單篩板濕法脫硫系統提效技術應用研究

陳文華

（浙江天地環保科技有限公司，杭州 310013）

0 引言

濕法脫硫技術是目前世界上燃煤發電廠煙氣脫硫應用最廣泛的方法[1-2]，其脫硫效率一般不超過95%。近年來隨著超低排放概念的提出，對脫硫效率提出了更高的要求，已建的濕法脫硫系統已經無法滿足要求。

在已建濕法脫硫系統中，較大一部分是采用單篩板石灰石/石膏法，篩板上可形成一層持液層，增加氣液傳質時間，同時改善吸收塔內煙氣流場均勻性，較空塔可有效提高脫硫效率[3-4]，但也存在一些問題，比如：篩板開孔率取值不當，導致無法有效提高脫硫效率且大幅提升吸收塔阻力；液氣比取值不當，使氣液傳質不暢，或使脫硫能力下降，或堵塞篩板孔[5-6]。另外，也有在單篩板基礎上再增加一層篩板的方法來提高脫硫效率，但該方法會導致較大幅度的阻力增加[7]，增加投資和運行費用。因此，研究針對單篩板濕法脫硫系統的提效技術十分必要。

1 應用背景

某發電廠為2×300 MW燃煤供熱發電機組，同步配套建設石灰石-石膏濕法煙氣脫硫系統，采用單篩板設計，設計煤種含硫量為1.1%，折合SO2濃度為2 419 mg/m3（已換算成標準狀況下，以下同），設計脫硫效率95%，煙囪出口SO2濃度為120 mg/m3。

2臺機組自投運以來，燃煤的實際含硫量為0.5%～0.7%，最高約0.85%，煙囪出口SO2濃度為50～100 mg/m3，無法滿足超低排放標準中SO2濃度不超過35 mg/m3的要求，勢必需要進行脫硫提效改造。

2 脫硫提效技術

2.1 調節篩板開孔率

篩板能有效改善吸收塔內煙氣分布的均勻性。同時，當循環漿液霧化噴淋后，篩板上可保持一層漿液，沿小孔均勻流下，形成一定高度的液膜，使漿液均勻分布；液膜使煙氣在吸收塔內的停留時間增加，當煙氣通過篩板時，氣液充分接觸，篩板上方湍流激烈，強化了SO2向漿液的傳質，形成的漿液泡沫層擴大了氣液接觸面，提高了吸收劑利用率。降低篩板開孔率使煙氣通過篩板的速度加快，進一步強化了氣液傳質效果，可有效提高脫硫效率。這與何蘇浩等學者[8]得到的結論類似，即增大煙氣速度可促進氣相傳質。

2.2 增加液氣比

液氣比是影響濕法脫硫系統脫硫效率的重要參數，該參數的變化將直接影響脫硫性能。液氣比增大時，煙氣與石灰石漿液的接觸面積增加，可提高SO2的吸收，但液氣比過大可能會導致霧化效果不佳，不利于脫硫效果[9]，該結論在杜謙等學者[10]的研究中也可得知，即當液氣比小于8 L/m3時，增加液氣比能更有效地提高脫硫效率，也有學者認為當液氣比超過15.5 L/m3時，液氣比對脫硫效率的影響逐漸減小[5]，從而可知，在一定范圍內，液氣比增加可使脫硫效率得到較明顯的提升。因此，在實際的工程應用中，適當地增加液氣比將有利于濕法脫硫系統性能的提升。

3 脫硫系統提效技術應用結果

3.1 降低篩板開孔率結果分析

3.1.1 降低篩板開孔率實施方法

整個篩板系統由多個模塊組成，其開孔率調整的主要施工方法是：利用專用工具將橡膠塞嵌入篩板空隙中，密封部分篩板開孔，以達到封堵的效果。對于單個篩板模塊，封堵其周邊一圈開孔及中間一列開孔，從而在整體上實現整個篩板系統的均勻封堵，最終實現符合工藝要求的篩板開孔率。通過對以往改造案例進行分析，橡膠塞可緊固于篩板孔隙中。該施工方法簡單，易于操作，無需對吸收塔做大的改造。本工程每臺吸收塔封堵了1 200個橡膠塞，將篩板開孔率從30%降到29%。篩板改造項目現場封堵情況見圖1。

圖1 篩板改造施工現場

3.1.2 結果討論

當脫硫系統同時開啟3臺循環泵且其他運行參數相同時，堵孔前后的脫硫運行數據對比見圖2，其中開孔率30%時，機組負荷為100%，開啟全部3臺循環泵，原煙氣SO2濃度為1 900 mg/m3，原煙氣量為961 245 m3/h，平均pH值5.6；開孔率29%時，機組負荷為100%，開啟全部3臺循環泵，原煙氣SO2濃度為2 048 mg/m3，原煙氣量為1 069 032 m3/h，平均pH值5.6。

圖2 不同篩板開孔率下的脫硫效率對比

從圖2可知，堵孔前脫硫效率平均值為97.8%，堵孔后脫硫效率平均值為98.9%，脫硫效率提高了1.1%，可見適當降低篩板開孔率有利于脫硫效率的提高。經過阻力降測試發現，堵孔前阻力降平均值為2 187 Pa，堵孔后阻力降平均值為2 369 Pa，增加了182 Pa，這是由于開孔率降低后，流速增大導致的阻力增加，但僅182 Pa的阻力增加對實際運行和能耗的影響較小。

3.2 增加液氣比結果分析

3.2.1 增加液氣比實施方法

增加脫硫系統的液氣比主要采取增大漿液循環流量的方式，即吸收塔系統采用“1層交互式噴淋+2層標準式噴淋+1層篩板+塔外漿池”的型式，主要措施如下：

（1）原有 3臺循環泵 A，B，C（流量 4 580 m3/h）維持不變。吸收塔第二層噴淋層由標準式更改為交互式，對應1臺原有漿液循環泵B和1臺新增循環泵D（流量4 580 m3/h，揚程20.9 m漿液）；其他2層為標準式噴淋層不變。

（2）為了保證漿液的停留時間（3.5 min以上），循環漿液量增大后，原有吸收塔漿池容積不夠，需要在吸收塔旁增加1個塔外漿池，尺寸為Φ7.6 m×8.5 m。塔外漿池靠近吸收塔布置，并與吸收塔底部和上部均連通，同時配置側入式攪拌器及氧化空氣。新增的漿液循環泵D從塔外漿池中將石膏漿液輸送至吸收塔交互式噴淋層進行噴淋。塔外漿池設置排空接口，周邊設置漿液溝連接至原有漿液溝道。

實施后，漿液循環泵對應噴淋層為：A是上層泵，B，D是中層泵，C是下層泵。B，C，D組合是中、下2層噴淋層；A，B，D組合是上、中2層噴淋層；A，C，D組合是上、中、下3層噴淋層；A，B，C，D組合是上、中、下3層噴淋層。

3.2.2 結果討論

開啟A，C，D 3臺泵和開啟 A，B，C，D 4臺泵時主要參數對比如圖3所示。

由圖3可知，增加1臺漿液循環泵后，即液氣比增加后，不同負荷下脫硫效率及阻力降都有所增加：低負荷時，脫硫效率提高了0.8%，阻力降增加了220.1 Pa；高負荷時，脫硫效率提高了1.5%，阻力降增加了352.8 Pa。由此可推斷，在66%～100%負荷段內，液氣比的增加可有效增加脫硫效率，類似的結論可從凌有基、柯昌華等人的研究成果中見到[11-12]。

圖3 不同液氣比下的脫硫效率和阻力降對比

同時從圖3也可得知，2種液氣比工況下，隨著機組負荷的增加，脫硫效率均呈下降趨勢，阻力降則呈明顯的上升趨勢。這是由于機組負荷的增加使得煙氣流量增加，進而煙氣流速上升，導致阻力增加且煙氣在塔內停留時間變短，脫硫效率下降。

4 其他因素對脫硫效率的影響

4.1 原煙氣SO2濃度對脫硫效率的影響

圖4為開啟A，C，D 3臺泵，機組負荷100%，原煙氣流量平均值1 127 604 m3/h，pH值平均5.6時，不同原煙氣SO2濃度下的脫硫效率對比。由圖4可見，隨著原煙氣SO2濃度的逐漸上升，脫硫系統的脫硫效率逐步下降。雖然SO2濃度的提高可以增加氣相傳質速率，但同時其對漿液中的鈣離子需求量增加，而在漿液量不變的情況下，CaCO3的溶解飽和度一定，來不及有新的鈣離子參與SO2反應，從而導致脫硫效率的下降[13-14]。

圖4 不同原煙氣SO2濃度下的脫硫效率

4.2 pH值對脫硫效率的影響

圖5為開啟A，C，D 3臺泵，機組負荷66%，平均原煙氣SO2濃度1 792 mg/m3，不同漿液pH值下的脫硫效率對比。由圖5可知，當pH值低于5.6時，隨著吸收塔內pH值的升高，脫硫效率有較大幅度的增加，當pH值達到5.6以上后，pH值對脫硫效率的影響極微。這是由于高pH值有利于SO2的吸收[14-15]，低pH值則有利于石灰石的溶解，而高的脫硫效率必須同時滿足SO2的吸收和石灰石的溶解，因此必然會有一個最佳的pH值區間使得脫硫效率達到最高。從本次試驗來看，最佳的pH值為5.6左右。

圖5 不同吸收塔pH值下的脫硫效率

5 結論

經過以上研究與分析，得到結論如下：

（1）在其他條件不變的情況下，適當降低篩板開孔率有利于脫硫效率的提高，在本文試驗條件下，當篩板開孔率從30%降至29%后，脫硫效率增加了1.1%，同時阻力降增加182 Pa。

（2）在其他條件不變的情況下，增加液氣比可以提高脫硫效率。

（3）機組負荷的增加會導致脫硫系統脫硫效率的降低。

（4）原煙氣SO2濃度的增加會導致脫硫系統脫硫效率的降低。

（5）在一定區間內，隨著吸收塔內pH值的升高，脫硫效率增加，在本文的試驗條件下，該區間為5.28～5.6，且最佳pH值約為5.6。