濕法脫硫設(shè)備主要技術(shù)特點(diǎn)解析，我國(guó)以煤炭為主的能源結(jié)構(gòu)和日趨嚴(yán)格的環(huán)保政策，使得我國(guó)的脫硫產(chǎn)業(yè)在200年-2005年間得到了發(fā)展。大型火電機(jī)組脫硫工程基本上引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)的脫硫技術(shù)，技術(shù)責(zé)任由國(guó)外技術(shù)所有方承擔(dān)。為了有效地解決我國(guó)脫硫工程造價(jià)高、脫硫技術(shù)過(guò)于依賴國(guó)外、自有技術(shù)大型化能力低等問(wèn)題，國(guó)家發(fā)改委先后制定并出臺(tái)了《火電廠煙氣脫硫關(guān)鍵技術(shù)與設(shè)備國(guó)產(chǎn)化規(guī)劃要點(diǎn)》、《關(guān)于加快發(fā)展環(huán)保產(chǎn)業(yè)的意見(jiàn)》、《關(guān)于加快火電廠煙氣脫硫產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的若干意見(jiàn)》等文件，明確了積極鼓勵(lì)自主創(chuàng)新的脫硫產(chǎn)業(yè)化發(fā)展模式。
在國(guó)家脫硫產(chǎn)業(yè)化政策的鼓舞下，針對(duì)濕法脫硫引進(jìn)技術(shù)在我國(guó)商用工程中出現(xiàn)的技術(shù)瓶頸和關(guān)鍵問(wèn)題，圍繞提高脫硫性能和節(jié)能降耗兩個(gè)主題，進(jìn)行了創(chuàng)新研究，開(kāi)發(fā)了適合國(guó)情的燃煤電廠SO2治理及裝備升級(jí)優(yōu)化的關(guān)鍵技術(shù)，形成了一整套具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的煙氣脫硫技術(shù)，并成功應(yīng)用于多個(gè)燃煤脫硫工程，實(shí)現(xiàn)了脫硫裝置運(yùn)行的高效率、高可靠性和高經(jīng)濟(jì)性。
1、主要研究?jī)?nèi)容
1.1 關(guān)鍵技術(shù)
以氣液分配提效為核心的濕式高性能脫硫技術(shù)主要研究板環(huán)的特性與設(shè)計(jì)、壓力降特性及節(jié)能、脫硫性能 試驗(yàn)等。
1.1.1 板環(huán)的特性與設(shè)計(jì)
凸凹面多孔板環(huán)的設(shè)計(jì)與原始的吸收塔設(shè)計(jì)參數(shù)有直接的關(guān)系，如：空塔氣速、塔內(nèi)氣流分布、旋流霧化噴咀的設(shè)計(jì)參數(shù)及性能，吸收塔直徑、噴淋層數(shù)與間距、循環(huán)泵的運(yùn)行狀態(tài)與壓力、鍋爐負(fù)荷變化等。凸凹面多孔板環(huán)的主要設(shè)計(jì)參數(shù)有：每層板環(huán)的面積(F1)、板環(huán)層數(shù)(n1)、板環(huán)安裝角度(a)及孔徑和開(kāi)孔率等。
若吸收塔原始參數(shù)已知，且實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中各種參數(shù)變化不大，研究結(jié)果表明，凸凹面多孔板環(huán)面積F1只與吸收塔有效截面積F0有關(guān)：
F1=F0/(12-16)
當(dāng)每層噴淋層之間的間距及其他原始設(shè)計(jì)參數(shù)已知及運(yùn)行狀況不變時(shí)，試驗(yàn)研究結(jié)果顯示，板環(huán)層數(shù)(n1)與噴淋塔設(shè)計(jì)噴淋層數(shù)(n0)有關(guān)：
n1=n0-1
板環(huán)安裝角度主要由兩個(gè)因素決定，即吸收漿液密度高時(shí)，安裝角度大。試驗(yàn)研究結(jié)果顯示，在設(shè)計(jì)條件下板環(huán)安裝角度以270度-320度為宜。
試驗(yàn)結(jié)果表明，板環(huán)的孔徑越小，開(kāi)孔率越大，則氣液傳質(zhì)效果越好，反應(yīng)效率越高，但因結(jié)垢堵塞孔的趨勢(shì)也越大。開(kāi)孔率大反應(yīng)效率不明顯，且孔徑、開(kāi)孔率與氣、液介質(zhì)特性(密度)與吸收塔內(nèi)所處的環(huán)境(氣流分布、勾流現(xiàn)象、沿壁所形成的小“瀑布”)狀況有關(guān)。研究結(jié)果表明，孔徑一般在18-30mm、開(kāi)孔率為15%-30%之間選擇為佳。如孔距之間的距離相等，則孔徑與孔間距及開(kāi)孔率之間的關(guān)系可由下式計(jì)算：
(省略)
式中：Q為開(kāi)孔率;Aa板環(huán)孔總面積;A0板環(huán)總面積;t為孔間距。
1.1.2 壓力降特性及節(jié)能
噴淋塔壓力降試驗(yàn)裝置中，噴淋塔高有4層噴淋層3層板環(huán)，吸收塔截面積0.6m2，煙氣進(jìn)口中?線距底層噴淋為2m，每層之間的間距為0.8m，三層板環(huán)安裝在上下兩層的中間位置，處理煙氣量最10000m3/h，分別設(shè)煙氣進(jìn)口及出口的壓力測(cè)點(diǎn)，進(jìn)口煙道為方形設(shè)計(jì)，水平線角度為18度，每層噴淋密度力45m3/m2/h，微光粒徑分析儀測(cè)試噴嘴噴氣的中位粒徑為2100um。板環(huán)是由長(zhǎng)為4900mm，寬為20mm的凸凹面有機(jī)玻璃條制成，板環(huán)開(kāi)有約為5mm的孔徑，孔距為8mm，開(kāi)孔率約為20%，安裝在上下兩層噴淋層中間位置。
吸收塔中總壓力損失應(yīng)由兩部分組成，即沿程阻力損失H1和噴淋氣液兩項(xiàng)逆流接觸所產(chǎn)生的壓力降(三角形PSP)，即三角形P總=H1+三角形PSP。沿程摩擦阻力損失(H1)是由吸收內(nèi)部構(gòu)件(如所有噴淋管及噴咀布置及環(huán)支架，板環(huán)層數(shù)及板環(huán)開(kāi)孔率、孔徑及其支架等)、沿墻摩擦、彎頭等組成。當(dāng)吸收塔氣液兩項(xiàng)速度不變時(shí)(脫硫裝置運(yùn)行在設(shè)計(jì)狀態(tài)下)，沿程阻力損失(H1)應(yīng)是一個(gè)常數(shù)，在這種情況下，噴淋氣液兩項(xiàng)逆流接觸所產(chǎn)生的壓力降(三角形PSP)應(yīng)該是進(jìn)口煙道中心線以上，運(yùn)行噴淋層數(shù)總和的函數(shù)，因此，可通過(guò)調(diào)整吸收塔內(nèi)噴淋層運(yùn)行層數(shù)，通過(guò)壓力測(cè)點(diǎn)測(cè)量吸收塔壓力損失變化，可了解帶有板環(huán)的噴淋塔壓力損失特性。
該試驗(yàn)研究是在煙氣速度分別為2.1m/s以及3.4m/s并經(jīng)以下噴淋層運(yùn)行工況下進(jìn)行：2和3噴淋層運(yùn)行，距中心線高度3.6m;1和4噴淋層運(yùn)行，距中心線高度4.4m;2和4噴淋層運(yùn)行，距中心線ymya4.4m;2、3和4層噴淋層運(yùn)行，距中心線高度4.4m;3和4層噴淋層運(yùn)行，距中心線高度4.4m;1、2層運(yùn)行，距中心線高度2.8m。
表1列出了無(wú)噴淋狀態(tài)下，煙氣流速對(duì)吸收塔沿程阻力的影響。表2、表3為試驗(yàn)條件下，調(diào)整噴淋層運(yùn)行狀態(tài)對(duì)吸收塔壓降的影響。
從表1可以看出，吸收塔沿程阻力壓降隨煙氣流速的增加而增加，在試驗(yàn)條件下，當(dāng)煙氣流速為2.5m/s時(shí)，吸收塔沿程阻力損失為35Pa當(dāng)煙氣流速為3.5m/s時(shí)，4層噴淋、3層凸凹板環(huán)的情況下吸收塔的沿程阻力損失可達(dá)100Pa以上。
從表2可知，當(dāng)吸收塔噴淋密度不變時(shí)，吸收塔的總壓降隨噴淋高度增加而增加。從表3可知，當(dāng)吸收塔噴淋高度不變時(shí)，吸收塔內(nèi)的噴淋密度增加，吸收塔總阻力增加
1.1.3 濕法脫硫設(shè)備脫硫性能試驗(yàn)研究
試驗(yàn)裝置處理氣量10000m3/h，整個(gè)裝置山模擬煙氣配制系統(tǒng)、石灰石制漿計(jì)量系統(tǒng)、吸收氧化系統(tǒng)和排漿系統(tǒng)組成。凸凹面多孔板環(huán)長(zhǎng)為4.9m，寬為20mm，板環(huán)中有約為5mm的孔，孔距為8mm，開(kāi)孔率約為20%，安裝在兩層噴嘴中間位置，安裝角度為25度。
試驗(yàn)臺(tái)的主要特點(diǎn)是：物理、化學(xué)模擬試驗(yàn)兼顧;系統(tǒng)有一定的可調(diào)性，空塔流速可在3-6m/s的范圍內(nèi)變動(dòng);吸收塔有效噴淋高度可調(diào)節(jié)，高為6m。試驗(yàn)結(jié)果分別見(jiàn)表4、表5。滿負(fù)荷時(shí)，四層噴淋，煙氣流速 3.5m/s;70%負(fù)荷時(shí)，三層噴淋，煙氣流速2.4m/s。試驗(yàn)條件：滿負(fù)荷時(shí)，SO2濃度4300-5200mg/m3，液氣比 13L/m3，液滴中位粒徑2100um。
凸凹面多孔板環(huán)改善了沿壁面而上的氣流分布，有效地實(shí)現(xiàn)了沿壁而下的“瀑布”式漿液的再分配、強(qiáng)化了傳質(zhì)過(guò)程，改善了表面反應(yīng)速率。由表4 可知，當(dāng)SO2濃度不變，液氣比不變，煙氣滿負(fù)荷時(shí)，脫硫效率隨板環(huán)層數(shù)的增加而增加。同時(shí)，吸收塔系統(tǒng)壓降也增加，值得注意的是，當(dāng)塔內(nèi)高有一層板環(huán)時(shí)，脫硫效率可增加5%-10%，但吸收塔系統(tǒng)壓降幾乎不變。由表5可以看出，當(dāng)煙氣負(fù)荷降至70%時(shí)，在無(wú)板環(huán)的狀態(tài)下，三層噴淋脫硫效率低于90%，隨著板環(huán)層增加脫硫效率增加;當(dāng)設(shè)有兩層板環(huán)時(shí)，脫硫脫硫可達(dá)95%，但吸收塔系統(tǒng)壓降基本不變。這個(gè)結(jié)果說(shuō)明，當(dāng)脫硫塔運(yùn)行在機(jī)組低負(fù)荷的狀態(tài)下，若使脫硫效率達(dá)90%以上，必須4臺(tái)循環(huán)運(yùn)行，將增加系統(tǒng)能耗，這說(shuō)明板環(huán)不僅具有提高脫硫效率的優(yōu)點(diǎn)，也具有吸收塔在低負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)下的節(jié)能作用。
1.2 關(guān)鍵裝備升級(jí)優(yōu)化
1.2.1 高效除霧器技術(shù)
通過(guò)數(shù)值模擬和設(shè)計(jì)優(yōu)化等措施，考察了布置方式、氣流分布對(duì)除霧性能的影響及阻力特性，研究了沖洗噴嘴的壓力與流量、擴(kuò)散角、沖洗液滴粒徑等因素的影響關(guān)系，研發(fā)出適合我國(guó)國(guó)情的系列脫硫除霧器，實(shí)現(xiàn)了脫硫除霧器設(shè)計(jì)和制造的國(guó)產(chǎn)化，該系列脫硫除霧器市場(chǎng)占有率達(dá)30%以上。除霧器可適應(yīng)的煙塵濃度為600mg/m3，除霧器臨界流速為4.5m/s。
1.2.2 物料分配技術(shù)
針對(duì)濕法煙氣脫硫裝置中一級(jí)旋流脫水和二級(jí)皮帶脫水系統(tǒng)之間的連接、切換、分配系統(tǒng)存在的問(wèn)題，結(jié)合旋流器底流一般設(shè)計(jì)采用自流到脫水皮帶機(jī)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，通過(guò)采用流體自流溢流等溢流線均勻分配原理，將漿液均勻分配到多臺(tái)皮帶機(jī)。該技術(shù)的應(yīng)用，使得脫硫石膏的含水率從10%-12%降至8%-10%。
1.3 技術(shù)集成及升級(jí)優(yōu)化
濕式高性能煙氣脫硫技術(shù)采用石灰石濕法脫硫工藝，反應(yīng)在吸收塔中完成，送入吸收塔的吸收劑一石灰石漿液與經(jīng)煙氣再熱器冷卻后進(jìn)入吸收塔的煙氣接觸混合，煙氣中的SO2與吸收劑漿液中的碳酸鈣以及鼓入的空氣中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成二水硫酸鈣(CaSO4.2H2O)即石膏;脫硫后的煙氣依次經(jīng)過(guò)除霧器除去霧滴、煙氣再熱器加熱升溫后，經(jīng)煙囪排入大氣，脫硫石膏經(jīng)脫水后回收利用。
為了使得濕式高性能煙氣脫硫工藝有效展開(kāi)和實(shí)施，同時(shí)根據(jù)該工藝實(shí)施需要，創(chuàng)新了成套高流速平板除霧和脫硫石膏一、二級(jí)脫水裝置分配設(shè)備，使得濕式高性能煙氣脫硫工藝及其關(guān)鍵設(shè)備形成一整套完整的工藝設(shè)備體系。
2、主要技術(shù)特點(diǎn)
2.1 關(guān)鍵問(wèn)題研究使得系統(tǒng)性能提高
經(jīng)過(guò)多年試驗(yàn)和研究，開(kāi)發(fā)了在吸收塔內(nèi)以氣液分配提效技術(shù)為核心的濕式高性能脫硫技術(shù)。采用創(chuàng)新多孔環(huán)板裝置，使吸收塔塔壁附近可能逃逸的煙氣重新回到脫硫區(qū)域，從而既改善了吸收塔內(nèi)煙氣分布的均勻性，又大大減少了逃逸煙氣，同時(shí)裝置具有漿液會(huì)聚功能，使掛壁的吸收漿液會(huì)聚并進(jìn)行再分配，從而既提高了吸收漿液分配的均勻性，又提高了真正參與脫硫的液氣比，改善了吸收塔塔壁區(qū)域的傳質(zhì)狀況。在液氣比等邊界條件保持不變的條件下，脫硫效率隨著凸凹面多孔板環(huán)層數(shù)的增加而增加。當(dāng)僅在底層噴淋層設(shè)置凸凹面多孔板環(huán)時(shí)，脫硫效率可提高5%-10%，而此時(shí)吸收塔系統(tǒng)的壓力降幾乎沒(méi)變;在低負(fù)荷條件下，凸凹面多孔板環(huán)的提效作用可減少循環(huán)泵的運(yùn)行臺(tái)數(shù)，降低能耗，實(shí)現(xiàn)低負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)下的節(jié)能效果。在液氣比保持不變的條件下，提高吸收劑的利用率和SO2的綜合脫除率;在脫硫效率一定的條件下，可降低液氣比，降低吸收劑和電的綜合消耗，降低工程投資和運(yùn)行成本，亦即氣液分配技術(shù)具有脫硫裝置提效和節(jié)能降耗、節(jié)約投資的雙重功能。
2.2 濕法脫硫成套設(shè)備開(kāi)發(fā)使得系統(tǒng)穩(wěn)定性提高
濕法脫硫設(shè)備主要技術(shù)特點(diǎn)解析。
通過(guò)流場(chǎng)模擬、性能試驗(yàn)等，研制出適合高流速、高煙塵等復(fù)雜工況的系列脫硫除霧器，實(shí)現(xiàn)了脫硫除霧器設(shè)計(jì)技術(shù)和制造技術(shù)的國(guó)產(chǎn)化，形成了高效率、低壓降、沖洗效果好、適合國(guó)情的高流速除霧器、高煙塵除霧器等系列脫硫除霧器。
濕式高性能煙氣脫硫工藝技術(shù)及其關(guān)鍵設(shè)備的成功開(kāi)發(fā)，不僅使SO2的脫除效率提高，而且整個(gè)系統(tǒng)占地面積減小，有效地降低了脫硫工程初投資，節(jié)約脫硫系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用。
通過(guò)物料分配裝置優(yōu)化設(shè)計(jì)、設(shè)備改造和研制，有效解決了國(guó)內(nèi)脫硫裝置一級(jí)旋流脫水和二級(jí)皮帶脫水系統(tǒng)之間分配系統(tǒng)復(fù)雜、切換不便;容易堵塞，耐腐耐磨性能差;工作環(huán)境差，難維護(hù)，不利于文明生產(chǎn)等問(wèn)題，提高了脫硫副產(chǎn)物的脫水性能。同時(shí)脫水系統(tǒng)采用多功能三位四通、多位多通系列分配器，不僅解決并增強(qiáng)了系統(tǒng)切換功能，而且能實(shí)現(xiàn)多通道同時(shí)使用且漿液均勻分配的功能，增強(qiáng)了脫硫石膏脫水系統(tǒng)對(duì)負(fù)荷的適應(yīng)能力，提高了脫水系統(tǒng)的處理效率，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)。
3、結(jié)語(yǔ)
濕式高性能脫硫技術(shù)已成功應(yīng)用于國(guó)內(nèi)多個(gè)火電機(jī)組脫硫工程，多年的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明：在機(jī)組負(fù)荷為30%-110%時(shí)，各設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，技術(shù)參數(shù)(脫硫效率、除塵效率、排煙溫度、石灰石耗量、水耗和電耗等)優(yōu)于設(shè)計(jì)值;在機(jī)組負(fù)荷時(shí)，脫硫效率提高了約5%-10%，其他參數(shù)明顯得到優(yōu)化提高;在機(jī)組負(fù)荷50%-70%時(shí)，不僅能提高脫硫效率，也有明顯的節(jié)能作用，約5%-8%。工藝流程合理，系統(tǒng)簡(jiǎn)單，易于操作，監(jiān)控性強(qiáng)。整套脫硫裝置具有高效、節(jié)能、可靠的特點(diǎn)。
該技術(shù)的成功運(yùn)用，有效改善了脫硫工程技術(shù)現(xiàn)狀，在燃煤電廠脫硫提效、升級(jí)優(yōu)化、節(jié)能降耗改造中，具有強(qiáng)大的競(jìng)爭(zhēng)力，推廣前景廣闊。
本文主要描述了濕法脫硫設(shè)備主要技術(shù)特點(diǎn)解析。
