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超低排放形势下的脱硫吸收塔改造方案

北极星环保网来源:《工程技术》作者:陈芳2017/5/12 9:41:10我要投稿

北极星环保网讯:摘要:介绍了超低排放形势下,为了进一步提高脱硫和除尘效率,关键构筑物吸收塔的几种改造方案包括加大液气比、增加托盘、优化流场、双循环技术以及除雾器的改造方案,并介绍了各方案的技术优势和适用范围。具体实施时应选择合适的设计煤种及边界条件,进行必要的技术经济分析,充分比选后确定综合改造方案。

关键词:超低排放;吸收塔;液气比;托盘塔;流场优化;双循环技术

2014年9月12日,国家发改委、环保部、国家能源局联合下发了《煤电节能减排升级与改造行动计划(2014-2020年)》(发改能源〔2014〕2093号)文件,对东、中和西部地区新建燃煤发电机组分别做出了“基本达到”、“原则上接近或达到“、“鼓励接近或达到”燃气轮机组排放限值,其中二氧化硫、烟尘排放浓度分别不高于35mg/m3、10mg/m3。京津冀、长三角等重点地区已启动火电厂烟气超低排放改造,要求二氧化硫、烟尘排放浓度分别不高于35mg/m3、5mg/m3。

作为脱硫系统中最重要的构筑物吸收塔,承担了全部的脱硫任务以及部分除尘功能,如何对其进行改造以满足SO2和烟尘的超低排放至关重要。适合超低排放的高效脱硫技术基本上通过以下途径来提高吸收塔的脱硫效率:(1)加大液气比,增加喷淋层;(2)强化气液接触,加速烟气中的SO2气体溶解并吸收固化,典型的技术为托盘塔技术以及旋汇耦合技术;(3)塔内流场优化,设置增效环,调整喷淋层布置及喷嘴选型等;(4)采用双循环双pH技术,包括单塔双循环技术及双塔双循环技术。

1单塔单循环的改造方案

石灰石—石膏法的喷淋空塔脱硫技术在国内占85%以上份额。针对已有的单个吸收塔的超低排放的改造主要有以下几种方案:

1.1增加液气比,加大喷淋量

影响脱硫效率的因素很多,主要有烟气参数、吸收塔结构设计、运行参数控制等。对于给定的改造后的煤质参数,对现有吸收塔应进行结构参数上的校核,主要校核空塔流速、液气比、浆液循环时间以及各层高度设计。以燃煤含硫量Sar=1.5%计,入口SO2浓度约为3800mg/m3,出口SO2浓度35mg/m3,脱硫效率高达99.1%,此时液气比(相对于吸收塔出口标态湿基烟气量)不应低于26l/m3,喷淋层总数不低于5层,每层间距2m。同时应采用高效雾化,喷嘴覆盖率不低于300%。

液气比确定后,应校核浆池的容积是否满足浆液循环停留时间4.5min。如无法满足循环时间的需要,还应加高浆池的高度。如果增加过多导致吸收塔基础荷载无法满足时,还应考虑建设塔外辅助浆池。目前国内的单塔,喷淋层数一般5~6层,进一步增加喷淋层将涉及到顶层循环泵的选型局限、塔外浆池的建设局限(有些项目无法布置塔外浆池)以及与托盘塔之间的技术经济比较。同时对吸收塔进行多次切割,整体抬高,将导致机组停机时间延长,施工难度增大。

超低排放项目塔内流速应予控制,新建项目宜控制空塔气速不高于3.5m/s。传统的空塔流速一般在3.8m/s,已有吸收塔无法进行流速调整时,应在其他措施上进行补救。比如增加吸收区塔高以满足一定的吸收时间。

吸收塔各层的高度应优化,尤其是吸收塔入口上沿至第一层喷淋层的距离。传统的吸收塔入口与第一层喷淋层之间的间距比较小,一般为2.5~3m,改造喷淋层时,可以将底层喷淋改为高层喷淋层,将入口与第一层喷淋层之间的间距加大至4.5m左右,吸收时间相应增加1.2s。新增喷淋层之间的间距一般为2m。

1.2托盘塔或旋汇耦合技术

托盘塔为美国巴威B&W专利技术,在吸收塔入口和第一层喷淋层之间设置一层合金托盘,有效地降低了液气比,提高了脱硫效率;由于托盘可以作为检修平台,使得检修维护非常方便。但托盘塔烟气阻力较大,(一层托盘的阻力约在500Pa)在国家超低排放出台之前竞争优势有限,仅用于脱硫塔入口SO2浓度较高脱硫效率又要求较高的工程。

超低排放改造中,其托盘开孔率比传统的更低,一般<35%,改进后的该技术在筛板上形成了一定厚度的液膜,烟气从筛板下方穿过液膜时形成气泡,伴随着气泡的生成、成长、破裂的过程,在筛板上产生了一种类似于沸腾的现象,强化了气液接触。

托盘塔技术适用于脱硫效率低于99%的项目,脱硫效率较为稳定,可以降低25~30%的液气比,比一味的增加喷淋层有一定的优势。以300MW机组为例,增加一层喷淋层,阻力增加200Pa,风机能耗增加100kW,循环泵能耗增加约400kW。而一层托盘阻力500Pa,风机能耗增加约250kW,可见托盘塔技术在节能方面有一定优势。

近年来,有些项目为了减少对已有吸收塔的改动,在不增加液气比的情况下又要满足比较高的脱硫效率,采用了双托盘技术。该技术优势如下:

(1)双托盘的沸腾状态充分加强了气、固、液三相之间的接触与传质,增加了传质单元数,同时强化了除尘效果;

(2)加快了石灰石浆液的溶解传质速率,喷淋浆液从上面落下与烟气形成逆流的过程中,浆液不断的吸收烟气中的SO2气体,其PH值不断下降,落到托盘上后其PH最低。一般浆液池内的pH控制5.5时,上层托盘的pH约为4.0,石灰石溶解传质速度比浆池的快31倍,为SO2的快速吸收提供了有利条件;

(3)托盘有效延长了气液接触时间,传统的喷淋空塔,气液接触时间一般为3.5s,而托盘上一定高度的液膜,增加了烟气在吸收塔中的停留时间,单托盘浆液滞留时间约为1.8s,双托盘为3.5s。

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