濕法脫硫設備主要技術特點解析,，我國以煤炭為主的能源結構和日趨嚴格的環(huán)保政策，使得我國的脫硫產(chǎn)業(yè)在200年-2005年間得到了發(fā)展,。大型火電機組脫硫工程基本上引進國外先進的脫硫技術,，技術責任由國外技術所有方承擔。為了有效地解決我國脫硫工程造價高,、脫硫技術過于依賴國外、自有技術大型化能力低等問題,，國家發(fā)改委先后制定并出臺了《火電廠煙氣脫硫關鍵技術與設備國產(chǎn)化規(guī)劃要點》,、《關于加快發(fā)展環(huán)保產(chǎn)業(yè)的意見》、《關于加快火電廠煙氣脫硫產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的若干意見》等文件,，明確了積極鼓勵自主創(chuàng)新的脫硫產(chǎn)業(yè)化發(fā)展模式,。
在國家脫硫產(chǎn)業(yè)化政策的鼓舞下，針對濕法脫硫引進技術在我國商用工程中出現(xiàn)的技術瓶頸和關鍵問題,，圍繞提高脫硫性能和節(jié)能降耗兩個主題,，進行了創(chuàng)新研究，開發(fā)了適合國情的燃煤電廠SO2治理及裝備升級優(yōu)化的關鍵技術,，形成了一整套具有自主知識產(chǎn)權的煙氣脫硫技術,，并成功應用于多個燃煤脫硫工程,，實現(xiàn)了脫硫裝置運行的高效率、高可靠性和高經(jīng)濟性,。
1,、主要研究內(nèi)容
1.1 關鍵技術
以氣液分配提效為核心的濕式高性能脫硫技術主要研究板環(huán)的特性與設計、壓力降特性及節(jié)能,、脫硫性能 試驗等,。
1.1.1 板環(huán)的特性與設計
凸凹面多孔板環(huán)的設計與原始的吸收塔設計參數(shù)有直接的關系，如：空塔氣速,、塔內(nèi)氣流分布,、旋流霧化噴咀的設計參數(shù)及性能，吸收塔直徑,、噴淋層數(shù)與間距,、循環(huán)泵的運行狀態(tài)與壓力、鍋爐負荷變化等,。凸凹面多孔板環(huán)的主要設計參數(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)及孔徑和開孔率等,。
若吸收塔原始參數(shù)已知,，且實際運行過程中各種參數(shù)變化不大，研究結果表明,，凸凹面多孔板環(huán)面積F1只與吸收塔有效截面積F0有關：
F1=F0/(12-16)
當每層噴淋層之間的間距及其他原始設計參數(shù)已知及運行狀況不變時,，試驗研究結果顯示，板環(huán)層數(shù)(n1)與噴淋塔設計噴淋層數(shù)(n0)有關：
n1=n0-1
板環(huán)安裝角度主要由兩個因素決定,，即吸收漿液密度高時,，安裝角度大。試驗研究結果顯示,，在設計條件下板環(huán)安裝角度以270度-320度為宜,。
試驗結果表明，板環(huán)的孔徑越小,，開孔率越大,，則氣液傳質效果越好，反應效率越高,，但因結垢堵塞孔的趨勢也越大,。開孔率大反應效率不明顯，且孔徑,、開孔率與氣,、液介質特性(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,。研究結果表明,，孔徑一般在18-30mm、開孔率為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孔率之間的關系可由下式計算：
(省略)
式中：Q為開孔率;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,，分別設煙氣進口及出口的壓力測點,，進口煙道為方形設計，水平線角度為18度,，每層噴淋密度力45m3/m2/h,，微光粒徑分析儀測試噴嘴噴氣的中位粒徑為2100um。板環(huán)是由長為4900mm,，寬為20mm的凸凹面有機玻璃條制成,，板環(huán)開有約為5mm的孔徑，孔距為8mm,，開孔率約為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由兩部分組成,，即沿程阻力損失H1和噴淋氣液兩項逆流接觸所產(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)開孔率,、孔徑及其支架等)、沿墻摩擦,、彎頭等組成,。當吸收塔氣液兩項速度不變時(脫硫裝置運行在設計狀態(tài)下)，沿程阻力損失(H1)應是一個常數(shù),，在這種情況下，噴淋氣液兩項逆流接觸所產(chǎn)生的壓力降(三角形PSP)應該是進口煙道中心線以上,，運行噴淋層數(shù)總和的函數(shù),，因此，可通過調整吸收塔內(nèi)噴淋層運行層數(shù),，通過壓力測點測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)以下噴淋層運行工況下進行：2和3噴淋層運行，距中心線高度3.6m;1和4噴淋層運行,，距中心線高度4.4m;2和4噴淋層運行,，距中心線ymya4.4m;2、3和4層噴淋層運行,，距中心線高度4.4m;3和4層噴淋層運行,，距中心線高度4.4m;1、2層運行,，距中心線高度2.8m,。
表1列出了無噴淋狀態(tài)下，煙氣流速對吸收塔沿程阻力的影響,。表2,、表3為試驗條件下，調整噴淋層運行狀態(tài)對吸收塔壓降的影響,。
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，在試驗條件下,，當煙氣流速為2.5m/s時,，吸收塔沿程阻力損失為35Pa當煙氣流速為3.5m/s時，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100Pa以上,。
從表2可知，當吸收塔噴淋密度不變時,，吸收塔的總壓降隨噴淋高度增加而增加,。從表3可知，當吸收塔噴淋高度不變時,，吸收塔內(nèi)的噴淋密度增加,，吸收塔總阻力增加
1.1.3 濕法脫硫設備脫硫性能試驗研究
試驗裝置處理氣量10000m3/h，整個裝置山模擬煙氣配制系統(tǒng),、石灰石制漿計量系統(tǒng),、吸收氧化系統(tǒng)和排漿系統(tǒng)組成。凸凹面多孔板環(huán)長為4.9m,，寬為20mm,，板環(huán)中有約為5mm的孔，孔距為8mm,，開孔率約為20%,，安裝在兩層噴嘴中間位置，安裝角度為25度,。
試驗臺的主要特點是：物理,、化學模擬試驗兼顧;系統(tǒng)有一定的可調性,，空塔流速可在3-6m/s的范圍內(nèi)變動;吸收塔有效噴淋高度可調節(jié)，高為6m,。試驗結果分別見表4,、表5。滿負荷時,，四層噴淋,，煙氣流速 3.5m/s;70%負荷時，三層噴淋,，煙氣流速2.4m/s,。試驗條件：滿負荷時，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,，有效地實現(xiàn)了沿壁而下的“瀑布”式漿液的再分配,、強化了傳質過程，改善了表面反應速率,。由表4 可知,，當SO2濃度不變，液氣比不變,，煙氣滿負荷時,，脫硫效率隨板環(huán)層數(shù)的增加而增加。同時,，吸收塔系統(tǒng)壓降也增加,，值得注意的是，當塔內(nèi)高有一層板環(huán)時,，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,，當煙氣負荷降至70%時,，在無板環(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;當設有兩層板環(huán)時,，脫硫脫硫可達95%，但吸收塔系統(tǒng)壓降基本不變,。這個結果說明,，當脫硫塔運行在機組低負荷的狀態(tài)下，若使脫硫效率達90%以上，必須4臺循環(huán)運行,，將增加系統(tǒng)能耗，這說明板環(huán)不僅具有提高脫硫效率的優(yōu)點,，也具有吸收塔在低負荷運行狀態(tài)下的節(jié)能作用,。
1.2 關鍵裝備升級優(yōu)化
1.2.1 高效除霧器技術
通過數(shù)值模擬和設計優(yōu)化等措施，考察了布置方式,、氣流分布對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、擴散角,、沖洗液滴粒徑等因素的影響關系,，研發(fā)出適合我國國情的系列脫硫除霧器，實現(xiàn)了脫硫除霧器設計和制造的國產(chǎn)化,，該系列脫硫除霧器市場占有率達30%以上,。除霧器可適應的煙塵濃度為600mg/m3，除霧器臨界流速為4.5m/s,。
1.2.2 物料分配技術
針對濕法煙氣脫硫裝置中一級旋流脫水和二級皮帶脫水系統(tǒng)之間的連接,、切換、分配系統(tǒng)存在的問題,，結合旋流器底流一般設計采用自流到脫水皮帶機的設計特點,，通過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皮帶機,。該技術的應用,，使得脫硫石膏的含水率從10%-12%降至8%-10%。
1.3 技術集成及升級優(yōu)化
濕式高性能煙氣脫硫技術采用石灰石濕法脫硫工藝,，反應在吸收塔中完成,，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)生化學反應,，生成二水硫酸鈣(CaSO4.2H2O)即石膏;脫硫后的煙氣依次經(jīng)過除霧器除去霧滴,、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和實施，同時根據(jù)該工藝實施需要,，創(chuàng)新了成套高流速平板除霧和脫硫石膏一,、二級脫水裝置分配設備，使得濕式高性能煙氣脫硫工藝及其關鍵設備形成一整套完整的工藝設備體系,。
2,、主要技術特點
2.1 關鍵問題研究使得系統(tǒng)性能提高
經(jīng)過多年試驗和研究，開發(fā)了在吸收塔內(nèi)以氣液分配提效技術為核心的濕式高性能脫硫技術。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,，同時裝置具有漿液會聚功能,，使掛壁的吸收漿液會聚并進行再分配，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,。當僅在底層噴淋層設置凸凹面多孔板環(huán)時，脫硫效率可提高5%-10%,，而此時吸收塔系統(tǒng)的壓力降幾乎沒變;在低負荷條件下,，凸凹面多孔板環(huán)的提效作用可減少循環(huán)泵的運行臺數(shù)，降低能耗,，實現(xiàn)低負荷運行狀態(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，降低工程投資和運行成本,，亦即氣液分配技術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 濕法脫硫成套設備開發(fā)使得系統(tǒng)穩(wěn)定性提高
濕法脫硫設備主要技術特點解析,。
通過流場模擬,、性能試驗等，研制出適合高流速,、高煙塵等復雜工況的系列脫硫除霧器,，實現(xiàn)了脫硫除霧器設計技術和制造技術的國產(chǎn)化，形成了高效率,、低壓降,、沖洗效果好、適合國情的高流速除霧器,、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及其關鍵設備的成功開發(fā)，不僅使SO2的脫除效率提高,，而且整個系統(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)的運行費用。
通過物料分配裝置優(yōu)化設計,、設備改造和研制,，有效解決了國內(nèi)脫硫裝置一級旋流脫水和二級皮帶脫水系統(tǒng)之間分配系統(tǒng)復雜、切換不便;容易堵塞,，耐腐耐磨性能差;工作環(huán)境差,，難維護，不利于文明生產(chǎn)等問題,，提高了脫硫副產(chǎn)物的脫水性能。同時脫水系統(tǒng)采用多功能三位四通,、多位多通系列分配器,，不僅解決并增強了系統(tǒng)切換功能，而且能實現(xiàn)多通道同時使用且漿液均勻分配的功能,，增強了脫硫石膏脫水系統(tǒng)對負荷的適應能力,，提高了脫水系統(tǒng)的處理效率，簡化了系統(tǒng),。
3,、結語
濕式高性能脫硫技術已成功應用于國內(nèi)多個火電機組脫硫工程，多年的運行經(jīng)驗表明：在機組負荷為30%-110%時,，各設備運行穩(wěn)定,，技術參數(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)于設計值;在機組負荷時,，脫硫效率提高了約5%-10%,，其他參數(shù)明顯得到優(yōu)化提高;在機組負荷50%-70%時，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)簡單,，易于操作，監(jiān)控性強,。整套脫硫裝置具有高效,、節(jié)能、可靠的特點,。
該技術的成功運用,，有效改善了脫硫工程技術現(xiàn)狀，在燃煤電廠脫硫提效、升級優(yōu)化,、節(jié)能降耗改造中,，具有強大的競爭力，推廣前景廣闊,。
本文主要描述了濕法脫硫設備主要技術特點解析,。
