燃煤電廠超低排放項目吸收塔噴淋層及其支撐梁布置研究

馮立波，羅鐘高

(1.浙江天地環保科技股份有限公司，杭州 311121；2.中國能源建設集團浙江省電力設計院有限公司，杭州 310012)

0 引 言

隨著我國大氣污染狀況的日益嚴重，普通民眾對于“霧霾”天氣的日益關注，節能減排日益成為國計民生的頭等大事。在傳統煤煙型污染尚未得到全面控制的情況下，以臭氧、細顆粒物(PM2.5)和酸雨為特征的區域性復合型大氣污染日益突出，區域內空氣重污染現象大范圍同時出現的頻次日益增多，嚴重制約社會經濟的可持續發展，威脅人民群眾身體健康。燃煤機組煙氣超低排放項目的應用將使燃煤電廠的排放與天然氣機組相當，成為高標準的清潔電廠。在燃煤電廠超低排放項目中，脫硫系統中吸收塔噴淋層的布置對脫硫效率會產生較大的影響，文中將以某燃煤電廠超低排放項目為例，對吸收塔噴淋層的布置進行一定的研究分析。

1 吸收塔噴淋層簡介

吸收塔漿液噴淋層由噴淋管道和噴嘴組成，噴淋層的設計需根據噴淋漿液量進行合理布置，使煙氣流向均勻，確保了石灰石漿液與煙氣充分接觸和反應，從而保證在適當的液氣比下可靠地達到所要求的脫硫效率。吸收塔噴淋層能使漿液在吸收塔內均勻分布，流經每個噴淋層的流量將相等。對噴嘴進行合理布置，可使吸收塔斷面上幾乎完全均勻地進行噴淋。噴淋管道材質一般采用玻璃鋼管，用玻璃纖維及其制品作為增強材料，以合成樹脂作為基體材料的一種復合性材料，噴嘴一般采用碳化硅材質。

2 吸收塔噴淋層布置

以某燃煤電廠超低排放項目為例，該項目每臺吸收塔配置有五臺吸收塔漿液循環泵，各自對應吸收塔的五組噴淋層。吸收塔噴淋層間距2.2 m，每組吸收塔噴淋層設置192個材質為SiC的90°切向空心錐噴嘴，噴淋管道材質采用FRP。噴嘴均勻布置，保證了噴出的漿液覆蓋整個吸收塔截面。

合理布置噴淋層對燃煤電廠超低排放脫硫系統的脫硫效率有著重要的影響。噴嘴的布置在滿足噴嘴的性能情況下，使噴嘴密度和覆蓋率與吸收塔內煙氣流速分布相對應。設計過程中在噴淋層數不變的情況下，一般通過增大噴淋密度來增加吸收塔的液氣比以提高脫硫效率。隨著吸收塔直徑的增加，煙氣分布均勻性降低，靠近吸收塔壁部分，漿液噴淋量和噴嘴的覆蓋率明顯低于吸收塔中其它區域。對于空塔噴淋，塔壁部分的煙氣流速遠遠大于其余部分，很容易造成煙氣偏流[1]。脫硫吸收塔內部的噴淋層由噴淋管和噴嘴組成，噴淋管厚度根據設計需要對不同管徑的噴淋管采用不同的壁厚，避免了噴淋層彎曲變形的產生。噴淋管能使漿液在吸收塔內分布均勻，噴嘴的覆蓋范圍及布置密度，基本上能夠保證噴淋吸收覆蓋率，足夠達到噴淋吸收的效果，在脫硫塔內的每一個角落都會有噴淋液的均勻噴灑。本超低排放項目中，噴嘴型式采用空心噴嘴的布置，噴淋層布置的高覆蓋率確保了二氧化硫盡可能多的被吸收，通過對噴嘴的合理布置，保證了噴淋漿液和上升煙氣的均勻逆流接觸并進行充分反應。吸收塔直徑為 16.5 m，每層噴淋層流量7 600 m3/h，每層噴淋層布置192個90°空心錐噴嘴，噴嘴的布置確保漿液覆蓋率約為 300%，每層噴淋層的噴淋管內介質設計流速一般在1.5～3 m/s范圍之間。在第一層與第二層噴淋層、第三層與第四層噴淋層之間設置增效環，該增效環有效彌補了脫硫吸收塔內的噴淋層布置缺陷，改善塔內的煙氣分布，基本消除吸收塔內的煙氣旁路現象，使煙氣都能經過吸收塔內的最佳噴淋覆蓋區域，改善了氣液接觸的效果。根據噴嘴噴射角度和漿液流量壓力等參數計算控制漿液噴射到塔壁處的噴射強度，在確保脫硫效率的前提下使邊緣噴嘴到塔壁的間距保持在一定距離，一般邊緣噴嘴中心線距離塔壁控制在863 mm左右，以避免邊緣噴嘴對塔壁的防腐進行沖刷破壞。

噴嘴是脫硫系統中的關鍵部件之一，其霧化性能對脫硫效率有著重要的影響。為了保證漿液霧滴充分均勻地分布在整個吸收塔斷面上，噴淋層管道上布置有足夠數量合適的噴嘴。噴嘴的密度是由噴淋層的噴淋重疊率確定的[2]。脫硫系統采用的噴嘴根據液流在噴嘴內的運行方向以及霧化形成的形狀，可分為切向壓力霧化噴嘴、軸向壓力霧化噴嘴和螺旋型壓力霧化噴嘴。切向噴嘴是一種將漿液沿切線方向引入，與入口成90°排出的噴淋裝置。切向噴嘴成中空圓錐，噴出的霧滴形成一個環狀。軸向噴嘴能產生實心圓錐噴流，入口與出口在一條直線上，內部設有微調片。與切向噴嘴相比，在壓降相同時，液滴的粒度更小。螺旋噴嘴能產生一系列中空的螺旋噴流，入口與出口在一條直線上，內部成不斷縮小的螺旋形，在噴嘴下方1 m處的橫截面上，噴射模式成一個或多個同心環在同等壓力下，液體流量更大[3]。在本超低排放項目中，采用3英寸90°切向壓力霧化噴嘴，中間噴嘴設置148個，每2個中間噴嘴間距控制在1 060 mm以內，周邊噴嘴設置44個，在直徑為14 774 mm的圓周上進行均勻布置，各中心噴嘴與邊緣噴嘴的噴淋區域之間留有了足夠的重疊區域，該密集布置的噴嘴保證了煙氣與漿液充分接觸，提高了脫硫劑利用率，進而保證了脫硫系統整體運行脫硫效率。

3 吸收塔噴淋層支撐梁布置

常規吸收塔噴淋層通常采用擱置的方式固定在支撐鋼梁頂部，靠近鋼梁附近的噴嘴噴出的漿液會噴射到鋼梁頂面或側面，造成對鋼梁表面的沖刷磨損，時間一長會磨穿鋼梁防腐層從而進一步造成對鋼梁本體的腐蝕，對吸收塔的可靠運行造成嚴重的安全隱患。為避免噴淋漿液對梁的沖刷，本超低排放項目中，噴淋層支撐梁頂距噴淋管中心線為1 200 mm，噴淋管通過多個U型合金抱箍懸掛固定在支撐鋼梁底部的方式，這樣從根本上杜絕了噴嘴噴出的漿液對支撐鋼梁的沖刷，避免了噴淋漿液對支撐鋼梁本體的腐蝕，從而確保了吸收塔的安全可靠運行。

4 結束語

隨著環境污染問題的日益突出 ，國家對燃煤機組二氧化硫等排放指標提出了更高要求。燃煤電廠超低排放技術的廣泛運用將進一步提高我國以煤炭為主的能源結構的清潔化水平，而且也為燃煤電廠的生存與發展提供了一種新思路。燃煤電廠超低排放項目脫硫系統的噴淋層布置直接影響到二氧化硫排放指標的控制，合理布置噴淋層對吸收塔的安全經濟穩定運行起到了至關重要的作用。文中主要以某超低排放項目噴淋層的布置為例，對噴淋層的布置進行了一定的應用分析，對以后超低排放項目脫硫系統噴淋層布置提供了一定的借鑒作用。