斜板填料在超低排放裝置上應(yīng)用的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

高勁豪 高 原

(1.常州大學(xué)，江蘇 常州 213164；2.南京碧林環(huán)?？萍加邢薰?，南京 210005)

?

斜板填料在超低排放裝置上應(yīng)用的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

高勁豪1,2高 原2

(1.常州大學(xué)，江蘇 常州 213164；2.南京碧林環(huán)保科技有限公司，南京 210005)

本文介紹了斜板填料的工作原理、設(shè)計參數(shù)、特點(diǎn)，并與常規(guī)超低排放裝置進(jìn)行了技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較。結(jié)果表明：斜板填料裝置具有投資省、運(yùn)行成本低的特點(diǎn)。

脫硫；斜板；填料；技術(shù)；經(jīng)濟(jì)

隨著國家對煙氣排放要求的提高[1-2],各火力發(fā)電企業(yè)對現(xiàn)有脫硫[3-4]裝置進(jìn)行提標(biāo)改造, 目前對現(xiàn)有裝置進(jìn)行升級改造脫硫的推薦方案主要有：單pH值串聯(lián)脫硫塔、單pH值并聯(lián)脫硫塔、單pH值增加原脫硫塔噴淋量及雙循環(huán)脫硫[5-7](即將吸收塔循環(huán)漿液分為兩個獨(dú)立的反應(yīng)罐和形成兩個循環(huán)回路，每條循環(huán)回路在不同pH值下運(yùn)行，使脫硫反應(yīng)在較為理想的條件下進(jìn)行，可采用單塔雙循環(huán)或雙塔雙循環(huán))提升脫硫效率，除塵用濕式靜電除塵[8](即凈煙氣通過電場力作用吸附到集塵極上，通過噴水將極板上的粉塵沖刷到灰斗中排出。同時，噴到煙道中的水霧既能捕獲微小煙塵又能降電阻率，利于微塵向極板移動)提升除塵效率。以上方案是在現(xiàn)有的噴淋塔脫硫方式的基礎(chǔ)上進(jìn)一步完善的，先進(jìn)行了脫硫提效、后進(jìn)行除塵提效處理，兩種提效分開獨(dú)立進(jìn)行，以達(dá)到環(huán)保排放指標(biāo)。整個實(shí)施過程總投資大，運(yùn)行費(fèi)用高，且雙循環(huán)高pH值漿液氧化率低，其流經(jīng)AFT塔、泵、管道、集液環(huán)、集液漏斗、噴淋管等區(qū)域多，造成流經(jīng)設(shè)備內(nèi)壁的結(jié)垢多，需定期停機(jī)處理。

也有公司采用在現(xiàn)有塔內(nèi)噴淋層下方增設(shè)篩板式[9]或管式[10]增效器，噴淋層上方設(shè)計多級高效除霧器的除塵脫硫一體化技術(shù)，幾種方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，本文提出了一種適用于濕法脫硫的斜板填料[11],同樣可達(dá)到超低排放的效果，且投資、運(yùn)行費(fèi)用更低。

1 斜板填料工作原理

氣液接觸吸收有兩種理論模型，一種是氣包水模型，另一種是水包氣模型。氣包水模型，氣體是連續(xù)相，水是分散相，氣與水通過液滴的表面接觸，氣體中的二氧化硫穿過液滴界面進(jìn)入液相，因此要提高脫硫效率，必須增大氣液接觸面積和接觸時間，即通過噴嘴霧化吸收液和增加塔高實(shí)現(xiàn)，但霧化液滴的粒徑越小，越容易被煙氣帶走，為后續(xù)除塵裝置增加了負(fù)荷，脫硫率與除霧負(fù)荷是相沖突的。水包氣模型，水是連續(xù)相，氣體是分散相，氣泡穿過吸收液，氣與水通過氣體的表面接觸，氣體中的二氧化硫穿過氣包界面進(jìn)入液相，在氣體離開液體時，也會夾帶一些液滴，但夾帶的液滴粒徑較霧化噴嘴噴出的液滴粒徑相比，平均相差兩個數(shù)量級[12-13]，為后續(xù)除塵裝置帶來了便利，脫硫率對除霧負(fù)荷影響較小。

斜板填料作吸收載體利用的是水包氣模型，圖1是斜板填料在脫硫塔內(nèi)工作的原理圖，斜板填料是由斜板和壁板組成，脫硫塔上部噴淋落下的吸收液液滴落到斜板上，吸收液滴沿斜坡方向下滑，離開斜板后以液膜形式形成第一層液膜，直到落到第二層斜板，到達(dá)第二層斜板后吸收液又沿斜坡方向下滑，離開斜板后又以液膜形式形成第二層液膜，依次再形成第三層液膜；煙氣則從斜板下部上行，依次穿透第三層液膜、第二層液膜、第一層液膜，煙氣穿透液膜的過程中，氣體穿過液體，煙氣被降溫、洗塵、二氧化硫被吸收。

圖1 斜板填料工作原理圖1.吸收液液滴,2.增效斜板,3.第一層液膜,4.煙氣,5.第二層液膜,6.增效壁板,7.第三層液膜。

斜板填料可做成長方體形，單元斜板填料壁板寬為600～1 000 mm，長為1200～2 000 mm，高為400～600 mm；斜板填料斜板有2～4層，兩層斜板之間間距100～150 mm；斜板填料同層斜板之間間距150～250 mm；斜板的板寬70～100 mm之間，錐角在70°～120°之間。安裝時可直接將單元斜板填料組合、壘加即可。

斜板填料具有：(1)操作彈性大，吸收液容易成膜。由于斜板的導(dǎo)流作用，只要有吸收液通過斜板，均被斜板導(dǎo)流形成液膜，不受煙氣、吸收液流量大小的影響。(2)具有均布煙氣分布的效果。通過調(diào)整斜板填料的斜板間距，可調(diào)整塔截面上不同區(qū)域的開孔率，達(dá)到在煙氣上升的短距離內(nèi)實(shí)現(xiàn)煙氣均布。(3)兼有脫硫、收塵雙重效果。在煙氣穿透液膜時，煙氣中二氧化硫被吸收的同時煙氣中煙塵也一并被液體捕獲。(4)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，易于安裝維護(hù)。斜板填料由斜板、壁板組成單元結(jié)構(gòu)，并采用FRP、PP、PE、合金等型材，斜板填料單元之間的拼接采用合金緊固件連接。在脫硫塔內(nèi)件安裝時，無需塔內(nèi)焊接動火，施工方便。

2 工藝流程

圖2是裝置的工藝流程圖，原煙氣從脫硫塔中部進(jìn)入塔內(nèi)并向上，經(jīng)氣體均布板初步對煙氣均布，在氣體分布板上表面有一定持液層，可吸收洗滌煙氣中部分二氧化硫和煙塵。經(jīng)初步洗滌的煙氣進(jìn)入斜板填料層，煙氣被再次均布，煙氣多次穿透斜板填料形成液膜，煙氣中的二氧化硫和煙塵被進(jìn)一步吸收、洗滌。然后煙氣穿過氣液分布板，在氣液均布板上表面持有較高pH值的吸收液，再次吸收煙氣中的二氧化硫和煙塵。最后煙氣經(jīng)塔上部的除霧器除霧并排出塔外。

圖2 工藝流程圖1.吸收液循環(huán)泵,2.塔體,3.氣體均布板,4.斜板填料,5. 氣液均布板,6.循環(huán)管,7.吸收劑分布管,8.高效除霧器

3 經(jīng)濟(jì)分析

以某電廠2×300 MW機(jī)組煙氣量為例，分別采用傳統(tǒng)高效脫硫除塵裝置和本技術(shù)斜板填料脫硫除塵裝置進(jìn)行投資和運(yùn)行分析對比，煙氣參數(shù)見下表1(單臺爐)。煙氣成分測定參數(shù)：標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，濕基，實(shí)際過量空氣系數(shù)=1.323，BMCR。

表1 煙氣參數(shù)表

3.1 脫硫主要設(shè)備參數(shù)

經(jīng)核算，兩種裝置脫硫塔系統(tǒng)主要設(shè)備參數(shù)見表2。

由表看出：傳統(tǒng)高效脫硫除塵塔較高，而斜板填料高效除塵脫硫塔較矮，主要是由于：(1)液氣比下降，漿液循環(huán)量減少，使?jié){液循環(huán)池體積減小了一半以上,(2)用斜板填料代替了原先的噴淋層。

表2 兩種裝置脫硫主要設(shè)備參數(shù)表

3.2 經(jīng)濟(jì)分析

3.2.1 投資成本對比

經(jīng)核算，兩種裝置投資成本比較見表3。

由表3可以看出，采用斜板填料高效除塵脫硫裝置投資成本較低，是傳統(tǒng)工藝的72%左右。如傳統(tǒng)高效脫硫裝置后面，再增加濕式電除塵器，則傳統(tǒng)裝置的投資費(fèi)用更高，本技術(shù)高效脫硫除塵裝置的投資成本優(yōu)勢更明顯。

3.2.2 廠用電對比

經(jīng)核算，兩種裝置廠用電對比見表4。

由表4看出，采用斜板填料高效除塵脫硫裝置用電較低，是傳統(tǒng)工藝的18%左右。按全國平均廠用電0.3935元/度計，節(jié)約電費(fèi)1357.575元/時，年按5500小時計，年可節(jié)省746.6萬元左右。如傳統(tǒng)高效脫硫裝置后面，再增加濕式電除塵器，則本裝置高效除塵脫硫裝置廠用電耗會更有優(yōu)勢。

表3 兩種裝置投資成本比較表 單位：萬元

表4 兩種裝置廠用電比較表 單位：kwh

4 結(jié)論

(1)斜板填料具有吸收液成膜容易，操作彈性大、均布煙氣分布、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、易于安裝維護(hù)的特點(diǎn)，還兼有脫硫收塵的雙重效果。

(2)斜板填料高效除塵脫硫裝置投資成本是傳統(tǒng)工藝的60%左右，用電成本是傳統(tǒng)工藝的18%左右，具有十分明顯的優(yōu)勢。

[1] 環(huán)境保護(hù)部，國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.GB 13223-2011火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)[S]，2011.

[2] 國家發(fā)展改革委，環(huán)境保護(hù)部，國家能源局.煤電節(jié)能減排升級與改造行動計劃(2014-2020年)：發(fā)改能源([2014]2093號)[EB/OL].(2014-09-12).http://www.zhb.gov.cn/gkml/hbb/gwy/201409/W020140925407622627853.pdf.

[3] 郝吉明,王書肖,陸永琪.燃煤二氧化硫污染控制技術(shù)手冊[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2001.

[4] 郭東明.脫硫工程技術(shù)`與設(shè)備[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2007.

[5] 余昭,何育東,李興華，等.石灰石-石膏法串聯(lián)脫硫塔系統(tǒng)[J].熱力發(fā)電,2016(02):91-95

[6] 王崢,王建國,邴守啟，等.石灰石-石膏濕法煙氣脫硫效率影響因素[J].煤氣與動力，2011,31(09):1-4.

[7] 王國強(qiáng),黃成群.單塔雙循環(huán)脫硫技術(shù)在300MW燃煤鍋爐中的應(yīng)用[J].重慶電力高等?？茖W(xué)校學(xué)報，2013,18(5):51-54

[8] 張曉輝,勞毅容.濕式電除塵技術(shù)在火力電廠的應(yīng)用[J].技術(shù)與市場,2014,21(7):91-93.

[9] 杜樂,黃建國,殷文香.一種提高石灰石-石膏法脫硫效率的方法-托盤塔[J].環(huán)境與發(fā)展，2014,26(3):196-198.

[10] 李珺,薛雷,高曉剛，等.一種脫硫噴淋塔的煙氣均布裝置[P].中國,CN201420474737.2[P].2014-12-03.

[11] 高勁豪.一種適用于濕法脫硫的斜板脫硫增效器[P].中國,ZL201521015186.4[P].2016-05-18.

[12] 曹立姍,杜佩衡.新型垂直篩板塔罩頂空間液滴粒度分布研究[J].石油化工設(shè)備,1997,26(05):20-23.

[13] 劉云義.噴射態(tài)篩板上的液滴粒度分布[J].沈陽化工學(xué)院學(xué)報,1998,12(01):1-7.

Technical and economic analysis of the application of inclined plate packing in ultra low emission device

Gao Jinhao1,2, Gao Yuan2

(1.Changzhou University, Changzhou 213164, China; 2.Nanjing Bilin Environmental Protection Co.,LTD, Nanjing 210005, China)

In this paper, the working principles, design parameters and characteristics of inclined plate packing are introduced and a comparison between inclined plate packing device and ultra low emission devices routinely used is also carried out. The results show that the inclined plate packing device has the characteristics of low investment and low running cost.

desulphurization; inclined plate; packing; techniques; economy

2017-03-26; 2017-05-15 修回

高勁豪(1996-)，男，本科，從事環(huán)境污染工程設(shè)計工作。E-mail:xuyz2010@126.com

X51

A