單塔雙循環(huán)技術在1 000 MW燃煤機組的應用

王　祥, 尹凌霄, 錢成龍

(江蘇省宏源電力建設監(jiān)理有限公司， 南京 210096)

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單塔雙循環(huán)技術在1 000 MW燃煤機組的應用

王祥, 尹凌霄, 錢成龍

(江蘇省宏源電力建設監(jiān)理有限公司， 南京 210096)

研究了雙循環(huán)吸收塔在1 000 MW燃煤機組中的應用,主要是調(diào)節(jié)參數(shù)液氣比和漿液pH值對其脫硫效率的影響。結(jié)果表明：脫硫效率隨液氣比和漿液pH值增大而增大，但增加趨勢逐漸變緩，一般將吸收塔pH值控制在4.6～5.0，AFT的pH值控制在5.8～6.2。同時還考察了雙循環(huán)吸收塔能否適應煤種和負荷的突變，發(fā)現(xiàn)其適應性較強。雙循環(huán)吸收塔低pH值的冷卻回路可以保證很好的石膏品質(zhì)，并大大提高氧化速度，降低氧化風機電耗。

濕法脫硫； pH值； 雙循環(huán)

各類大氣污染物中，燃煤排放的污染物亟需處理，火電機組燃煤SO2減排是目前我國大氣污染控制領域最緊迫的任務。環(huán)保部發(fā)布的GB 1312—2011 《火電廠大氣污染物排放標準》要求重點區(qū)域的燃煤鍋爐SO2排放的質(zhì)量濃度限值為50 mg/m3。筆者介紹了某電廠2臺1 000 MW超超臨界二次再熱機組采用雙循環(huán)石灰石-石膏濕法煙氣脫硫(WFGD)技術，設計要求在鍋爐BMCR工況下，凈煙氣中SO2排放質(zhì)量濃度小于35 mg/m3。

1　濕法脫硫SO2吸收機理

WFGD反應機理復雜，對于吸收機理以雙膜理論模型的應用最廣(見圖1)，把吸收過程簡化為通過氣膜和液膜的分子擴散[1]。

主要反應為煙氣中SO2與石灰石中CaCO3反應。根據(jù)WFGD工藝，吸收塔可分為噴淋區(qū)和漿液池兩個反應區(qū)[2]。

(1) 當漿液pH值為5.5～7時，噴淋區(qū)煙氣和石灰石漿液逆流接觸，主要反應如下：

SO2(g)?SO2(aq)SO2溶解

(1)

SO2+H2O?H2SO3SO2水解

(2)

H2SO3電離

(3)

石灰石溶解

(4)

(5)

噴淋區(qū)總反應為：

CaCO3+SO2+2H2O?CaSO3·2H2O+CO2

(6)

(7)

(8)

(9)

CaCO3+H2SO4+H2O?CaSO4·2H2O+CO2

(10)

2　雙循環(huán)工藝

雙循環(huán)工藝見圖3，這類雙循環(huán)吸收塔有一個冷卻回路和一個吸收回路。

煙氣進入吸收塔，先經(jīng)過下層冷卻回路，與噴淋層噴出的漿液逆流接觸，得到冷卻、預洗滌，脫除部分SO2后，通過導流葉片進入上層吸收回路，進一步吸收SO2，凈煙氣經(jīng)除霧器后，排入煙囪。煙氣中SO2的脫除分兩級完成，集液碗將脫硫區(qū)分隔為上、下兩個回路[2]。本工程采用的雙循環(huán)吸收塔，冷卻回路由吸收塔漿液池、2臺吸收塔漿液循環(huán)泵、2層噴淋管等組成;上層吸收回路由集液斗、AFT(Absorber Feed Tank)漿液池、4臺AFT漿液循環(huán)泵、4層噴淋管等組成。兩個回路pH值不同，冷卻回路在低pH值下運行，吸收回路在高pH值下運行。

3　雙循環(huán)脫硫效率影響因素

3.1 液氣比對脫硫效率的影響

在WFGD工藝中，Ca2+濃度是影響SO2吸收的關鍵因素之一，然而石灰石難溶，因此，可通過提高液氣比，增加漿液的循環(huán)倍率，提高漿液的湍流度，增加氣液接觸，從而提高SO2吸收速率。對于WFGD工藝，探究液氣比對脫硫效率的影響非常必要。

實際運行時，液氣比通過改變漿液循環(huán)泵的投入數(shù)量來調(diào)節(jié)。在總液氣比相同的情況下，為比較吸收塔漿液泵和AFT漿液泵對脫硫效率影響的差異，對兩種不同工況進行比較(見表1)。工況1，2臺吸收塔漿液泵+2臺AFT漿液泵；工況2，1臺吸收塔漿液泵+3臺AFT漿液泵。比較發(fā)現(xiàn)，吸收塔漿液泵對脫硫效率影響更大，原因可能是吸收塔內(nèi)的集液碗對塔內(nèi)煙氣分布產(chǎn)生影響，在集液碗上方存在一定空間的“死區(qū)”，減弱了氣液接觸，對SO2吸收不利[3]。

表1　吸收塔漿液泵和AFT漿液泵比較

實際調(diào)試過程中，為保證SO2排放不超標，吸收塔2臺漿液泵全投，通過調(diào)整AFT漿液泵投入數(shù)量來調(diào)節(jié)液氣比，進一步研究液氣比對脫硫效率的影響(見圖4)。

由圖4可見：脫硫效率隨液氣比的增加而增加，但增加趨勢逐漸變緩。隨著液氣比的增加，塔內(nèi)漿液噴淋密度增加，傳質(zhì)單元增加，氣液接觸總面積增加，漿液中總堿量也相應增加，液膜增強系數(shù)增大，從而提高傳質(zhì)系數(shù)；同時，液氣比增加，加劇氣液傳質(zhì)液膜表面處的擾動，氣液傳質(zhì)液膜厚度減小，傳質(zhì)系數(shù)增加。

當液氣比超過一定值，脫硫效率增加趨勢減緩，因為液氣比增加到一定程度，液滴凝聚加劇，氣液傳質(zhì)面積不再增加，液膜擾動引起的傳質(zhì)速率增加幅度減小。在一定的液氣比范圍內(nèi)，可以保證脫硫效率保持在較高水平，但繼續(xù)增加液氣比對提高脫硫效率影響很小，而且還會使塔內(nèi)的壓降增大，風機能耗增大[3-4]。

3.2 漿液pH值對脫硫效率的影響

對于雙pH值的雙循環(huán)吸收塔，漿液pH值控制非常重要。漿液的pH值不僅影響SO2吸收，石灰石、CaSO4·2H2O、CaSO3·1/2H2O的溶解度以及亞硫酸鈣的氧化速率，同時還影響系統(tǒng)穩(wěn)定運行，如結(jié)垢、堵塞及腐蝕等[5-9]。實際運行中，一般將吸收塔pH值控制在4.6～5.0，AFT的pH值控制在5.8～6.2，與文獻[3-4]的研究結(jié)果相似。

圖5為吸收塔漿液pH值對其脫硫效率的影響。從圖5中可見：隨著吸收塔pH值升高，脫硫效率逐漸升高，但趨勢變緩。原因為隨著pH值升高，循環(huán)漿液堿度增大，液膜增強系數(shù)增大，傳質(zhì)系數(shù)增大，SO2的吸收速率增大；但是pH值增加不利于石灰石的溶解，液膜增強系數(shù)的增加幅度逐漸減小，脫硫效率的增加趨于緩慢。

3.3 入口SO2質(zhì)量濃度對脫硫效率的影響

3.4 滿負荷運行狀況

考察雙循環(huán)吸收塔在機組168 h試運期間運行狀況(見表2)，長期穩(wěn)定運行的脫硫效率≥99.0%，凈煙氣SO2排放質(zhì)量濃度≤20 mg/m3，優(yōu)于國家標準。

表2　滿負荷168 h試運期間運行狀況

考察雙循環(huán)吸收塔出產(chǎn)石膏的品質(zhì)，結(jié)果見表3。檢測數(shù)據(jù)顯示，石膏品質(zhì)優(yōu)良：CaSO4·2H2O純度較高，難脫水的CaSO3·1/2H2O含量低，同時氯化物含量低。雙循環(huán)吸收塔低pH值的冷卻回路可以保證很好的石膏品質(zhì)，并大大提高氧化速度，降低氧化風機電耗。

表3　雙循環(huán)吸收塔排出石膏檢測　%

4　結(jié)語

筆者研究了雙循環(huán)吸收塔脫硫特性，同時考察了氣、液相參數(shù)對雙循環(huán)濕法脫硫的影響規(guī)律，得出如下結(jié)論：

(1) 脫硫效率隨液氣比的增加而增加，但增加趨勢逐漸變緩；同時在總液氣比相同的情況下，投用吸收塔漿液循環(huán)泵，脫硫效率更高。

(2) 脫硫效率隨吸收塔pH值增大而增大，增加趨勢逐漸變緩，一般將吸收塔pH值控制在4.6～5.0，AFT的pH值控制在5.8～6.2。

(3) 脫硫效率隨著入口SO2質(zhì)量濃度的增大而降低，當入口SO2質(zhì)量濃度較小時，脫硫效率的降低比較緩慢，當其超過臨界值時，脫硫效率才會急劇下降，說明雙循環(huán)吸收塔對煤種和負荷的突變有一定適應性。

(4) 低pH值的冷卻回路可以保證很好的石膏品質(zhì)，并大大提高氧化速度，降低氧化風機電耗。

(5) 采用雙循環(huán)脫硫技術機組脫硫指標完全達到預期的效果，SO2排放量優(yōu)于標準要求。

[1] 鐘秦. 燃煤煙氣脫硫脫硝技術及工程實例[M]. 2版. 北京: 化學工業(yè)出版社, 2007.

[3] 田立江. 雙循環(huán)多級水幕反應器脫硫性能研究[D]. 徐州: 中國礦業(yè)大學, 2010.

[4] 劉景龍. 雙pH值濕法煙氣脫硫的試驗研究[D]. 濟南: 山東大學, 2012.

[5] 杜謙. 并流有序降膜組脫除煙氣中SO2過程的研究[D]. 哈爾濱: 哈爾濱工業(yè)大學, 2004.

[6] 杜謙, 馬春元, 董勇, 等. 循環(huán)漿液pH值對濕法煙氣脫硫過程的影響[J]. 熱能動力工程, 2006, 21(5): 491-495.

[7] 李仁剛, 管一明, 周啟宏, 等. pH值對濕式石灰石煙氣脫硫傳質(zhì)反應特性的影響[J]. 電力環(huán)境保護, 2002, 18(4): 10-12.

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[9] 鐘秦. 亞硫酸鈣非均相氧化動力學的研究[J]. 南京理工大學學報, 2000, 24(2): 172-176.

Application of Single-tower Double-recycling Desulfurization Technology in 1 000 MW Coal-fired Units

Wang Xiang, Yin Lingxiao, Qian Chenglong

(Jiangsu Hongyuan Electric Power Construction Supervision Co., Ltd., Nanjing 210096, China)

The application status of double-recycling absorption tower in 1 000 MW coal-fired units was analyzed, so as to study the effects of following setting parameters on the desulfurization efficiency, such as the liquid-gas ratio and the slurry pH value, etc. Results show that the desulfurization efficiency increases with rising liquid-gas ratio and slurry pH value, but the rising rate gradually slows down, and the pH value is generally controlled within 4.6～5.0 for absorption tower, and within 5.8～6.2 for AFT tower. The technology is also proved to have strong adaptability to coal category and load variation through experiments. For double-recycling absorption tower, the low pH value cooling loop ensures better gypsum quality, which can significantly enhance the oxidation rate and therefore reduce the power consumption of relevant oxidation fans.

wet flue gas desulfurization; pH value; double-recycling

2016-03-05

王祥(1988—)，男，工程師，主要從事火電建設工作。

E-mail: 510162781@qq.com

X701.3

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1671-086X(2016)05-0325-04