600MW燃煤機(jī)組濕法脫硫裝置節(jié)能環(huán)保改造與分析

文_呂璐 中鋼集團(tuán)天澄環(huán)?？萍脊煞萦邢薰?/p>

1 脫硫裝置基本情況

該脫硫裝置采用托盤塔，超低排放改造要求為：脫硫裝置按照校核煤種工況下即入口SO2濃度按2028mg/Nm3（標(biāo)態(tài)，干基，6%O2）設(shè)計，出口排放SO2濃度達(dá)超低水平。同時，脫硫裝置應(yīng)具備負(fù)荷調(diào)節(jié)出力，來滿足機(jī)組燃煤硫含量的變化。改造方案如下：

①新增1 層噴淋層及循環(huán)泵。增加1 層噴淋層，新增1 臺漿液循環(huán)泵，改造后總漿液循環(huán)量達(dá)到27524m3/h。

②更換原有托盤。增加循環(huán)量后，吸收塔阻力增加，因此更換了托盤（開孔率36%，孔徑37mm）。

③新增3 層增效環(huán)。在托盤層、第一層噴淋層、第二層噴淋層上部1m 位置增設(shè)了增效環(huán)。

從DCS 中調(diào)取了超低排放改造后脫硫裝置的運(yùn)行數(shù)據(jù)：脫硫系統(tǒng)在漿液循環(huán)泵4臺運(yùn)行情況下，主機(jī)負(fù)荷在598M ～600MW，運(yùn) 行pH 值 為6，入 口SO2含 量 在1400 ～1550mg/m3時，出口SO2含量可達(dá)到在28mg/m3時。因此，超低排放改造后，脫硫裝置二氧化硫脫除能力有所提升，但還未達(dá)到設(shè)計值。

2 脫硫性能診斷結(jié)果

2.1 總漿液循環(huán)量

總漿液循環(huán)量核算是指依據(jù)傳質(zhì)理論，將入口二氧化硫濃度等煙氣參數(shù)和吸收塔配置方案作為輸入條件，計算出吸收塔所需的總漿液循環(huán)量，用來評價脫硫裝置的脫硫能力。

2.1.1 理論總漿液循環(huán)量核算結(jié)果

改造后，脫硫塔配置為1 層托盤（36%開孔率，37mm 孔徑），4 層循環(huán)泵（6881m3/h），漿液循環(huán)總量為27524m3/h。按照脫硫裝置入口SO2濃度按2028mg/Nm3（標(biāo)態(tài)，干基，6%O2）進(jìn)行核算。核算結(jié)果為理論總漿液循環(huán)量需要33524m3/h。

2.1.2 實(shí)際運(yùn)行情況下核算結(jié)果

改造后，脫硫系統(tǒng)在漿液循環(huán)泵四臺運(yùn)行情況下，主機(jī)負(fù)荷587M ～608MW，運(yùn)行pH 值5.7 ～6，總漿液循環(huán)量為27524m3/h 時，使吸收塔出口排放SO2濃度不大于35mg/m3時，此時入口SO2含量只能在1000 ～1450mg/m3范圍內(nèi)。

從核算結(jié)果可知，現(xiàn)設(shè)計的總漿液循環(huán)總量小于理論核算量，而實(shí)際運(yùn)行時發(fā)現(xiàn)在該循環(huán)量下，只能將濃度為1000 ～1450mg/m3的SO2，脫除至超低排放水平以下。因此，該吸收塔的總漿液循環(huán)總量設(shè)計偏小，導(dǎo)致吸收塔脫硫能力不夠。

2.2 托盤

托盤在塔內(nèi)起強(qiáng)化傳質(zhì)、均勻流場的作用。托盤的孔徑由原設(shè)計35mm 增大為37mm 會降低托盤的持液能力而導(dǎo)致托盤的二氧化硫吸收功能降低。

在相同條件下，持液層的高低影響了托盤的阻力，從而影響了托盤對二氧化硫的強(qiáng)制吸收效果，可以用SO2脫除效率的貢獻(xiàn)值來評價。經(jīng)計算可知，托盤的開孔率從32%改為37%，而導(dǎo)致托盤阻力由607Pa降低到440Pa， SO2貢獻(xiàn)的效率值降低了12%。

2.3 噴淋層

2.3.1 噴淋層噴嘴均勻度

本項(xiàng)目設(shè)置了4 層噴淋層，每層噴淋層設(shè)置有132 個噴嘴，噴嘴型式為旋轉(zhuǎn)空心錐、單頭霧化角度90°，經(jīng)計算單層噴淋層的均勻度為83.6%，設(shè)計偏低。噴嘴設(shè)計中間距過大距離超過1.5m，形成了明顯的覆蓋率不足區(qū)域；而噴淋層梁附近噴嘴間距過小，噴淋密度過大。

2.3.2 噴淋層的泄漏率

噴淋層的泄漏率也是評價噴嘴噴淋后在吸收塔截面上的覆蓋效果，超低排放要求100%覆蓋。經(jīng)核算，噴淋層布置中有明顯的泄露區(qū)域泄漏率為1.6%。

通過開塔，觀察出噴淋層在安裝和霧化方面存在問題。

①噴嘴安裝存在高度差。靠近梁的噴嘴做了下沉處理，遠(yuǎn)離梁的噴嘴未下沉，高度差約為500mm，會導(dǎo)致煙氣側(cè)向泄露。

②噴嘴霧化效果差。由于噴嘴堵塞等原因，會導(dǎo)致噴嘴霧化效果差的情況。

③噴嘴霧化角度小。噴嘴的品質(zhì)或噴嘴磨損后，會導(dǎo)致噴嘴霧化角度偏小。

2.4 增效環(huán)

增效環(huán)是指在吸收塔的周圍增加一層環(huán)狀結(jié)構(gòu)，一般設(shè)置在噴淋層之間，作用是強(qiáng)制煙氣向塔中部分布，增加煙氣與噴淋的接觸概率，消除塔璧高速煙氣，而造成的煙氣逃逸問題。

該脫硫裝置在托盤與第1層噴淋層之間設(shè)置了增效環(huán)。通過對吸收塔數(shù)值流場模擬分析發(fā)現(xiàn)在托盤上設(shè)置增效環(huán)后，會使托盤周邊存在無漿液區(qū)，會導(dǎo)致氣流-漿液在此區(qū)域無接觸，引起煙氣逃逸使托盤部分失效，從而影響脫硫效率。鑒于以上原因，在托盤塔超低排放設(shè)計中，應(yīng)取消托盤上部的增效環(huán)。

2.5 診斷結(jié)果小結(jié)

2.5.1 脫硫出力設(shè)計問題

提高漿液循環(huán)總量（即液氣比），可以大大的提高吸收塔的脫硫出力，但相反的會造成循環(huán)泵設(shè)計過大，會造成投資和運(yùn)行增高。因此，選擇經(jīng)濟(jì)、合適的漿液循環(huán)總量是關(guān)鍵。

2.5.2 托盤設(shè)計問題

增加托盤一方面可以強(qiáng)制二氧化硫吸收，另一方面可以均勻流場，使煙氣與漿液均勻接觸。此外，增加托盤還可以防止噴淋層、噴嘴、除霧器葉片、防腐鱗片等掉落吸收塔漿池區(qū)，從而保護(hù)漿液循環(huán)泵。

2.5.3 煙氣短路問題

消除煙氣短路問題可以從噴淋層、噴嘴、增效環(huán)設(shè)計等方面入手。噴淋層噴嘴應(yīng)均勻布置，噴嘴應(yīng)同一下沉布置在同一水平面。對于托盤塔而言，在托盤上部位置增設(shè)增效環(huán)會影響托盤的持液效果，從而影響托盤的脫硫效能。

3 改造效果

3.1 改造方案

由于僅有15 天改造時間，本次改造的重點(diǎn)為提高二氧化硫強(qiáng)制吸收能力和消除煙氣短路問題。

3.1.1 更換托盤

提高托盤強(qiáng)制吸收SO2能力，經(jīng)核算將原托盤更換為開孔率32%、孔徑為35mm 的托盤。

3.1.2 噴淋層調(diào)整

噴嘴重新布置，單層噴淋層的噴嘴的個數(shù)由原來的132 個增加到140 個。同時，噴嘴下沉450mm，布置在同一水平面上，保證噴淋完全覆蓋整個吸收塔截面。

3.1.3 增效環(huán)調(diào)整

鑒于托盤塔中，托盤上方的增效環(huán)會影響托盤的持液效果，因此，將托盤與首層噴淋層之間的增效環(huán)拆除。

3.2 運(yùn)行效果

改造后，脫硫系統(tǒng)在漿液循環(huán)泵三臺運(yùn)行情況下，主機(jī)負(fù)荷579MW，運(yùn)行pH 值5.8，入口SO2含量1600mg/m3時，出口SO2含量可達(dá)32mg/m3，脫硫效率98.0%。

脫硫系統(tǒng)在漿液循環(huán)泵四臺運(yùn)行情況下，主機(jī)負(fù)荷608MW，運(yùn)行pH 值5.7，入口SO2含量1910mg/m3時，出口SO2含量可達(dá)30mg/m3，脫硫效率98.8%。

通過對托盤、噴淋層、噴嘴的改造可見，提高二氧化硫強(qiáng)制吸收效果和消除煙氣短路這兩個方面是提高吸收塔的脫硫出力的關(guān)鍵。

3.3 經(jīng)濟(jì)性分析

以設(shè)計工況參數(shù)為基準(zhǔn)，運(yùn)行時間按8000h/a 計，經(jīng)過改造后：①二氧化硫減排總量。經(jīng)計算，脫硫裝置的入口二氧化硫由1500mg/Nm3提高到1900mg/Nm3，每年可實(shí)現(xiàn)多二氧化硫多減排480t/h。②脫硫裝置的運(yùn)行費(fèi)用。脫硫裝置可長期3 臺泵運(yùn)行，每年可節(jié)約脫硫劑、水耗、電耗的總費(fèi)用為109.3萬元。

4 結(jié)語

為解決600MW 燃煤機(jī)組石灰石-石膏法濕法脫硫裝置經(jīng)超低提效改造后脫能耗高、污染物總量減排量低的問題，通過性能診斷確定總漿液循環(huán)量、托盤、噴淋層布置、噴嘴、增效環(huán)等因素是主要原因。

吸收塔經(jīng)改造后，提高了吸收塔的二氧化硫脫除能力，通過調(diào)整吸收塔噴淋層開啟層數(shù)來應(yīng)對燃煤硫負(fù)荷的變化。減少了二氧化硫總排放量，每年可多減排二氧化硫480t/h。降低了系統(tǒng)運(yùn)行能耗，每年可節(jié)約石灰石、水、電耗總運(yùn)行費(fèi)用109.3萬元。