火力發(fā)電廠濕法脫硫吸收塔托盤塔提高脫硫效率的研究

余輝 程適

摘要：隨著國內(nèi)環(huán)保要求日益提高，燃煤火力發(fā)電機(jī)組濕法脫硫裝置如何在在既有裝置進(jìn)行有限的改造提高脫硫效率，滿足排放要求，是國內(nèi)外大量環(huán)保公司和學(xué)者共同研究的課題，提高脫硫效率方法主要有以下幾種，提高循環(huán)量，增大“液氣比”;更換效率更高的噴嘴或優(yōu)化噴淋層噴嘴布置，適當(dāng)提高噴淋層截面中部區(qū)域噴嘴密度，避免造成煙氣短路，減少“塔壁效應(yīng)”影響;增加托盤等高效傳質(zhì)單元。實(shí)際工程中下選擇方案時(shí)候，往往部分措施組合不能達(dá)到設(shè)計(jì)預(yù)期，本文主要就如何避免增效個(gè)各措施之間相互干擾問題進(jìn)行探討。

關(guān)鍵字：托盤塔 ?ALRD環(huán) ?脫硫效率

前言

石灰石（石灰）-石膏濕法脫硫工藝是濕法脫硫的一種，是目前世界上應(yīng)用范圍最廣、工藝技術(shù)最成熟的標(biāo)準(zhǔn)脫硫工藝技術(shù)。是當(dāng)前國際上通行的大機(jī)組火電廠煙氣脫硫的基本工藝。它采用價(jià)廉易得的石灰石或石灰作脫硫吸收劑，石灰石經(jīng)破碎磨細(xì)成粉狀與水混合攪拌成吸收漿液，當(dāng)采用石灰為吸收劑時(shí)，石灰粉經(jīng)消化處理后加水制成吸收劑漿液。在吸收塔內(nèi)，吸收漿液與煙氣接觸混合，煙氣中的二氧化硫與漿液中的碳酸鈣以及鼓入的氧化空氣進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)被脫除，最終反應(yīng)產(chǎn)物為石膏。脫硫后的煙氣經(jīng)除霧器除去帶出的細(xì)小液滴，經(jīng)換熱器加熱升溫后排入煙囪。脫硫石膏漿經(jīng)脫水裝置脫水后回收。由于吸收漿液循環(huán)利用，脫硫吸收劑的利用率很高。

1.濕法脫硫的基本工藝流程

在石灰石一石膏濕法煙氣脫硫工藝中，俘獲二氧化硫（SO2）的基本工藝過程：煙氣進(jìn)入吸收塔后，與吸收劑漿液接觸、進(jìn)行物理、化學(xué)反應(yīng)，最后產(chǎn)生固化二氧化硫的石膏副產(chǎn)品?；竟に囘^程為：

（1）氣態(tài)SO2與吸收漿液混合、溶解

（2）SO2進(jìn)行反應(yīng)生成亞硫根

（3）亞硫根氧化生成硫酸根

（4）硫酸根與吸收劑反應(yīng)生成硫酸鹽

（5）硫酸鹽從吸收劑中分離

用石灰石作吸收劑時(shí)，SO2在吸收塔中轉(zhuǎn)化，其反應(yīng)簡式式如下：

CaCO3+2 SO2+H2O?=Ca（HSO3）2+CO2

在此，含CaCO3的漿液被稱為洗滌懸浮液，它從吸收塔的上部噴入到煙氣中。在吸收塔中SO2被吸收，生成Ca（HSO3）2?，并落入吸收塔漿池中。

當(dāng)pH值基本上在5和6之間時(shí)，?SO2去除率最高。因此，為了確保持續(xù)高效地俘獲二氧化硫（SO2）必須采取措施將PH值控制在5和6之間;為了確保要將PH值控制在5和6之間和促使反應(yīng)向有利于生成2H+和?SO32- 的方向發(fā)展，持續(xù)高效地俘獲二氧化硫（SO2），必須采取措施至少從上面方程式中去掉一項(xiàng)反應(yīng)產(chǎn)物物、消耗氫離子H+，以保持ph值和反應(yīng)物濃度梯度。為達(dá)到這個(gè)目的，在濕法脫硫技術(shù)研究過程中采用：通過加入氧氣使硫酸氫氧化生成硫酸根，降低SO32-;通過加入吸收劑CACO3消耗氫離子H+，維持PH值在5-6之間，同時(shí)使硫酸根與吸收劑反應(yīng)生成硫酸鈣，降低了溶液中硫酸根濃度。

通過鼓入的空氣使亞硫酸氫鈣在吸收塔漿池中氧化成石膏。

Ca（HSO3）2+O2+ CaCO3+3 H2O =2CaSO4.2H2O+CO2

由于漿液循環(huán)使用，漿液中除石灰石外，還含有大量石膏。當(dāng)石膏達(dá)到一定的過飽和度時(shí)（約130%）抽出一部分漿液送往石膏處理站，制成工業(yè)石膏。剩余漿液與新漿循環(huán)漿液混合，使加入的吸收劑充分被利用，并確保晶體的增長。石膏晶體的增長是最終產(chǎn)品處理比較簡單的先決條件。

2.研究背景

近年來，隨著環(huán)保壓力日益增加，國家對燃煤電廠排放要求也逐步提高，在《2011版大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定，在重點(diǎn)地區(qū)，要求煙塵排放濃度<20mg/Nm3，SO2排放濃度<50mg/Nm3，Nox排放濃度<100mg/Nm3;在2014年9月12日三部委規(guī)定的火電廠排放限值（2093號文）東部地區(qū)新建機(jī)組排放限值為煙塵<10mg/Nm3，SO2<35mg/Nm3，NOx<50mg/Nm3，中部地區(qū)原則上接近或達(dá)到、西部地區(qū)接近或達(dá)到上述限值;2015年12月2日李克強(qiáng)總理主持的國務(wù)院常務(wù)會議在全國全面推廣超低排放和世界一流水準(zhǔn)的能耗標(biāo)準(zhǔn)，在2020年前，完成對燃煤機(jī)組全面實(shí)施超低排放和節(jié)能改造。

3.濕法脫硫節(jié)能改造

在此背景下，國內(nèi)燃煤電廠紛紛進(jìn)行節(jié)能改造，以滿足最新排放要求，提高濕法脫硫吸收塔脫硫效率，可以主要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行：其一，提高循環(huán)量，增大“液氣比”，往往采用更換更大流量的循環(huán)泵，或增加噴淋層層數(shù)，為保證漿液停留時(shí)間，需要增加吸收塔漿池容量，提高底部漿池高度，上述方案執(zhí)行下來，往往需要在原吸收塔上面“切兩刀”，并且?guī)砦账倔w強(qiáng)度、吸收塔基礎(chǔ)承載力、相關(guān)煙道加高改造、煙道支架加固等相關(guān)問題;其二，在總體循環(huán)流量不變的情況下，更換效率更高的噴嘴或優(yōu)化噴淋層噴嘴布置，適當(dāng)提高噴淋層截面中部區(qū)域噴嘴密度，避免造成煙氣短路，在吸收塔周邊，由于受到塔壁影響，噴嘴必須離塔壁保持一定距離（否則會對塔壁造成沖刷），這樣周邊噴嘴的覆蓋率往往遠(yuǎn)小于吸收塔中心區(qū)域，即便是加大了周邊噴嘴流量，提高局部噴淋強(qiáng)度，“塔壁效應(yīng)”依然明顯，為減少“塔壁效應(yīng)”影響，通常的做法是在塔壁周圍增加若干ALRD環(huán)（見下圖），ALRD環(huán)一方面能驅(qū)趕塔壁周邊煙氣，避免煙氣短路情況發(fā)生，同時(shí)形成局部擾亂，增加傳質(zhì)，對提高脫硫效率有非常積極作用;其三、增加托盤等高效傳質(zhì)單元，在不改變吸收塔循環(huán)量，不對吸收塔體做大的改動，僅僅增加有限負(fù)荷的情況下，能大幅度提高脫硫效率，但同時(shí)吸收塔阻力也要相應(yīng)的提高。

在實(shí)際工程中，根據(jù)各工程的實(shí)際情況，以上的各種方法單項(xiàng)或組合使用，經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟(jì)評價(jià)，并結(jié)合實(shí)際運(yùn)行情況，選擇最適合的實(shí)施方案，但以上在ALRD環(huán)和托盤同時(shí)存在時(shí)候，往往存在脫硫效率不及設(shè)計(jì)預(yù)期情況，見下列實(shí)例。

北方某660MW機(jī)組脫硫改造，原吸收塔配制四層噴淋層，需經(jīng)過改造滿足最新的排放要求，改造方案為新增三層ALRD環(huán)和兩層托盤，但在改造完成后，初次啟動，脫硫效率比改造前部分提高，但沒有達(dá)到預(yù)期設(shè)計(jì)效率，經(jīng)過后期詳細(xì)測試，原因分析，發(fā)現(xiàn)脫硫系統(tǒng)阻力也比設(shè)計(jì)低750Pa，判斷托盤的效率沒達(dá)到設(shè)計(jì)要求，經(jīng)過詳細(xì)的流場分析，確定原因?yàn)锳LRD環(huán)的存在干擾了托盤的工作狀態(tài)，部分CFD截圖如下：

通過CFD模擬，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)測數(shù)據(jù)，得出結(jié)論為噴淋層周邊噴嘴噴出的漿液，受到ALRD環(huán)的驅(qū)趕和導(dǎo)向作用，使得漿液向塔壁中心集中，導(dǎo)致托盤周邊區(qū)域沒有漿液，從而使得部分煙氣從托盤周邊逃逸，嚴(yán)重影響托盤傳質(zhì)，從而影響吸收塔整體脫硫效率。

根據(jù)上面的原因分析，制定了相應(yīng)的整改方案，其一、修改ALRD環(huán)形式，將原封閉腔體的結(jié)構(gòu)改為密排葉片的形式，保持其在驅(qū)趕煙氣的同時(shí)能使得噴淋層周邊塔壁噴嘴能均勻分布在托盤周邊部位，避免托盤存在“短路”可能。其二、將托盤周邊一定區(qū)域進(jìn)行堵孔，間隙周邊區(qū)域的開孔率，保持托盤周邊煙氣與漿液比例大致與托盤中部一致，強(qiáng)化托盤傳質(zhì)。

上述改進(jìn)措施分別在該電廠兩臺相同660MW機(jī)組上進(jìn)行實(shí)施，啟機(jī)后測試，兩臺機(jī)的的脫硫效率均達(dá)到設(shè)計(jì)預(yù)期，只是后者的吸收塔阻力要大150Pa左右。

結(jié)束語

在2015～2018年燃煤火力發(fā)電廠集中改造過程中，通過上述改進(jìn)措施，成功避免ALRD環(huán)與托盤在脫硫效率上相關(guān)干擾的現(xiàn)象，使得在方案制定過程中有更加優(yōu)化選項(xiàng)，并在多個(gè)項(xiàng)目實(shí)施，取得較好經(jīng)濟(jì)效益。

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