多種提效技術(shù)在燃煤煙氣濕法脫硫工藝中的應(yīng)用

勝利國電(東營)熱電有限公司 丁厚東

勝利發(fā)電廠石天佐 張攝

摘要：本文通過技術(shù)對比篩選，結(jié)合原脫硫系統(tǒng)的實(shí)際情況，采用多種提效技術(shù)分別對220MW、300MW、660MW機(jī)組進(jìn)行了脫硫提效改造。改造后系統(tǒng)運(yùn)行可靠，脫硫效率提高到99.4%以上，脫硫出口S02濃度達(dá)到了30mg/Nm3以下。

關(guān)鍵詞：脫硫提效;噴淋空塔;單塔雙循環(huán);雙塔雙循環(huán);持液托盤

引言

一期2×220MW機(jī)組原脫硫系統(tǒng)采用石灰石一石膏濕法脫硫工藝，兩爐一塔配置。二期2×300MW機(jī)組脫硫系統(tǒng)采用石灰石一石膏濕法脫硫工藝，一爐一塔配置。在燃用煤種設(shè)計硫份Sar為1.8%，F(xiàn)GD入口S02濃度3885mg/ Nm3時，設(shè)計脫硫效率大于95%，出口S02濃度限值400mg/Nm3。三期1x 660MW機(jī)組，采用石灰石一石膏濕法、一爐兩塔噴淋空塔脫硫裝置，兩座吸收塔的處理能力為一臺爐100%BMGR工況時的煙氣量，設(shè)計脫硫效率不低于98,1%。脫硫設(shè)計煤種硫份2.2%、最大硫份2.5%，F(xiàn)GD入口為S02濃度5122 mg/ Nm3，設(shè)計脫硫出口S02濃度97mg/ Nm3似下。

脫硫提效改造設(shè)計燃煤含硫量2.0%，入口二氧化硫濃度為4750 mg/Nm3，改造提效后要求脫硫效率不低于99.4%，出口S02排放濃度不大于30mg/Nm3。

1國內(nèi)脫硫技術(shù)的研究對比

國內(nèi)各個廠家環(huán)保公司對各自技術(shù)進(jìn)行了升級開發(fā)，分別提出了新型的脫硫技術(shù)。其中有代表性的技術(shù)有沸騰托盤塔技術(shù)、單塔雙循環(huán)技術(shù)、湍流技術(shù)、雙塔雙循環(huán)技術(shù)及旋匯耦合脫硫技術(shù)等。

沸騰托盤塔技術(shù)。煙氣通過單托盤、雙托盤和異形開孔托盤裝置，可以均布塔內(nèi)流場，降低煙氣流速，增加煙氣在塔內(nèi)的停留時間，同時在托盤層漿液形成沸騰液面，煙氣經(jīng)過液膜可以去除細(xì)微粉塵，完成一級脫硫除塵;煙氣經(jīng)過高效噴淋層，通過噴淋主管和支管的預(yù)組裝提高噴淋的精度，通過高性能噴嘴將漿液粒徑降低30%，提高漿液覆蓋面積，通過增加增效環(huán)，減少煙氣逃逸，實(shí)現(xiàn)S02的深度脫除，以確保S02的超低排放。

煙氣湍流技術(shù)。煙氣由下至上通過湍流裝置得以整流，使其在吸收塔斷面流動均勻，避免了入口煙氣偏流和短路現(xiàn)象，使得煙氣均勻通過吸收塔噴淋區(qū)，保證脫硫裝置在比較穩(wěn)定的狀態(tài)下運(yùn)行;煙氣在經(jīng)過湍流裝置時，會在管束間交替收縮和擴(kuò)張的彎曲通道中流動，在管束間產(chǎn)生強(qiáng)烈的湍流和渦流作用，強(qiáng)化了煙氣對漿液的擾動，提高了氣液傳質(zhì)系數(shù)，使煙氣與漿液接觸更加充分，從而使脫硫效率得到提高;由于湍流層上方會產(chǎn)生持液層，下方煙氣以鼓泡形式通過持液層，液相和液相可以更加充分的接觸，極大增加氣液傳質(zhì)面積，有效降低液氣比，從而降低循環(huán)泵電耗。同樣由于湍流層漿液形成沸騰液面，煙氣經(jīng)過液膜可以去除細(xì)微粉塵，完成一級脫硫除塵，從而實(shí)現(xiàn)S02的超低排放。

單塔雙循環(huán)技術(shù)。將氧化區(qū)和吸收區(qū)分別布置，煙氣通過時進(jìn)行了兩次S02脫除過程，經(jīng)過了兩級漿液循環(huán)(所以叫雙循環(huán))，兩級循環(huán)分別設(shè)有獨(dú)立的循環(huán)漿池，噴淋層，根據(jù)不同的功能，每級循環(huán)具有不同的運(yùn)行參數(shù)。可以通過控制塔內(nèi)和塔外漿池不同的PH值，實(shí)現(xiàn)高效去除效率。由于所有噴淋層布置在一座吸收塔內(nèi)，所以稱之為單塔雙循環(huán)。

煙氣首先經(jīng)過一級循環(huán)，石灰石漿液在吸收7塔下部噴淋層與吸收塔漿池之間循環(huán)。此級循環(huán)的脫硫效率一般在30—70%，循環(huán)漿液PH控制在4.6~5，漿液停留時間在5分鐘，此級循環(huán)的主要功能是保證優(yōu)異的亞硫酸鈣氧化效果和充足的石膏結(jié)晶時間，在酸性環(huán)境下PH=4.5時，氧化效率是最高的。經(jīng)過一級循環(huán)的煙氣向上進(jìn)入二級循環(huán)，石灰石漿液在吸收塔上部噴淋層與塔外漿池之間循環(huán)。上部噴淋層噴淋下來的液體，由布置于上下部噴淋層之間的漿液碗狀收集裝置自流回到塔外漿池。此級循環(huán)實(shí)現(xiàn)主要的脫硫煙氣中二氧化硫洗滌過程，由于不用考慮氧化結(jié)晶的問題，所以PH可以控制在非常高的水平，達(dá)到5.8~ 6.4，這樣可以大大降低循環(huán)漿液循環(huán)漿液量。并因其PH較高，對二氧化硫脫除啟動濕法有顯著的效率。

雙塔雙循環(huán)技術(shù)。雙循環(huán)技術(shù)源于德國，其目的是解決單吸收塔濕法脫硫的一個矛盾。濕法脫硫的反應(yīng)分為兩個階段，即吸收階段和氧化階段，在SO2的吸收階段要求PH值越高吸收效果越好。而在CaHS03的氧化階段，要求PH值越低氧化效果越好。但是在同一個吸收塔漿液池肉，無法二者兼顧，因此雙循環(huán)技術(shù)在吸收塔外男設(shè)一個罐體用于S02的吸收，而吸收塔漿液池則負(fù)責(zé)氧化，這與龍凈的雙分區(qū)技術(shù)異曲同工。

雙塔雙循環(huán)技術(shù)其實(shí)是將輔助罐體升級為吸收塔，利用雙循環(huán)技術(shù)，同時設(shè)置噴淋層和除霧器，使雙循環(huán)的脫硫和除塵效果進(jìn)一步增強(qiáng)。雙塔雙循環(huán)的占地和輔機(jī)增設(shè)要求很大，不適合布置比較緊湊的電廠，且輔機(jī)增設(shè)較多，運(yùn)營成本高。

旋匯耦合脫硫技術(shù)。煙氣通過旋匯耦合裝置與漿液產(chǎn)生可控的湍流空間，提供了氣液固三相傳質(zhì)速率，完成一級脫硫除塵，同時實(shí)現(xiàn)了快速降溫與煙氣均布，煙氣繼續(xù)經(jīng)過高效噴淋系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)S02的深度脫除及粉塵的二次脫除。

2改造技術(shù)方案

結(jié)合機(jī)組原有脫硫裝置的設(shè)計工藝、改造場地條件及提效改造的設(shè)計目標(biāo)，在盡量利用原有脫硫裝置的系統(tǒng)設(shè)備為原則的前提下，確定改造工藝為石灰石一石膏濕法脫硫工藝;其中220MW機(jī)組的抖1機(jī)脫硫提效采用噴淋空塔方案，#2機(jī)采用單塔雙循環(huán)方案，300MW機(jī)組的#3、#4機(jī)采用雙塔雙循環(huán)方案，660MW機(jī)組的5號機(jī)采用塔內(nèi)增設(shè)單托盤技術(shù)方案。

2.1噴淋空塔方案

社1機(jī)組改造采取一爐一塔方案設(shè)計，原吸收塔作為#1機(jī)組脫硫裝置吸收塔.根據(jù)前文分析可知，原吸收塔為滿足單臺機(jī)組二氧化硫排放濃度為lOOmg/Nm3的要求，需進(jìn)行適當(dāng)擴(kuò)容改造，具體改造方案為塔漿液循環(huán)系統(tǒng)新增一層漿液噴淋層，循環(huán)漿液量為6000rri3/h，塔體相應(yīng)加高改造1.8m。

2.2單塔雙循環(huán)方案

#2號機(jī)組改造采用單塔雙循環(huán)工藝，新建2號機(jī)吸收塔和一座AFT漿池，共計5層噴淋，設(shè)置5臺循環(huán)泵(新增)。設(shè)置4臺石膏排漿泵，2臺石膏旋流器，4臺石膏濃漿輸送泵，3臺氧化風(fēng)機(jī)由羅茨風(fēng)機(jī)擴(kuò)容更換為單級高速離心風(fēng)機(jī)，新增兩臺石灰石漿液泵和1臺工藝水泵。壓縮空氣、工業(yè)水等公用系統(tǒng)管網(wǎng)改造。

2.3雙塔雙循環(huán)方案

結(jié)合本項(xiàng)目的實(shí)際布置情況，在原有水平煙道拆除后的空地上新建二級塔，將原有吸收塔作為一級塔，新增兩塔之間的連接煙道。

二級塔塔徑為13.1m，為保證整個脫硫裝置的安全可靠性，設(shè)置三層噴淋層，每層噴淋層流量為4200r_r_i3/h，吸收塔設(shè)置單層攪拌，單層設(shè)置3臺攪拌器用于漿池攪拌，設(shè)置除霧器，設(shè)置兩臺排漿泵。

為了減少石膏雨現(xiàn)象，新建二級塔設(shè)置兩級屋脊式除霧器加一級管式除霧器，設(shè)置四層沖洗，在設(shè)計工況下，除霧器出口液滴攜帶量不大于75mg/III3(標(biāo)態(tài)，千基，6%02]。

原吸收塔除霧器為兩級屋脊式除霧器，采用雙塔雙循環(huán)改造工藝后，為保證吸收塔系統(tǒng)的水平衡得到有效的控制且避免一、二級吸收塔之間連接煙道的石膏堆積現(xiàn)象，本次改造拆除原塔第二級除霧器及配套沖洗水系統(tǒng)，保留第一級除霧器及沖洗水系統(tǒng)，減少吸收塔系統(tǒng)的除霧器水耗。

將原3臺氧化風(fēng)機(jī)由羅茨風(fēng)機(jī)擴(kuò)容更換為單級高速離心風(fēng)機(jī)，作為兩臺機(jī)組原脫硫吸收塔的氧化風(fēng)機(jī)，兩臺二級塔新增3臺單級高速離心風(fēng)機(jī)。

2.4增設(shè)單托盤方案

內(nèi)置托盤可以提高脫硫效率2%左右，且不需要增加額外的系統(tǒng)和外部設(shè)備，主要是針對吸收塔進(jìn)行改造，可以降低因空間有限造成的改造難度。具體改造內(nèi)容如下：

拆除原四層噴淋層中的最下層噴淋層(即循環(huán)泵A對應(yīng)的噴淋層)，在該空間內(nèi)增設(shè)持液層托盤，增加煙氣均流效果，并增加脫硫效率。

更換循環(huán)泵A，流量不變，揚(yáng)程由21.9m調(diào)整為29.lm。新更換的漿液循環(huán)泵，包括配套的電機(jī)、減速機(jī)，要求與原循環(huán)泵廠家保持一致。

原循環(huán)泵B、C、D對應(yīng)的3層噴淋層利用，同時在D層之上再加裝1層噴淋層(即對應(yīng)更換后的循環(huán)泵A)，即最終維持4層噴淋層的設(shè)置。

吸收塔漿池高度不變，但吸收塔上部隨看增設(shè)持液層而加高2m，凈煙道隨吸收塔加高而加高，吸收塔基礎(chǔ)沒有進(jìn)行加固處理。除霧器沖洗水管道隨塔體升高進(jìn)行了相應(yīng)調(diào)整，除霧器本體及水管道檢查修復(fù)，工藝水泵揚(yáng)程滿足抬高后的除霧器沖洗的要求沒做變動。

3性能測試

220MW、300MW、660MW機(jī)組的脫硫系統(tǒng)提效改造多比較圓滿，系統(tǒng)運(yùn)行正常，排放達(dá)標(biāo)。在運(yùn)行3個月后委托第三方進(jìn)行了脫硫系統(tǒng)性能試驗(yàn)。各類型機(jī)組在100% BMCR負(fù)荷條件下的凈煙氣SO2質(zhì)量濃度均在30mg/m3以下，系統(tǒng)壓力損失、Ca/S、石灰石消耗量等各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到了設(shè)計要求。

4結(jié)束語

燃煤煙氣濕法脫硫提效改造前，應(yīng)充分對各種脫硫提效技術(shù)論證，并對同類型機(jī)組的改造應(yīng)用進(jìn)行實(shí)地考察調(diào)研。結(jié)合自身現(xiàn)有技術(shù)條件、設(shè)備現(xiàn)狀、場地空間等選擇最合適的改造方案，確保改造一次成功，不留任何遺憾，實(shí)現(xiàn)真正的脫硫超低排放。

參考文獻(xiàn)

[1]李新華，何育東.燃煤火電機(jī)組S02超低排放改造方案研究，中國電力.11-3265/TM. 2015.10，148 -151.2018.10 EPEM I 55