某電廠脫硫吸收塔湍流器技術(shù)改進(jìn)研究

張 巖

（山西興能發(fā)電有限責(zé)任公司，山西 太原 030206）

引言

國家發(fā)改委、能源局、環(huán)保部發(fā)布《煤電節(jié)能減排升級(jí)與改造行動(dòng)計(jì)劃（2014 年—2020 年）》（發(fā)改能源（2014）2093 號(hào)）文件，對(duì)火電機(jī)組排放量提出了新標(biāo)準(zhǔn)。煙氣中含塵量、二氧化硫質(zhì)量濃度、氮氧化物質(zhì)量濃度（基準(zhǔn)含氧量為6.0%）要求不超過5 mg/m3、35 mg/m3、50 mg/m3。成為燃煤鍋爐低碳節(jié)能生產(chǎn)水平的新標(biāo)桿[1]。

雖然近年來有大量文獻(xiàn)研究了如何改造脫硫設(shè)備來達(dá)到國家對(duì)排放的新要求。如，改造除霧器和噴淋系統(tǒng)，來增大脫硫效率；調(diào)整運(yùn)行參數(shù)，來提高脫硫效率；從增大各輔助設(shè)備功率方面入手，來提高脫硫效率。但是隨著煤價(jià)日益增高，煤質(zhì)日益變差，對(duì)于一些經(jīng)費(fèi)緊張或不具備大型改造條件的機(jī)組,本研究可作參考。

1 某電廠脫硫煙氣系統(tǒng)簡(jiǎn)介

該電廠脫硫煙氣系統(tǒng)主要由湍流器、噴淋層、管束式除霧器3 部分塔內(nèi)核心組件組成。順著煙氣流向由下至上分別裝設(shè)湍流器（約在16 m）、5 層噴淋層（約在18 m～26 m）、管束式除霧除塵器（約在29 m～31.5 m）。

基于空氣體動(dòng)力學(xué)的原理，煙氣從底部高速流入吸收塔，在湍流器和噴淋層之間產(chǎn)生一個(gè)由氣、液、固三相構(gòu)成的強(qiáng)湍流空間。在三相湍流的作用下，噴淋層噴出的液固相在噴淋層噴嘴出口被攜帶或打散成直徑很小的漿液滴。同時(shí)，漿液滴也在包裹煙氣或游離成小氣泡狀。煙氣經(jīng)過噴淋層后，其中的硫化物絕大部分已被吸收，煙氣氣相中攜帶的微小漿液滴進(jìn)入除霧器，與除霧器內(nèi)壁撞擊后湮滅[2]。

2 某電廠湍流器存在的設(shè)備問題及原因

2.1 氣流擾動(dòng)不足

湍流子中部為實(shí)心構(gòu)造，煙氣阻力較大，致使上部傳質(zhì)傳熱效率不能最大化。葉片及角度設(shè)計(jì)比較老舊保守，效率雖然不低但是已無法滿足日益變差的煤質(zhì)和機(jī)組長(zhǎng)期高負(fù)荷運(yùn)行。

2.2 材料易發(fā)生腐蝕

原湍流器外殼（Q235）包裹湍流子（316L）架設(shè)在吸收塔鋼梁（Q235）上，從2009 年投產(chǎn)到2019年，多次發(fā)生鋼梁與湍流器被腐蝕穿孔，導(dǎo)致漿液灌入湍流器及鋼梁內(nèi)部的情況，每次只能補(bǔ)焊后簡(jiǎn)單用玻璃布做防腐包裹，無法根除此隱患。超過吸收塔原設(shè)計(jì)的自重載荷，有地基沉降的風(fēng)險(xiǎn)。

2.3 內(nèi)襯易脫落或變型

湍流子及框架外包有一層防腐耐磨內(nèi)襯（聚四氟乙烯），在煙氣沖刷及長(zhǎng)期氣流擾動(dòng)和漿液沖刷下，經(jīng)常有變形、開裂的現(xiàn)象，會(huì)嚴(yán)重影響通流面積，增加機(jī)組檢修工作量。

3 改造方案

根據(jù)以上缺陷，該電廠制定了相應(yīng)的改造方案，首先外形選用一種葉片中部帶導(dǎo)流裝置的整體框架式湍流器，如圖1 所示。

圖1 新湍流器示意圖

3.1 鋼材的選擇

實(shí)踐證明普通碳鋼包裹防腐材料的形式不能保證長(zhǎng)期沖刷作用下鋼材不被腐蝕，所以鋼材要選擇熱膨脹系數(shù)低、韌性好的不銹鋼。

鋼材初步定在2205 雙相不銹鋼和316L 不銹鋼之間選取。

化學(xué)性能方面，2205 不銹鋼的鉻含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，22%）、氮（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，0.18%）及鉬含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，3%）,說明其抗腐蝕的性能在大多數(shù)條件下優(yōu)于316L 不銹鋼[3]。物理性能方面，2205 不銹鋼的熱膨脹系數(shù)更低，屈服強(qiáng)度比316L 不銹鋼高一倍多，且采用2205 雙相不銹鋼制造的壓力容器壁厚要比316L 不銹鋼減少30%～50%，有利于降低成本[4]。最終湍流器材料選定2205 雙相不銹鋼。

3.2 湍流器的改造

定做新湍流器（2205）模塊，外徑Φ1 040 mm 模塊208 件，外徑Φ800 mm 模塊14 件。

在吸收塔底部搭設(shè)腳手架至湍流器鋼梁下1.5 m處，將原湍流器人孔整體拆掉并擴(kuò)大人孔門至（4 000 mm×2 000 mm），將舊湍流器使用等離子切割分割后移出，再將鋼梁切割后拆除。然后按圖紙安裝新的鋼梁（Q235B），鋼梁跟塔壁連接附近新增加部分（Q235B）短支撐鋼梁，且所有支撐梁外都要覆蓋一層2205 不銹鋼護(hù)板，護(hù)板要保證頂面平整，連接部位必須滿焊保證防腐要求。6 根主支撐梁穿出塔壁外部要安裝加強(qiáng)筋（Q235B），如圖2 所示。

圖2 改造后承重鋼梁圖

鋼梁防腐做好驗(yàn)收后開始按圖3 所示位置組裝湍流器，湍流器模塊間使用2 mm×35 mm 壓條覆蓋后焊接（此位置可使用焊絲鎢極氬弧焊和不銹鋼焊條電弧焊間斷焊），焊后防腐噴涂。

圖3 湍流器模塊總裝圖

湍流器邊緣封板與塔壁連接處，湍流器模塊及壓塊、壓板之間以及邊緣封板與湍流器封板需緊密貼合，盡量不留間隙并滿焊連接。

防腐施工需要在焊接驗(yàn)收之后再開始，因?yàn)槿绻惭b的底材處理不徹底，與塔壁或鋼梁連接部位就可能存在漏焊、焊縫咬邊、砂眼等缺陷，將會(huì)造成防腐涂料黏合強(qiáng)度不夠等問題。防腐施工需要在端面、連接面及拐角處使用玻璃布增強(qiáng)等補(bǔ)償措施。（此類位置應(yīng)力集中及鱗片排列不平行，容易發(fā)生腐蝕）。

4 改造前、后各運(yùn)行參數(shù)對(duì)比

利用管束式除霧器差壓表進(jìn)口和吸收塔溢流管的呼吸口可測(cè)定湍流器阻力約為550 Pa（鍋爐風(fēng)壓實(shí)驗(yàn)時(shí)，實(shí)驗(yàn)測(cè)得），原湍流器大概700 Pa。

改造前、后機(jī)組滿負(fù)荷時(shí)出口含硫量變化如表1。

表1 湍流器改造前、后脫硫煙氣系統(tǒng)幾項(xiàng)重要參數(shù)對(duì)比

580 MW 即機(jī)組高峰期的平均負(fù)荷，煤質(zhì)一般時(shí)，SO2質(zhì)量濃度在5 000 mg/m3左右，脫硫效率在改造后提升了0.11%；煤質(zhì)略差，含硫量在6 800 mg/m3左右時(shí)，脫硫效率也同樣提升了0.11%。表1 證明了湍流器改造之后脫硫系統(tǒng)能穩(wěn)定且高效的脫除煙氣中的SO2。

在偶發(fā)極端條件下，此脫硫系統(tǒng)依然能將SO2排放濃度控制在30 mg/m3以內(nèi)。改造前，煤質(zhì)最差條件下，脫硫入口SO2的質(zhì)量濃度達(dá)到7890 mg/m3時(shí)，排放的SO2質(zhì)量濃度折算值已達(dá)到超標(biāo)的臨界值33.55 mg/m3。改造后，煤質(zhì)最差的條件下，脫硫入口SO2的質(zhì)量濃度達(dá)到7 900 mg/m3時(shí)，排放的SO2質(zhì)量濃度折算值僅28 mg/m3。

5 結(jié)語

該研究結(jié)果證明了此類型湍流器，不但能夠很好地適應(yīng)負(fù)荷變化時(shí)煙氣的流速變化，而且還能在極端高負(fù)荷時(shí)保證脫硫效率。設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定、可靠、質(zhì)量輕、結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定。加大煙氣擾動(dòng)的同時(shí)，減少了差壓。

對(duì)比運(yùn)行數(shù)據(jù)后發(fā)現(xiàn)，改造前機(jī)組遇到煤質(zhì)較差的情況時(shí)，脫硫效果較差，勉強(qiáng)能維持不超標(biāo)；改造后，距離排放超標(biāo)還有很大余量。

本研究對(duì)機(jī)組改動(dòng)較少，脫硫增效較大，對(duì)于一些空間利用率較低或經(jīng)費(fèi)緊張的小電廠或老舊機(jī)組脫硫增效改造，有著指導(dǎo)意義。