燃煤電廠脫硫提效應(yīng)用研究

徐灝++孟煒++單新宇++陳瑤姬+徐志瑛

摘要： 在脫硫工程噴淋塔中，由于噴淋層周邊與中心區(qū)域噴淋液分布密度存在明顯偏差，使塔內(nèi)煙氣容易從吸收塔周邊區(qū)域逃離，從而降低了吸收塔的脫硫效率.為解決這一問題，開發(fā)了一種吸收塔增效裝置.該裝置可以有效彌補(bǔ)脫硫吸收塔內(nèi)噴淋層布置缺陷，改善塔內(nèi)煙氣分布和氣液傳質(zhì)效果，從而提升吸收塔的煙氣脫硫效率.針對某一脫硫增效改造工程應(yīng)用，分析了增效裝置在提高SO2脫除率、降低脫硫電耗方面的效果.結(jié)果表明，該吸收塔增效裝置具有明顯的節(jié)能減排作用，且安裝方便、投資低、運(yùn)行費(fèi)用低，對不同大小的吸收塔的適應(yīng)性強(qiáng)，適合于老機(jī)組的吸收塔增效改造.

關(guān)鍵詞：

燃煤電廠； 吸收塔； 脫硫； 增效裝置

中圖分類號： X 513文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

石灰石—石膏濕法脫硫工藝已廣泛應(yīng)用于燃煤電廠機(jī)組煙氣脫硫[1].該工藝的脫硫吸收塔基本采用空塔噴淋式結(jié)構(gòu)，其設(shè)計(jì)存在一些不足[2]：① 噴淋層周邊與中心區(qū)域噴淋液分布密度存在明顯偏差，噴淋密度低的周邊區(qū)域噴淋層阻力較小，煙氣容易從該區(qū)域逃逸，從而影響系統(tǒng)的脫硫效率[3].其原因是為了使吸收塔的內(nèi)壁防腐襯里層不受噴淋液長期過度沖刷而損壞，噴淋層最外層的噴嘴布置密度受到制約，噴淋層周邊區(qū)域的理論最大噴淋覆蓋率只能達(dá)到100%，而中心區(qū)域的噴嘴布置可以較密，噴淋覆蓋率可達(dá)200%以上；② 噴淋層最邊緣的噴嘴多數(shù)處于噴淋組管的末端位置，流道較長，漿液流通的阻力較大，當(dāng)噴淋組管內(nèi)的漿液流量或壓頭出現(xiàn)波動時(shí)，噴淋層邊緣的噴嘴受影響最大，將進(jìn)一步削弱噴淋層周邊區(qū)域的噴淋覆蓋率和噴淋密度，增加煙氣旁路的可能性，從而降低整套裝置的脫硫效率[4].

隨著國家對大氣污染物治理要求的日益嚴(yán)格，需要進(jìn)一步提升現(xiàn)有火電廠脫硫裝置的脫硫效率.經(jīng)常采用的技術(shù)手段有增加吸收塔循環(huán)泵數(shù)量、增加噴淋層等[5]，但往往存在能耗增加、原有吸收塔需進(jìn)行防腐改造、技術(shù)難度大等問題.本文在工程實(shí)際運(yùn)用中開發(fā)并設(shè)計(jì)了一種脫硫吸收塔新型增效裝置，有效地解決了相關(guān)問題，目前已在實(shí)際工程中得到應(yīng)用，效果良好.

1新型增效裝置簡介

脫硫吸收塔新型增效裝置主要由布?xì)忮F板、環(huán)形箍筒、自緊連接裝置和軟密封組件等構(gòu)成，可以安裝在各類噴淋式脫硫吸收塔內(nèi).增效裝置結(jié)構(gòu)如圖1所示，圖中：α為布?xì)忮F板與水平面夾角；L為布?xì)忮F板長度.增效裝置需安裝在噴淋層的下方，通過軟密封組件與吸收塔內(nèi)壁連接并定位.該裝置可使吸收塔內(nèi)周邊區(qū)域的煙氣重新分布，使其向中央?yún)^(qū)域聚集流動，有效消除塔內(nèi)煙氣旁路現(xiàn)象，提高系統(tǒng)的煙氣脫硫效率.

根據(jù)吸收塔的內(nèi)壁規(guī)格和現(xiàn)場安裝條件，增效裝置可分為若干段（一般分為3～5段），各段在塔內(nèi)進(jìn)行對接、組裝和自緊固定.塔內(nèi)的裝配過程無需動火，增效裝置的主要受力元件均采用不銹鋼（316L或以上等級）材質(zhì).

在具體設(shè)計(jì)中，增效裝置的α、L都可根據(jù)煙氣流動狀況調(diào)整，盡可能不增加塔內(nèi)煙氣的流動阻力.布?xì)忮F板上需均勻布置一定數(shù)量的排液孔，確保貼壁流動的漿液和部分周邊區(qū)域的噴淋漿液收集后能及時(shí)排出，不產(chǎn)生沉積.布?xì)忮F板焊接在對應(yīng)的環(huán)形箍筒上，現(xiàn)場安裝就位后，各段環(huán)形箍筒、各段布?xì)忮F板由自緊連接裝置連為一體，最終形成一個完整的環(huán)狀結(jié)構(gòu).

可根據(jù)現(xiàn)場條件和具體要求，通過調(diào)節(jié)各頂緊螺栓的安裝尺寸，調(diào)整環(huán)形箍筒的安裝外徑，以充分貼合吸收塔的內(nèi)壁.頂緊螺栓調(diào)節(jié)到位后，用扣緊螺母扣緊并定位.

2主要技術(shù)特點(diǎn)

2.1優(yōu)化煙氣分布，提升裝置效率

以典型的一臺600 MW燃煤機(jī)組對應(yīng)的濕法脫硫吸收塔為例，塔內(nèi)煙氣量取2 850 000 m3·s-1，塔內(nèi)徑取16 m，布置3層噴淋層，相鄰噴淋層間距為2.2 m.通過煙氣流場建模計(jì)算和分析，可在吸收塔內(nèi)第一噴淋層與第二噴淋層之間的某一煙氣流場截面安裝新型增效裝置.與未安裝增效裝置時(shí)相比，安裝該裝置后塔內(nèi)沿壁的周邊區(qū)域的流速降低，煙氣有向中心聚集的趨勢.對比結(jié)果如圖2所示.

流場模擬分析結(jié)果表明，新型增效裝置可以有效彌補(bǔ)脫硫吸收塔內(nèi)噴淋層布置缺陷，改善塔內(nèi)煙氣分布，基本消除吸收塔內(nèi)煙氣旁路現(xiàn)象，使煙氣都能經(jīng)過吸收塔內(nèi)最佳噴淋覆蓋區(qū)域，改善氣液接觸效果，從而提升整套裝置的煙氣脫硫效率.

2.2安裝方便，無需動火

該裝置采用分段式組裝結(jié)構(gòu)，利用獨(dú)特的自緊連接裝置，可在塔內(nèi)進(jìn)行對接和裝配.安裝過程無需動火，現(xiàn)場裝配方便，十分適用于目前各類噴淋式脫硫吸收塔的內(nèi)部改造.

2.3可靈活調(diào)節(jié)，適應(yīng)性強(qiáng)

通過對自緊連接裝置進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)節(jié)，新型增效裝置能夠調(diào)整自身安裝尺寸，有效貼合不同規(guī)格的吸收塔內(nèi)壁，對已有吸收塔的加工制作精度要求不高，具有良好的適應(yīng)性.

新型增效裝置通過軟密封組件與塔體內(nèi)壁的防腐襯層進(jìn)行接觸和貼合，能夠保證在安裝和使用過程中，防腐襯層不受損壞.這進(jìn)一步提高了該裝置的適應(yīng)性.

2.4投資費(fèi)用少，運(yùn)行成本低

該裝置主要用材均為常規(guī)材料，易于采購，有利于降低成本.同時(shí)，該裝置通過軟密封組件進(jìn)行結(jié)構(gòu)連接，在安裝過程中不會對原設(shè)備造成損壞，現(xiàn)場安裝成本低.

根據(jù)流場模擬計(jì)算和分析，安裝增效裝置后，吸收塔的運(yùn)行阻力增加較少，與增大噴淋流量和增加噴淋層等其他增效方式相比，該技術(shù)的應(yīng)用具有比較突出的投資和運(yùn)行成本優(yōu)勢.

3工程應(yīng)用情況

3.1設(shè)備布置情況

某600 MW燃煤電廠的脫硫吸收塔采用空塔噴淋結(jié)構(gòu)，吸收塔內(nèi)徑為16 m，塔內(nèi)防腐采用鱗片樹脂；一臺塔共有3層噴淋層，分別對應(yīng)三臺循環(huán)泵，噴淋層下方布置有一層多孔均流板.

該電廠5#機(jī)組吸收塔于2013年3月安裝了一套增效裝置，其位置在吸收塔均流板與第一層噴淋層之間，距第一層噴淋層0.8～1.0 m.該裝置分三段通過吸收塔人孔運(yùn)至塔內(nèi)后再進(jìn)行組裝與安裝，裝置總質(zhì)量約500 kg.由于該裝置安裝不破壞原有吸收塔防腐層，無需動火，安裝僅需2 d.

3.2脫硫效率提升情況

當(dāng)吸收塔在兩臺循環(huán)漿液泵運(yùn)行，相同機(jī)組負(fù)荷、pH和入口煙氣SO2質(zhì)量濃度條件下，對安裝增效裝置前、后的脫硫效率情況進(jìn)行了對比分析，具體數(shù)據(jù)如表1所示.

根據(jù)數(shù)據(jù)對比，在兩臺漿液循環(huán)泵運(yùn)行的方式下，改造前平均脫硫效率為93.2%；而改造后的脫硫效率有了明顯提高，平均脫硫效率為95.7%，提升了約2.3%.

3.3節(jié)能效果

該裝置安裝后，由于其占吸收塔截面比例很小，因此對吸收塔運(yùn)行阻力影響很小，增加的阻力在100 Pa以下.

該裝置安裝前、后電廠CEMS（continuous emission monitoring system）月度報(bào)表及廠用電數(shù)據(jù)對比如表2所示，其中：1～3月為增效裝置未安裝月份；3月31日增效裝置安裝完成并投運(yùn).

安裝增效裝置后，漿液與煙氣傳質(zhì)效果增強(qiáng)，在保證脫硫效率的前提下，可以根據(jù)情況間歇性停運(yùn)一臺循環(huán)泵，以降低系統(tǒng)電耗.從表2可以看出：廠用電率一季度平均為0.86%；安裝增效裝置后，在入口平均SO2質(zhì)量濃度大幅增加的情況下，出口平均SO2質(zhì)量濃度及SO2排放量顯著降低，而脫硫廠用電率為0.79%，比改造前降低了約8%.改造后不僅減排效果提高明顯，而且對脫硫系統(tǒng)的節(jié)能降耗亦有顯著貢獻(xiàn).

3.4節(jié)能減排效果分析

安裝增效裝置后，可以大幅增加該600 MW機(jī)組原有脫硫裝置在鍋爐燃用劣質(zhì)煤時(shí)的處理能力.在燃煤硫分不變的情況下，由于脫硫效率提升和廠用電率降低，每年可實(shí)現(xiàn)節(jié)約SO2排污費(fèi)和運(yùn)行電費(fèi)支出約40萬元.考慮到該工程一臺吸收塔安裝增效總費(fèi)用約為10萬元，因此當(dāng)年即可收回全部投資.

4結(jié)論及建議

（1） 該新型增效裝置可以有效彌補(bǔ)脫硫吸收塔內(nèi)噴淋層布置缺陷，改善塔內(nèi)煙氣分布和氣液傳質(zhì)效果，從而提升吸收塔的煙氣脫硫效率.

（2） 該裝置結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，安裝過程無需動火，不破壞原有吸收塔防腐層，對不同大小的吸收塔適應(yīng)性強(qiáng)，較適合于老機(jī)組的吸收塔增效改造.

（3） 在600 MW機(jī)組吸收塔中的增效改造工程應(yīng)用表明，該裝置增加的運(yùn)行阻力小，可實(shí)現(xiàn)年節(jié)約SO2排污費(fèi)和運(yùn)行電費(fèi)支出約40萬元，當(dāng)年即可收回全部投資，具有較高的推廣價(jià)值.

參考文獻(xiàn)：

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