴在離心力的作用下，拋向煙囪壁，聚集落下，達(dá)到煙氣除霧的效果。為改善出口煙氣“石膏雨”現(xiàn)象，脫硫塔頂部直排煙囪中部增設(shè)FRP材質(zhì)的旋流板除霧器。

圖3　旋流板除霧器三維視圖

2.4循環(huán)氧化池沉積物多解決方案

原脫硫系統(tǒng)采用塔外循環(huán)，脫硫塔外設(shè)氧化循環(huán)池，規(guī)格為11 m×7 m×7 m。循環(huán)氧化池中部設(shè)置2臺(tái)頂進(jìn)式攪拌機(jī)，配備3臺(tái)羅茨式氧化風(fēng)機(jī)，風(fēng)量為90 m3/min，全壓為60 kPa，兩用一備。2臺(tái)羅茨式風(fēng)機(jī)提供的氧化空氣匯入DN350的主管，分配到3根DN200的支管。支管由池頂深入池內(nèi)，支管底端與池底距離為3 m。循環(huán)氧化池排空檢修時(shí)，多次發(fā)現(xiàn)池底沉積物較多，部分區(qū)域石膏堆積嚴(yán)重，甚至形成2 m高左右的錐形“石膏山”，只能人工進(jìn)行清理，給企業(yè)生產(chǎn)管理帶來(lái)負(fù)擔(dān)。

循環(huán)氧化池沉積物多的主要原因是矩形池拐角及邊緣存在攪拌盲區(qū)。為解決循環(huán)氧化池沉積物多的問(wèn)題，同時(shí)考慮最大可能地節(jié)約投資成本，研究決定充分利用現(xiàn)有3臺(tái)氧化風(fēng)機(jī)，重新布置池內(nèi)氧化空氣支管，利用氣力攪拌加強(qiáng)池內(nèi)拐角及邊緣攪拌強(qiáng)度。即拆除3根DN200的氧化支管，更換為12根DN100的氧化支管，縮短DN100的氧化支管底端面與池底的距離至1 m，進(jìn)一步提高氧化空氣對(duì)池底漿液的攪拌作用，同時(shí)，延長(zhǎng)了氧化空氣與漿液的接觸時(shí)間，提高了氧氣利用率及亞硫酸鈣氧化效率。

3改造效果

2015年7月初，脫硫系統(tǒng)改造完成，隨即進(jìn)入調(diào)試、運(yùn)行階段，表2為抽取2015年7月10日上午及2015年7月17日下午運(yùn)行班組數(shù)據(jù)記錄。運(yùn)行期間，5臺(tái)循環(huán)泵同時(shí)開(kāi)啟，循環(huán)氧化池漿液pH值控制在5.8～6.1，密度控制在1 100～1 150 kg/m3[6]80。

表2可見(jiàn)，進(jìn)出口煙氣溫度及流量均較穩(wěn)定，進(jìn)口SO2濃度為7 524～8 568 mg/Nm3范圍時(shí)，出口可降至78～126 mg/Nm3，脫硫效率穩(wěn)定在98.5%～99%，滿(mǎn)足環(huán)保排放及設(shè)計(jì)要求。系統(tǒng)運(yùn)行期間，多次觀察出口煙氣未發(fā)現(xiàn)“石膏雨”現(xiàn)象，經(jīng)當(dāng)?shù)貙?zhuān)業(yè)機(jī)構(gòu)檢測(cè)，出口煙氣霧滴含量為58 mg/Nm3，低于75 mg/Nm3的排放限值。系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行3個(gè)月后，停運(yùn)脫硫系統(tǒng)，打開(kāi)脫硫塔除霧器入孔，查看除霧器較為清潔，沒(méi)有結(jié)垢、堵塞現(xiàn)象。排空循環(huán)氧化池漿液至事故漿液箱，池底僅有小部分區(qū)域有20 cm厚左右的沉積物，沉淀物多的現(xiàn)象大大改善。

表2　運(yùn)行數(shù)據(jù)

4結(jié)論

高濃度SO2的脫除，采用石灰石-石膏濕法脫硫工藝，脫硫循環(huán)漿液需控制在較高的pH值環(huán)境下運(yùn)行，才能達(dá)到較高的脫硫效率[7]。但高pH值環(huán)境下運(yùn)行，脫硫初級(jí)副產(chǎn)物亞硫酸鈣的氧化效率較低，若氧化不充分，一方面，石膏脫水較為困難[8]；另一方面，亞硫酸鈣為粘性物質(zhì)，易粘附于石灰石顆粒表面，堵塞其溶解通道，降低石灰石粉與SO2的接觸面積，脫硫效率將會(huì)下降。此種情況下，需提高循環(huán)氧化池氧化風(fēng)量，確保亞硫酸鈣氧化充分，進(jìn)而獲得較高脫硫效率及脫水較好的石膏副產(chǎn)物。

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Upgrading Reconstruction and Application of High Concentration SO2Limestone Gypsum Wet Desulfurization System

LIANG Lei

(Jiangsu Yihuan Group Co., Ltd., Yixing 214206, China)

Abstract：Taking the upgrading and reconstructing project of a wet limestone-gypsum FGD systems in Panzhihua as an instance, aiming at solving the problems such as the low desulfurization efficiency, frequent of mist eliminator scaling and clogging, export flue gas “gypsum rain” phenomenon and circulation of the oxidation pond sediment in the original system, a new reform scheme is proposed. After transformation, the desulfurization system desulfurization efficiency is improved to 98.5～99%, while the outlet flue gas droplet content drops to 58 mg /Nm3 only, in contrast to the limit value of 75 mg /Nm3. Furthermore, the phenomenon of gypsum rain vanishes. After 3 months’ operation, no fouling, clogging exists in the mist eliminator; sediments in the cyclic oxidation pond become less. The reform of the system had achieved good effects, which can provides reference for the improvement of the same kind of desulfurization system in the future.

Keywords：limestone-gypsum; wet flue gas desulfurization; upgrading; mist eliminator; “gypsum rain”; flue gas droplet

收稿日期：2016-01-24。

作者簡(jiǎn)介：梁磊(1984-)，男，工程師，從事煙氣脫硫、脫硝工程研發(fā)、設(shè)計(jì)、施工及調(diào)試，E-mail:sgh_163163@163.com。

中圖分類(lèi)號(hào):X701.3

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

DOI:10.3969/j.issn.1672-0792.2016.04.013