王　祥, 尹凌霄, 錢(qián)成龍

(江蘇省宏源電力建設(shè)監(jiān)理有限公司， 南京 210096)

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單塔雙循環(huán)技術(shù)在1 000 MW燃煤機(jī)組的應(yīng)用

王祥, 尹凌霄, 錢(qián)成龍

(江蘇省宏源電力建設(shè)監(jiān)理有限公司， 南京 210096)

研究了雙循環(huán)吸收塔在1 000 MW燃煤機(jī)組中的應(yīng)用,主要是調(diào)節(jié)參數(shù)液氣比和漿液pH值對(duì)其脫硫效率的影響。結(jié)果表明：脫硫效率隨液氣比和漿液pH值增大而增大，但增加趨勢(shì)逐漸變緩，一般將吸收塔pH值控制在4.6～5.0，AFT的pH值控制在5.8～6.2。同時(shí)還考察了雙循環(huán)吸收塔能否適應(yīng)煤種和負(fù)荷的突變，發(fā)現(xiàn)其適應(yīng)性較強(qiáng)。雙循環(huán)吸收塔低pH值的冷卻回路可以保證很好的石膏品質(zhì)，并大大提高氧化速度，降低氧化風(fēng)機(jī)電耗。

濕法脫硫； pH值； 雙循環(huán)

各類(lèi)大氣污染物中，燃煤排放的污染物亟需處理，火電機(jī)組燃煤SO2減排是目前我國(guó)大氣污染控制領(lǐng)域最緊迫的任務(wù)。環(huán)保部發(fā)布的GB 1312—2011 《火電廠(chǎng)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》要求重點(diǎn)區(qū)域的燃煤鍋爐SO2排放的質(zhì)量濃度限值為50 mg/m3。筆者介紹了某電廠(chǎng)2臺(tái)1 000 MW超超臨界二次再熱機(jī)組采用雙循環(huán)石灰石-石膏濕法煙氣脫硫(WFGD)技術(shù)，設(shè)計(jì)要求在鍋爐BMCR工況下，凈煙氣中SO2排放質(zhì)量濃度小于35 mg/m3。

1　濕法脫硫SO2吸收機(jī)理

WFGD反應(yīng)機(jī)理復(fù)雜，對(duì)于吸收機(jī)理以雙膜理論模型的應(yīng)用最廣(見(jiàn)圖1)，把吸收過(guò)程簡(jiǎn)化為通過(guò)氣膜和液膜的分子擴(kuò)散[1]。

主要反應(yīng)為煙氣中SO2與石灰石中CaCO3反應(yīng)。根據(jù)WFGD工藝，吸收塔可分為噴淋區(qū)和漿液池兩個(gè)反應(yīng)區(qū)[2]。

(1) 當(dāng)漿液pH值為5.5～7時(shí)，噴淋區(qū)煙氣和石灰石漿液逆流接觸，主要反應(yīng)如下：

SO2(g)?SO2(aq)SO2溶解

(1)

SO2+H2O?H2SO3SO2水解

(2)

H2SO3電離

(3)

石灰石溶解

(4)

(5)

噴淋區(qū)總反應(yīng)為：

CaCO3+SO2+2H2O?CaSO3·2H2O+CO2

(6)

(7)

(8)

(9)

CaCO3+H2SO4+H2O?CaSO4·2H2O+CO2

(10)

2　雙循環(huán)工藝

雙循環(huán)工藝見(jiàn)圖3，這類(lèi)雙循環(huán)吸收塔有一個(gè)冷卻回路和一個(gè)吸收回路。

煙氣進(jìn)入吸收塔，先經(jīng)過(guò)下層冷卻回路，與噴淋層噴出的漿液逆流接觸，得到冷卻、預(yù)洗滌，脫除部分SO2后，通過(guò)導(dǎo)流葉片進(jìn)入上層吸收回路，進(jìn)一步吸收SO2，凈煙氣經(jīng)除霧器后，排入煙囪。煙氣中SO2的脫除分兩級(jí)完成，集液碗將脫硫區(qū)分隔為上、下兩個(gè)回路[2]。本工程采用的雙循環(huán)吸收塔，冷卻回路由吸收塔漿液池、2臺(tái)吸收塔漿液循環(huán)泵、2層噴淋管等組成;上層吸收回路由集液斗、AFT(Absorber Feed Tank)漿液池、4臺(tái)AFT漿液循環(huán)泵、4層噴淋管等組成。兩個(gè)回路pH值不同，冷卻回路在低pH值下運(yùn)行，吸收回路在高pH值下運(yùn)行。

3　雙循環(huán)脫硫效率影響因素

3.1 液氣比對(duì)脫硫效率的影響

在WFGD工藝中，Ca2+濃度是影響SO2吸收的關(guān)鍵因素之一，然而石灰石難溶，因此，可通過(guò)提高液氣比，增加漿液的循環(huán)倍率，提高漿液的湍流度，增加氣液接觸，從而提高SO2吸收速率。對(duì)于WFGD工藝，探究液氣比對(duì)脫硫效率的影響非常必要。

實(shí)際運(yùn)行時(shí)，液氣比通過(guò)改變漿液循環(huán)泵的投入數(shù)量來(lái)調(diào)節(jié)。在總液氣比相同的情況下，為比較吸收塔漿液泵和AFT漿液泵對(duì)脫硫效率影響的差異，對(duì)兩種不同工況進(jìn)行比較(見(jiàn)表1)。工況1，2臺(tái)吸收塔漿液泵+2臺(tái)AFT漿液泵；工況2，1臺(tái)吸收塔漿液泵+3臺(tái)AFT漿液泵。比較發(fā)現(xiàn)，吸收塔漿液泵對(duì)脫硫效率影響更大，原因可能是吸收塔內(nèi)的集液碗對(duì)塔內(nèi)煙氣分布產(chǎn)生影響，在集液碗上方存在一定空間的“死區(qū)”，減弱了氣液接觸，對(duì)SO2吸收不利[3]。

表1　吸收塔漿液泵和AFT漿液泵比較

實(shí)際調(diào)試過(guò)程中，為保證SO2排放不超標(biāo)，吸收塔2臺(tái)漿液泵全投，通過(guò)調(diào)整AFT漿液泵投入數(shù)量來(lái)調(diào)節(jié)液氣比，進(jìn)一步研究液氣比對(duì)脫硫效率的影響(見(jiàn)圖4)。

由圖4可見(jiàn)：脫硫效率隨液氣比的增加而增加，但增加趨勢(shì)逐漸變緩。隨著液氣比的增加，塔內(nèi)漿液噴淋密度增加，傳質(zhì)單元增加，氣液接觸總面積增加，漿液中總堿量也相應(yīng)增加，液膜增強(qiáng)系數(shù)增大，從而提高傳質(zhì)系數(shù)；同時(shí)，液氣比增加，加劇氣液傳質(zhì)液膜表面處的擾動(dòng)，氣液傳質(zhì)液膜厚度減小，傳質(zhì)系數(shù)增加。

當(dāng)液氣比超過(guò)一定值，脫硫效率增加趨勢(shì)減緩，因?yàn)橐簹獗仍黾拥揭欢ǔ潭?，液滴凝聚加劇，氣液傳質(zhì)面積不再增加，液膜擾動(dòng)引起的傳質(zhì)速率增加幅度減小。在一定的液氣比范圍內(nèi)，可以保證脫硫效率保持在較高水平，但繼續(xù)增加液氣比對(duì)提高脫硫效率影響很小，而且還會(huì)使塔內(nèi)的壓降增大，風(fēng)機(jī)能耗增大[3-4]。

3.2 漿液pH值對(duì)脫硫效率的影響

對(duì)于雙pH值的雙循環(huán)吸收塔，漿液pH值控制非常重要。漿液的pH值不僅影響SO2吸收，石灰石、CaSO4·2H2O、CaSO3·1/2H2O的溶解度以及亞硫酸鈣的氧化速率，同時(shí)還影響系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，如結(jié)垢、堵塞及腐蝕等[5-9]。實(shí)際運(yùn)行中，一般將吸收塔pH值控制在4.6～5.0，AFT的pH值控制在5.8～6.2，與文獻(xiàn)[3-4]的研究結(jié)果相似。

圖5為吸收塔漿液pH值對(duì)其脫硫效率的影響。從圖5中可見(jiàn)：隨著吸收塔pH值升高，脫硫效率逐漸升高，但趨勢(shì)變緩。原因?yàn)殡S著pH值升高，循環(huán)漿液堿度增大，液膜增強(qiáng)系數(shù)增大，傳質(zhì)系數(shù)增大，SO2的吸收速率增大；但是pH值增加不利于石灰石的溶解，液膜增強(qiáng)系數(shù)的增加幅度逐漸減小，脫硫效率的增加趨于緩慢。

3.3 入口SO2質(zhì)量濃度對(duì)脫硫效率的影響

3.4 滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行狀況

考察雙循環(huán)吸收塔在機(jī)組168 h試運(yùn)期間運(yùn)行狀況(見(jiàn)表2)，長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的脫硫效率≥99.0%，凈煙氣SO2排放質(zhì)量濃度≤20 mg/m3，優(yōu)于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

表2　滿(mǎn)負(fù)荷168 h試運(yùn)期間運(yùn)行狀況

考察雙循環(huán)吸收塔出產(chǎn)石膏的品質(zhì)，結(jié)果見(jiàn)表3。檢測(cè)數(shù)據(jù)顯示，石膏品質(zhì)優(yōu)良：CaSO4·2H2O純度較高，難脫水的CaSO3·1/2H2O含量低，同時(shí)氯化物含量低。雙循環(huán)吸收塔低pH值的冷卻回路可以保證很好的石膏品質(zhì)，并大大提高氧化速度，降低氧化風(fēng)機(jī)電耗。

表3　雙循環(huán)吸收塔排出石膏檢測(cè)　%

4　結(jié)語(yǔ)

筆者研究了雙循環(huán)吸收塔脫硫特性，同時(shí)考察了氣、液相參數(shù)對(duì)雙循環(huán)濕法脫硫的影響規(guī)律，得出如下結(jié)論：

(1) 脫硫效率隨液氣比的增加而增加，但增加趨勢(shì)逐漸變緩；同時(shí)在總液氣比相同的情況下，投用吸收塔漿液循環(huán)泵，脫硫效率更高。

(2) 脫硫效率隨吸收塔pH值增大而增大，增加趨勢(shì)逐漸變緩，一般將吸收塔pH值控制在4.6～5.0，AFT的pH值控制在5.8～6.2。

(3) 脫硫效率隨著入口SO2質(zhì)量濃度的增大而降低，當(dāng)入口SO2質(zhì)量濃度較小時(shí)，脫硫效率的降低比較緩慢，當(dāng)其超過(guò)臨界值時(shí)，脫硫效率才會(huì)急劇下降，說(shuō)明雙循環(huán)吸收塔對(duì)煤種和負(fù)荷的突變有一定適應(yīng)性。

(4) 低pH值的冷卻回路可以保證很好的石膏品質(zhì)，并大大提高氧化速度，降低氧化風(fēng)機(jī)電耗。

(5) 采用雙循環(huán)脫硫技術(shù)機(jī)組脫硫指標(biāo)完全達(dá)到預(yù)期的效果，SO2排放量?jī)?yōu)于標(biāo)準(zhǔn)要求。

[1] 鐘秦. 燃煤煙氣脫硫脫硝技術(shù)及工程實(shí)例[M]. 2版. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 2007.

[3] 田立江. 雙循環(huán)多級(jí)水幕反應(yīng)器脫硫性能研究[D]. 徐州: 中國(guó)礦業(yè)大學(xué), 2010.

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[5] 杜謙. 并流有序降膜組脫除煙氣中SO2過(guò)程的研究[D]. 哈爾濱: 哈爾濱工業(yè)大學(xué), 2004.

[6] 杜謙, 馬春元, 董勇, 等. 循環(huán)漿液pH值對(duì)濕法煙氣脫硫過(guò)程的影響[J]. 熱能動(dòng)力工程, 2006, 21(5): 491-495.

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Application of Single-tower Double-recycling Desulfurization Technology in 1 000 MW Coal-fired Units

Wang Xiang, Yin Lingxiao, Qian Chenglong

(Jiangsu Hongyuan Electric Power Construction Supervision Co., Ltd., Nanjing 210096, China)

The application status of double-recycling absorption tower in 1 000 MW coal-fired units was analyzed, so as to study the effects of following setting parameters on the desulfurization efficiency, such as the liquid-gas ratio and the slurry pH value, etc. Results show that the desulfurization efficiency increases with rising liquid-gas ratio and slurry pH value, but the rising rate gradually slows down, and the pH value is generally controlled within 4.6～5.0 for absorption tower, and within 5.8～6.2 for AFT tower. The technology is also proved to have strong adaptability to coal category and load variation through experiments. For double-recycling absorption tower, the low pH value cooling loop ensures better gypsum quality, which can significantly enhance the oxidation rate and therefore reduce the power consumption of relevant oxidation fans.

wet flue gas desulfurization; pH value; double-recycling

2016-03-05

王祥(1988—)，男，工程師，主要從事火電建設(shè)工作。

E-mail: 510162781@qq.com

X701.3

A

1671-086X(2016)05-0325-04