柯昌華，陳 捷

(1.浙江新綠智匯環(huán)保科技有限公司，浙江 杭州 310023；2.瑪蘇萊新綠(杭州)環(huán)保技術(shù)有限公司，浙江 杭州 310023)

吸收塔漿液再分布裝置在WFGD升級(jí)改造中的應(yīng)用

柯昌華1,2，陳 捷1,2

(1.浙江新綠智匯環(huán)?？萍加邢薰?，浙江 杭州 310023；2.瑪蘇萊新綠(杭州)環(huán)保技術(shù)有限公司，浙江 杭州 310023)

介紹了吸收塔漿液再分布裝置(Absorber Liquid Redistribution Devices ,ALRDs)結(jié)構(gòu)、原理和性能，揭示了ALRDs裝置能消除吸收塔塔壁SO2“逃逸”現(xiàn)象，改善塔壁的氣液接觸，強(qiáng)化脫硫過(guò)程的傳質(zhì)，提高已建WFGD吸收塔的脫硫效率或者降低新建WFGD吸收塔所需要的液氣比。重點(diǎn)介紹了ALRDs在B.L. England電廠(chǎng)2號(hào)機(jī)濕法FGD升級(jí)改造中的應(yīng)用，經(jīng)測(cè)試，安裝兩級(jí)ALRDs裝置后，脫硫效率從93%提升到了97%。工程應(yīng)用表明，ALRDs裝置能提高已建WFGD裝置的脫硫效率，比較適合WFGD超低排放行動(dòng)計(jì)劃中的脫硫性能升級(jí)改造。

濕法煙氣脫硫；吸收塔漿液再分布裝置；塔壁SO2“逃逸”; 氣液接觸；脫硫效率；液氣比；升級(jí)改造

0 引言

濕法煙氣脫硫技術(shù)(WFGD)的應(yīng)用已經(jīng)有近40年的歷史。隨著人類(lèi)對(duì)生存環(huán)境的日益重視，各國(guó)相繼制定了日益嚴(yán)格的SO2排放標(biāo)準(zhǔn)，濕法煙氣脫硫技術(shù)也得到了不斷的進(jìn)步和發(fā)展。在濕法煙氣脫硫技術(shù)的發(fā)展過(guò)程中，從第二代濕法煙氣脫硫技術(shù)開(kāi)始，研發(fā)人員主要把精力集中在了核心設(shè)備吸收塔上，如何改善和提高氣液接觸，提高傳質(zhì)特性，提高脫硫性能，從而減少吸收塔的尺寸，降低液氣比，顯著降低投資和運(yùn)行費(fèi)用。其中，比較有特點(diǎn)的是MET的ALRDs噴淋空塔、MHI的填料塔、MHI的液柱空塔、B&W的托盤(pán)噴淋空塔、千代田的JBR鼓泡塔等[1-2]。

在我國(guó)，隨著“史上最嚴(yán)”的新標(biāo)準(zhǔn)《火電廠(chǎng)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB13223-2011)的實(shí)施，特別是2014年9月《煤電節(jié)能減排升級(jí)與改造行動(dòng)計(jì)劃(2014-2020年)》的發(fā)布，以及2015年12月國(guó)務(wù)院常務(wù)會(huì)議決定在2020年之前全面實(shí)施燃煤電廠(chǎng)超低排放和節(jié)能改造，一個(gè)新的脫硫超低排放改造市場(chǎng)已經(jīng)形成[3]。按照超低排放的要求(SO2排放濃度小于35mg/m3)[4]，對(duì)于燃煤硫分為1%的WFGD，脫硫效率約需要高達(dá)98.5%以上。為了長(zhǎng)期穩(wěn)定地滿(mǎn)足如此高的脫硫效率，國(guó)內(nèi)進(jìn)行了種高效脫硫技術(shù)的嘗試和研發(fā)，并進(jìn)行大量相應(yīng)工程的應(yīng)用。其中，主流的技術(shù)措施包括：?jiǎn)嗡螂p塔雙循環(huán)、串塔、旋匯耦合、增加噴淋層、單托盤(pán)或雙托盤(pán)、增加提效環(huán)(增效環(huán))等[5-11]。本文旨在介紹MET公司專(zhuān)利技術(shù)ALRDs裝置以及在B.L. England電廠(chǎng)脫硫升級(jí)改造過(guò)程中的具體應(yīng)用。

1 ALRDs裝置介紹

1.1 ALRDs開(kāi)發(fā)背景

美國(guó)瑪蘇萊環(huán)保技術(shù)公司(Marsulex Environmental Technologies, MET)，在美國(guó)B. L. England和Petersburgh等電廠(chǎng)的吸收塔上測(cè)試了SO2濃度在吸收塔截面徑向上的變化，測(cè)試結(jié)果表明SO2沿塔壁存在“逃逸”現(xiàn)象。SO2“逃逸”產(chǎn)生的原因如下：由于客觀(guān)條件的限制，靠近吸收塔內(nèi)壁位置的漿液噴淋密度與吸收塔中心位置相比要低得多；同時(shí)，漿液在噴到吸收塔內(nèi)壁上時(shí)，會(huì)形成液膜沿吸收塔內(nèi)壁流下來(lái)，這部分氣液接觸面的傳質(zhì)效果非常差。這部份煙氣沒(méi)有經(jīng)過(guò)足夠的氣液接觸便離開(kāi)吸收塔，這樣就造成了含高SO2的煙氣沿吸收塔內(nèi)壁的“逃逸”。

為了消除塔壁SO2“逃逸”現(xiàn)象，改善塔壁的氣液接觸(見(jiàn)圖1)，提高傳質(zhì)效果，從而提高脫硫效率，20世紀(jì)90年代MET公司開(kāi)發(fā)出了專(zhuān)利的ALRDs裝置[12]。

圖1 裝ALRDs后吸收塔塔壁附近氣液接觸的改善

1.2 ALRDs的結(jié)構(gòu)與材質(zhì)

ALRDs裝置是一層或幾層安裝在吸收塔壁同時(shí)向下傾斜一定角度的板，位于噴淋層的下面。ALRDs的一端固定在塔壁，自由端呈鋸齒狀。ALRDs將沿塔壁下流的漿液重新導(dǎo)入到煙氣中參與氣液接觸。鋸齒狀的自由端將沿塔壁下流的“漿液膜”撕裂成細(xì)小的液滴。ALRDs裝置具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便的特點(diǎn)。ALRDs的材料可用耐腐蝕的合金、陶瓷、FRP和碳鋼襯玻璃鱗片等。

1.4 ALRDs性能

ALRDs對(duì)吸收塔脫硫性能的影響與塔徑以及ALRDs安裝的數(shù)量有關(guān)。ALRDs能消除吸收塔塔壁的SO2“逃逸”現(xiàn)象，改善塔壁的氣液接觸，提高傳質(zhì)效果，從而降低液氣比或提高脫硫效率，但是吸收塔的阻力損失增加基本可以忽略不計(jì)(小于25Pa)[13]。對(duì)于新FGD裝置的吸收塔，在給定的進(jìn)口SO2濃度的條件下，與不裝ALRDs的吸收塔相比，安裝ALRDs的設(shè)計(jì)需要的液氣比小，從而可以需要的噴淋層層數(shù)少(電耗減少、塔高降低、前期投資降低、后期運(yùn)行成本減少)或者選擇一樣的噴淋層數(shù)但流量小的循環(huán)泵(電耗減少、前期投資降低、后期運(yùn)行成本減少)。

對(duì)于現(xiàn)有FGD裝置的吸收塔的改造升級(jí)，安裝ALRDs則有如下優(yōu)勢(shì)：

(1)解列1臺(tái)循環(huán)泵而維持脫硫效率不變；

(2)在電耗不增加的情況下脫除更多的SO2，脫硫效率可以增加3%～4%；

(3)鍋爐可以燒更高硫分的煤而SO2依然能達(dá)標(biāo)排放。

如圖2所示，在一個(gè)直徑12.2m的吸收塔安裝ALRDs后，脫硫率大約從94%提高到98%(當(dāng)3臺(tái)循環(huán)泵在運(yùn)行時(shí))。從圖中還可看出，安裝ALRDs后，解列1臺(tái)循環(huán)泵(即運(yùn)行2臺(tái))，脫硫率可達(dá)95%，比安裝ALRDs前運(yùn)行3臺(tái)循環(huán)泵的脫硫率94%還要高1%左右，也就是安裝ALRDs后，可以少運(yùn)行1臺(tái)循環(huán)泵。

圖2 ALRDs對(duì)脫硫效率的影響

2 應(yīng)用實(shí)例

2.1 新脫硫項(xiàng)目

在中國(guó)最早采用MET公司的石灰石—石膏濕法煙氣脫硫技術(shù)的大型機(jī)組是粵電沙角A電廠(chǎng)5號(hào)機(jī)組(300MW)。該脫硫裝置的吸收塔建造時(shí)就安裝有ALRDs，脫硫系統(tǒng)于2004年3月16日168h試運(yùn)行并移交試生產(chǎn)[15]。從沙角A電廠(chǎng)開(kāi)始，MET公司在中國(guó)煙氣脫硫市場(chǎng)上取得了發(fā)展，脫硫裝置吸收塔均采用了ALRDs裝置。

2.2 煙氣脫硫改造

從1997年開(kāi)始，MET的ALRDs已在美國(guó)26套(裝機(jī)容量18674MW)FGD裝置的升級(jí)改造中得到了應(yīng)用。以2010年5月投入運(yùn)行的B.L. England電廠(chǎng)2號(hào)機(jī)組FGD升級(jí)改造為例介紹[15]。

B.L. England電廠(chǎng)2號(hào)機(jī)組的濕式石灰石-石膏法FGD于1994年投入運(yùn)行以滿(mǎn)足EPA 1990年通過(guò)的《潔凈空氣法案》。新澤西州環(huán)保局2006年頒布的行政許可(ACO)要求B.L. England電廠(chǎng)2號(hào)機(jī)組在2010年5月1日前滿(mǎn)足更嚴(yán)格的SO2排放要求，即脫硫效率由原設(shè)計(jì)的93%提高到97%。2號(hào)機(jī)設(shè)計(jì)煤種硫分為3.2%，進(jìn)口SO2濃度為6278mg/m3。

2009年該電廠(chǎng)啟動(dòng)2號(hào)機(jī)的FGD升級(jí)改造，加裝ALRDs裝置，液氣比不變且FGD系統(tǒng)的阻力基本不變，將吸收塔漿液的含固量由原設(shè)計(jì)的15%提到至18%～20%，其他工藝設(shè)備不需要更換。B.L. England電廠(chǎng)2號(hào)機(jī)FGD系統(tǒng)有100%煙氣旁路，采用濕煙囪排放凈煙氣，吸收塔共設(shè)計(jì)有5層噴淋層(其中最上面的第5層作為備用層)，吸收塔為碳鋼襯橡膠材料。改造后，依然只需要運(yùn)行4層噴淋層，備用噴淋層的保留大大保證了原主機(jī)發(fā)電的可靠率。2號(hào)機(jī)組FGD吸收塔安裝兩級(jí)ALRDs，分別安裝在第2、3層噴淋層和第3、4層噴淋層之間，材料采用合金2205。受吸收塔人孔門(mén)大小及工期短的影響，ALRDs為分段設(shè)計(jì)，采用支座與吸收塔塔壁固定。

改造后FGD系統(tǒng)的運(yùn)行方式由改造前的保證脫硫效率改為保證出口SO2濃度滿(mǎn)足排放標(biāo)準(zhǔn)。需要說(shuō)明的是，由于電廠(chǎng)實(shí)際燃煤硫含量低于設(shè)計(jì)煤種的硫含量，采用新的運(yùn)行方式(即保證出口SO2濃度滿(mǎn)足排放標(biāo)準(zhǔn))后，脫硫效率略低于97%。美國(guó)EPA從2010年4月20日至2010年12月20日的8個(gè)月期間對(duì)B.L. England電廠(chǎng)2號(hào)機(jī)SO2排放數(shù)據(jù)進(jìn)行了連續(xù)的監(jiān)測(cè)和滿(mǎn)足新澤西州環(huán)保局行政許可(ACO)要求的排放標(biāo)準(zhǔn)。

3 結(jié)語(yǔ)

MET的ALRDs專(zhuān)利裝置能消除吸收塔塔壁SO2“逃逸”現(xiàn)象，很好的改善塔壁的氣液接觸，強(qiáng)化傳質(zhì)，能顯著提高脫硫效率或者降低液氣比。ALRDs還具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便、安裝后基本不增加吸收塔的阻力損失等特點(diǎn)，是一種節(jié)能降耗的裝置，不但可以適用于新建脫硫塔，也可以適用于舊脫硫塔的改造升級(jí)，在當(dāng)前國(guó)內(nèi)燃煤鍋爐煙氣“超低排放”行動(dòng)計(jì)劃中有比較好的應(yīng)用前景。

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Application of absorber liquid redistribution devices in wet FGD upgrade

The structure, theory and performance of Absorber Liquid Redistribution Devices (ALRDs) are described. It is revealed that ALRDs can mitigate the phenomena known as “sneakage” of SO2along the absorber wall, improve the gas-liquid contact and enhance the mass transfer between the gas and liquid and so can increase the SO2removal efficiency for the existed WFGD absorbers or reduce the Liquid-to-Gas ratio for the new-built WFGD absorbers. And the application of MET ALRDs in Wet FGD performance upgrade at B.L. England Unit 2 is emphatically presented and the test results show that the SO2removal efficiency increases from 93% to 97% after the installation of two levels of MET ALRDs. The upgrade application shows that MET ALRDs can significantly increase the SO2removal efficiency for the existed WFGD absorbers and also shows that MET ALRDs are more suitable for the performance upgrade in the Ultra-low-emission Action Plant.

WFGD; Absorber Liquid Redistribution Devices (ALRDs); SO2sneakage along absorber wall; gas-liquid contact; SO2removal efficiency; liquid-to-gas ratio; WFGD upgrade

X701.3

B

1674-8069(2017)03-028-03

2016-11-22；

2016-12-20

柯昌華(1974-)，男，湖北黃石人，工程師，碩士，主要從事煙氣脫硫技術(shù)的設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)和研究工作。E-mail: kech@ngse.com.cn