煙氣預(yù)噴淋在脫硫超凈改造中的應(yīng)用

呂應(yīng)蘭，張祥志，朱平，舒銀銀

（武漢龍凈環(huán)?？萍加邢薰荆錆h 430205）

引言

近年來，我國大氣環(huán)境，已嚴重影響到人們的生活和健康。火力發(fā)電廠由于大量使用煤炭成為大氣污染的主要來源之一，生態(tài)環(huán)境部門對其煙氣排放的要求也越來越嚴格，尤其是針對SO2、粉塵的超凈排放標準的提出，促使已投運的有關(guān)項目不得不進行升級改造。結(jié)合工程實踐，對燃煤鍋爐SO2治理的升級改造，常用的改造方案有更換漿液循環(huán)泵、增加漿液循環(huán)泵及噴淋層、改善噴嘴結(jié)構(gòu)、噴淋層底部增設(shè)提效環(huán)、增加合金單托盤、增加合金雙托盤、增設(shè)雙循環(huán)、增設(shè)塔外循環(huán)等措施，以此增加氣液接觸的表面積，從而提高濕法脫硫系統(tǒng)的效率。但采用以上改造技術(shù)，有可能存在項目的施工周期長、投資大、改造難度大等問題。本文在傳統(tǒng)脫硫改造技術(shù)基礎(chǔ)上，通過對現(xiàn)有的事故噴淋系統(tǒng)進行改造，能有效提高脫硫效率、節(jié)約成本和縮短改造工期。

1 常規(guī)事故噴淋及預(yù)噴淋系統(tǒng)

為了保證脫硫系統(tǒng)的可利用時間及吸收塔的安全性、穩(wěn)定性，脫硫系統(tǒng)旁路全部取消，在脫硫塔入口通常都設(shè)置了事故噴淋系統(tǒng)。事故工況時，安裝在入口煙道上的事故噴淋系統(tǒng)可以對煙氣進行噴淋降溫，使吸收塔入口的溫度保持在允許范圍內(nèi)。事故噴淋系統(tǒng)一般包括噴淋系統(tǒng)管道、啟動閥門、噴嘴等[1]。事故噴淋主管上安裝有自動閥門，噴淋管道從煙道頂部或側(cè)面插入煙道，插入煙道內(nèi)部的主管上布置若干噴嘴，事故噴淋的噴嘴設(shè)計要求噴嘴噴射面覆蓋整個煙道。出于防腐蝕的需要，事故噴淋管道及閥門均應(yīng)采用316L不銹鋼材質(zhì)[1]。事故噴淋系統(tǒng)的水來源于脫硫系統(tǒng)的工藝水箱，也可以從消防水接一路作為備用水源。

從漿液循環(huán)泵出口引出一路漿液管道與事故噴淋管道聯(lián)通，通過閥門切換，使吸收塔內(nèi)的漿液或工藝水都可到達事故噴淋處，作為預(yù)噴淋層與煙氣接觸，脫除煙氣中的SO2。事故噴淋改造后，入口煙氣溫度在140℃，事故噴淋啟動后2min就可將煙氣溫度控制在80℃以下，5min即可將入口煙氣溫度降至50℃左右[2]，因此，在正常運行工況條件下，通過漿液循環(huán)泵將吸收塔漿液引入吸收塔入口事故噴淋管道，一方面吸收塔漿液對入口煙氣進行降溫，另一方面可對原煙氣中的SO2進行吸收和預(yù)脫除。當事故狀態(tài)出現(xiàn)，通過自動閥門迅速將脫硫漿液切換為常規(guī)事故噴淋系統(tǒng)，完全不會影響系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。

2 工程實際應(yīng)用

山東某項目4#鍋爐超凈排放提效改造，工程規(guī)模為1臺220t/h鍋爐，脫硫工藝為電石渣-石膏濕法煙氣脫硫工藝。鍋爐按照1爐1塔配置，項目改造前的初始數(shù)據(jù)如下：煙氣量50萬m3/h（實際態(tài)、濕基）；FGD入口煙氣溫度140℃；FGD入口SO2濃度為5000mg/Nm3（6%O2，標態(tài)，干態(tài)）。濕法脫硫改造的排放要求為FGD出口SO2濃度為35mg/Nm3（6%O2，標態(tài)，干態(tài)）。

改造前，當吸收塔入口SO2濃度達到4000mg/Nm3（6%O2，標態(tài)，干態(tài)）以上時，漿液循環(huán)泵就需全部投用，且為保證出口排放指標合格，吸收塔漿液的pH值需控制在6.2以上，當吸收塔漿液pH值低于6.0時，出口的排放指標就無法達到環(huán)保要求。由于塔內(nèi)漿液長期在高pH值區(qū)間運行，導(dǎo)致除霧器嚴重堵塞，且石膏的含水率增大，脫水效果惡化。為改善這種情況，需對系統(tǒng)進行改造，改造時應(yīng)盡量利用原有的設(shè)備，以減少改造的工作量。

該次改造受場地、空間和改造時間的限制，已無法在原有吸收塔上增加新的噴淋層或其他設(shè)施，因此采用對原有事故噴淋系統(tǒng)進行改造的方式，是將塔內(nèi)漿液引至事故噴淋管網(wǎng)，并更換原有事故噴淋噴嘴，使其具有脫硫的預(yù)噴淋功能，使煙氣進入吸收塔時，SO2濃度能提前得到一定的下降，從而減小塔內(nèi)噴淋層的工作負荷，最終提高吸收塔的脫硫效率，使出口能夠達標排放。

預(yù)噴淋漿液取自于漿液循環(huán)泵出口管道，其pH值與塔內(nèi)漿液pH值同等，預(yù)噴淋系統(tǒng)圖如圖1所示。在吸收塔入口SO2濃度較高時，可啟動預(yù)噴淋系統(tǒng)，塔內(nèi)漿液經(jīng)過循環(huán)泵增壓后，通過預(yù)噴淋管道引至吸收塔入口煙道，進入入口煙道內(nèi)部與噴淋管網(wǎng)中，然后分配至各預(yù)噴淋噴嘴中進行霧化，霧化后的漿液液滴與煙氣中的SO2及其他酸性污染物進行傳質(zhì)傳熱反應(yīng)，從而對SO2及其他酸性污染物起到一定的脫除效果，減小塔內(nèi)噴淋層的工作負荷，最終達到提高吸收塔脫硫效率，降低出口SO2排放濃度的目的。為防止預(yù)噴淋管網(wǎng)堵塞，可定期關(guān)閉預(yù)噴淋管道，開啟除霧器沖洗水管道，用除霧器沖洗水對煙道內(nèi)預(yù)噴淋管網(wǎng)、噴嘴和煙道外的管道進行沖洗。由于預(yù)噴淋的漿液量通常較大，吸收塔入口的煙氣不能將其全部氣化，因此尚有部分漿液以液體的形式被噴入煙道內(nèi)。該項目中，預(yù)噴淋管網(wǎng)位于臨近吸收塔的斜向下入口段煙道內(nèi)，因此未被氣化的漿液經(jīng)噴嘴噴出后，自流返回吸收塔漿池。預(yù)噴淋噴嘴采用單向空心錐噴嘴，如圖2所示。

圖1 預(yù)噴淋系統(tǒng)圖

圖2 預(yù)噴淋噴嘴結(jié)構(gòu)尺寸圖

由于預(yù)噴淋漿液取自現(xiàn)有的漿液循環(huán)管，其在煙道內(nèi)部與煙氣是順向流動的，因此該改造方案新增的能耗極低，幾乎可以忽略。

項目投運后，相較于改造前的同等工況，吸收塔內(nèi)漿液的pH值明顯降低，在鍋爐出口SO2濃度4000mg/Nm3（6%O2，標態(tài)，干態(tài)）以上時，漿液pH值可從改造前的6.2調(diào)整為5.6左右，即吸收塔的處理能力得到明顯的提升。同時，由于塔內(nèi)的pH值降低，塔內(nèi)石膏漿液的氧化過程得到明顯改善，原來除霧器的堵塞情況大幅改善，石膏脫水時的石膏含水率也大幅下降。

3 預(yù)噴淋系統(tǒng)設(shè)置的注意事項

（1）在無旁路脫硫系統(tǒng)中，設(shè)置預(yù)噴淋系統(tǒng)，須保證在空預(yù)器停運或吸收塔漿液循環(huán)泵全部停運造成吸收塔入口煙溫超高時，及時啟用并確保吸收塔等設(shè)備的安全，這就要求預(yù)噴淋系統(tǒng)的漿液噴淋量不得小于事故噴淋，煙道內(nèi)預(yù)噴淋管網(wǎng)和噴嘴的材質(zhì)須耐磨損和耐腐蝕，管道材質(zhì)至少為2205及以上，噴嘴選用不易堵塞的空心噴嘴。預(yù)噴淋系統(tǒng)停運時，其全部管道需沖洗干凈以免堵塞。

（2）預(yù)噴淋系統(tǒng)和常規(guī)事故噴淋系統(tǒng)管道須完全可以通過電動閥門進行快速的切換，以保障事故噴淋需要為首要原則進行邏輯控制。

（3）預(yù)噴淋系統(tǒng)需與吸收塔檢修同步，定期檢查噴嘴的堵塞和磨損情況，進行必要的更換和調(diào)整，確保系統(tǒng)的高效穩(wěn)定性能。

4 事故噴淋改造為預(yù)噴淋的優(yōu)勢

通過研究，將傳統(tǒng)事故噴淋裝置改造為預(yù)噴淋系統(tǒng)，在不影響事故噴淋系統(tǒng)安全性和可靠性的前提下，既能解決脫硫吸收塔設(shè)備出現(xiàn)故障時致高溫煙氣進入脫硫吸收塔內(nèi)對部件造成損壞的問題，同時可作為脫硫塔出口SO2濃度超標的緊急補救措施；或鍋爐燃用高含硫煤時造成脫硫塔入口的SO2濃度高的情況，降低后續(xù)脫硫系統(tǒng)脫除壓力的有效舉措；或作為已建項目改造時的一項技術(shù)措施；或作為新建項目達到排放標準并降低投資的措施之一。

5 結(jié)語

目前，燃煤鍋爐煙氣SO2治理已進入超凈時代，該改造方案打破了常規(guī)思路，提供了一條新的技術(shù)路線。隨著有關(guān)標準的加嚴，要求SO2排放濃度達到10mg/Nm3的“超超凈排放”，要實現(xiàn)這一目標，火電廠脫硫系統(tǒng)在吸收塔入口煙道中設(shè)置預(yù)噴淋系統(tǒng)是一個有效的節(jié)約成本的途徑。