一種砼襯PP材質(zhì)脫硫塔超低排放升級改造技術(shù)

劉宏林，繆云陽，魏后超

（安徽科清環(huán)境工程有限公司南京分公司，江蘇 南京 210000）

1 砼襯PP材質(zhì)脫硫塔改造背景

國內(nèi)氨法脫硫研發(fā)與運(yùn)用開始于上世紀(jì)90年代，經(jīng)過二十余年發(fā)展，涌現(xiàn)出碳鋼襯玻璃鱗片、玻璃鋼、砼襯PP等材質(zhì)。近年來，隨著《煤電節(jié)能減排升級與改造行動計(jì)劃（2014-2020年）》的實(shí)施，需對已有脫硫裝置進(jìn)行升級改造。

現(xiàn)階段氨法脫硫最主要的難點(diǎn)在于氣溶膠的控制，氨法脫硫塔采用多段多循環(huán)工藝從源頭上控制氣溶膠的產(chǎn)生，但由于早期的砼襯PP材質(zhì)脫硫塔大多參考石灰石-石膏法脫硫空塔工藝，與現(xiàn)有主流的氨法多段多循環(huán)工藝技術(shù)差異大，因此砼襯PP材質(zhì)脫硫塔內(nèi)件需要大范圍調(diào)整或需要加高塔體，行業(yè)內(nèi)一般都將原有脫硫塔拆除，在原址新建脫硫裝置，致使業(yè)主方投資費(fèi)用高、建設(shè)時(shí)間長、影響廠區(qū)生產(chǎn)。

2 砼襯PP材質(zhì)脫硫塔內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡介

砼襯PP材質(zhì)脫硫塔以鋼筋混凝土為塔主體，PP薄板為防腐內(nèi)襯的脫硫塔[1]。早期的砼襯PP材質(zhì)脫硫塔大多采用雙塔工藝，兩臺塔串聯(lián)，前端預(yù)洗塔采用硫銨液洗滌對煙氣降溫，后端脫硫塔采用吸收液脫硫，脫硫后的凈煙氣經(jīng)水洗、除霧后排放。

引風(fēng)機(jī)的煙氣從預(yù)洗塔頂部進(jìn)入、中下部流出，通過預(yù)洗塔與脫硫塔之間的聯(lián)通煙道進(jìn)入后端脫硫塔。預(yù)洗塔底部設(shè)有漿池，漿池內(nèi)設(shè)置一層氧化空氣分布器，一層脈沖分布器。預(yù)洗塔配套的洗滌循環(huán)泵將漿池內(nèi)的硫酸銨漿液送往預(yù)洗塔頂部的漿液分布器，該分布器噴出的漿液與進(jìn)塔煙氣順流接觸，一方面能使煙氣降溫，另一方面能利用高溫原煙氣熱焓將預(yù)洗塔內(nèi)的硫酸銨溶液提濃得到硫酸銨漿液。

經(jīng)預(yù)洗、降溫后的煙氣通過聯(lián)通煙道送至脫硫塔中下部，在脫硫塔內(nèi)，煙道入口下方設(shè)有溶液池，煙道入口上方從下到上依次設(shè)置：多層吸收噴淋層、水洗段、除霧段、濕式電除霧器，最終凈煙氣由脫硫塔頂部排出。

脫硫塔底部溶液池內(nèi)設(shè)置一層氧化空氣分布器，一層脈沖分布器。脫硫塔配套的脫硫循環(huán)泵將塔底溶液池中的脫硫液送往脫硫塔中部的多層吸收噴淋層，該分布器噴出的脫硫液與進(jìn)塔煙氣逆流接觸。脫硫后的煙氣進(jìn)一步向上到達(dá)水洗段，利用較干凈的水洗水對脫硫后的煙氣進(jìn)一步洗滌，除去大部分的硫酸（氫）銨、氣溶膠、灰塵等物質(zhì)，最終煙氣經(jīng)除霧后由脫硫塔頂部排出。

3 砼襯PP材質(zhì)脫硫塔工藝存在的不足

3.1 選材方面

砼襯PP材質(zhì)脫硫塔主要在國內(nèi)燃煤鍋爐超低排放實(shí)施之前個別廠家推薦使用，采用該材質(zhì)從塔體強(qiáng)度及內(nèi)防腐角度來說可以滿足要求，但仍然存在一些風(fēng)險(xiǎn)：

（1）內(nèi)襯的PP板之間都是塑料熔融連接，對焊縫接頭要求極高，一旦有焊縫損壞、脫落，有腐蝕性的硫酸銨溶液就會泄露在PP板和水泥外殼之間，且泄露點(diǎn)在外部不易被發(fā)現(xiàn)，當(dāng)混凝土外壁出現(xiàn)滲漏時(shí)，混凝土結(jié)構(gòu)塔體及內(nèi)部鋼筋等已經(jīng)腐蝕損壞，修補(bǔ)比較困難。

（2）若塔內(nèi)因噴頭沖刷損壞內(nèi)襯和混凝土外殼后，需將腐蝕部分切割，重新澆筑混凝土?；炷潦┕?、保養(yǎng)時(shí)間長[2]，影響裝置投用率。

（3）相比于碳鋼襯鱗片材質(zhì)，砼襯PP材質(zhì)脫硫塔內(nèi)防腐PP板更換困難。PP內(nèi)襯為改性聚丙烯材質(zhì)，一面與塔內(nèi)介質(zhì)接觸，另一面焊有一定數(shù)量的錐形鉚固件。施工時(shí)，混凝土部分與PP內(nèi)襯同時(shí)施工，保證錐形鉚固件鑲嵌在混泥土塔體內(nèi)。但由于塔內(nèi)處于高溫、腐蝕、磨蝕的惡劣工況，PP內(nèi)襯使用壽命有限，長期使用后需要更換，混凝土塔體與PP內(nèi)襯的施工工藝決定了其內(nèi)防腐PP板更換困難。

3.2 工藝方面

（1）脫硫塔內(nèi)部濃縮循環(huán)系統(tǒng)與吸收循環(huán)系統(tǒng)沒有徹底分開，會導(dǎo)致濃縮液氧化率不足、吸收液氧化率過量等問題。濃縮液氧化率不足，與高溫?zé)煔饨佑|直接產(chǎn)生氣溶膠，難以控制；吸收液氧化率過量，為保證脫硫效率，需補(bǔ)入過量的脫硫劑，導(dǎo)致吸收循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)氨氣分壓高，造成出口氨逃逸嚴(yán)重。

（2）由于工藝存在不足，常規(guī)改造需要拆除大量脫硫塔內(nèi)件并重新設(shè)置。新增的管口、梯子平臺等預(yù)埋件需與混凝土塔體內(nèi)的鋼筋植在一起，這就要將預(yù)埋件部分混凝土掏空，露出混凝土塔內(nèi)的鋼筋，待施工結(jié)束后再澆筑混凝土。而氨法脫硫塔梯子、平臺比較密集，大量掏空混凝土塔體，露出脫硫塔鋼筋部分，安全隱患極大。

（3）預(yù)洗塔與脫硫塔之間聯(lián)通煙道內(nèi)的流速過高。在設(shè)計(jì)工況下，預(yù)洗塔內(nèi)煙氣流速約4.5 m/s，煙氣與漿液分布器噴出的漿液接觸時(shí)間不足2 s，導(dǎo)致煙氣降溫、洗塵不徹底；煙氣在預(yù)洗塔與脫硫塔之間聯(lián)通煙道內(nèi)的流速約8 m/s，停留時(shí)間小于1 s。在上述流速下，大量預(yù)洗塔內(nèi)漿液被帶入后端脫硫塔內(nèi)。一方面大量硫酸銨、氣溶膠進(jìn)入脫硫塔，導(dǎo)致吸收液氧化率升高，影響脫硫效率，排放指數(shù)超標(biāo)；另一方面有氣液夾帶，大量煙氣帶來的灰塵進(jìn)入脫硫塔，也會導(dǎo)致出口顆粒物超標(biāo)。

綜上，砼襯PP材質(zhì)脫硫塔雖然存在不足之處，但出于節(jié)省投資、縮短建設(shè)周期、降低對生產(chǎn)影響等目的，有必要對已有砼襯PP材質(zhì)脫硫塔進(jìn)行改造，使其達(dá)到超低排放標(biāo)準(zhǔn)。

4 砼襯PP材質(zhì)脫硫塔超低排放升級改造工藝及技術(shù)

（1）在預(yù)洗塔內(nèi)，新增一層濃縮噴淋層，保證噴淋覆蓋率，提升煙氣洗滌、降溫效果。

（2）由于預(yù)洗塔及聯(lián)通煙道內(nèi)煙氣流速過快，并且預(yù)洗塔內(nèi)氣液順流、聯(lián)通煙道內(nèi)煙氣流速比預(yù)洗塔更大，因此會有更多的硫酸銨溶液帶入脫硫塔內(nèi)。在脫硫塔下部設(shè)置隔板，隔板頂標(biāo)高與聯(lián)通煙道底板頂標(biāo)高、坡度一致；在脫硫塔內(nèi)聯(lián)通煙道入口處上部設(shè)置一層平板式除霧器，配套水沖洗裝置。由于脫硫塔塔徑比預(yù)洗塔大得多，當(dāng)煙氣進(jìn)入脫硫塔后，氣速降低，同時(shí)由于除霧器的作用，將煙氣中大部分液滴去除，落到脫硫塔內(nèi)隔板上，依次順著隔板、聯(lián)通煙道流向預(yù)洗塔漿池內(nèi)。改造后，預(yù)洗塔、聯(lián)通煙道、脫硫塔內(nèi)隔板至平板除霧器之間可作為整套脫硫裝置的濃縮循環(huán)系統(tǒng)使用。

（3）在脫硫塔平板除霧器上部、吸收液最下層噴淋層下部設(shè)置一層積液器，現(xiàn)有噴淋層利舊或改造，保證吸收循環(huán)量、噴淋覆蓋率即可。脫硫塔內(nèi)隔板下方漿池作為吸收液緩沖槽使用，吸收液經(jīng)噴頭噴出后，落到吸收噴淋下方的積液器上，通過回流回到脫硫塔隔板下方的吸收液緩沖槽內(nèi)。

（4）在脫硫塔水洗段，現(xiàn)有水洗噴淋層利舊或改造，保證水洗循環(huán)量、噴淋覆蓋率即可，在水洗噴淋層下方增設(shè)填料，增強(qiáng)氣液傳質(zhì)，保證水洗水對脫硫后煙氣的洗滌凈化效果。填料采用金屬材質(zhì)。

（5）由于目前脫硫裝置對脫硫塔出口煙氣有霧滴濃度要求，因此對除霧器要求也越來越高。建議將原有平板式除霧器更換為多級屋脊式除霧器，增強(qiáng)除霧效果，也可起去除顆粒物的作用。

（6）對于塔頂有濕式電除霧器的項(xiàng)目，除霧器可利舊，當(dāng)前端煙氣出現(xiàn)極端情況時(shí)（比如除塵器故障，煙氣超溫等），濕式電除霧器可臨時(shí)開啟，保證在惡劣工況下的達(dá)標(biāo)排放。

（7）針對預(yù)洗塔、聯(lián)通煙道、脫硫塔煙氣流速超速問題，為保證達(dá)標(biāo)排放，需控制進(jìn)塔煙氣量，降低塔內(nèi)氣速，防止氣液夾帶，保證塔出口顆粒物達(dá)標(biāo)排放。

5 脫硫塔改造示意圖及各主要部件

脫硫塔改造示意如圖1所示。

圖1 脫硫塔改造示意

6 結(jié)語

使用上述升級改造技術(shù)，避免了將現(xiàn)有脫硫塔拆除、在原址新建脫硫裝置，同時(shí)也解決了施工難度大、風(fēng)險(xiǎn)大等問題，降低了業(yè)主方投資費(fèi)用、縮短了施工周期、減輕了對生產(chǎn)的影響。更重要的是，該升級改造技術(shù)可從源頭上控制氣溶膠的產(chǎn)生，改造實(shí)施后，裝置可以穩(wěn)定達(dá)標(biāo)運(yùn)行，排放的煙氣滿足超低排放指標(biāo)要求，達(dá)到了改造目的。因此，在目前市場背景下值得大力推廣應(yīng)用。