单塔双循环技术在1 000 MW燃煤机组的应用

王　祥, 尹凌霄, 钱成龙

(江苏省宏源电力建设监理有限公司， 南京 210096)



单塔双循环技术在1 000 MW燃煤机组的应用

王祥, 尹凌霄, 钱成龙

(江苏省宏源电力建设监理有限公司， 南京 210096)

研究了双循环吸收塔在1 000 MW燃煤机组中的应用,主要是调节参数液气比和浆液pH值对其脱硫效率的影响。结果表明：脱硫效率随液气比和浆液pH值增大而增大，但增加趋势逐渐变缓，一般将吸收塔pH值控制在4.6～5.0，AFT的pH值控制在5.8～6.2。同时还考察了双循环吸收塔能否适应煤种和负荷的突变，发现其适应性较强。双循环吸收塔低pH值的冷却回路可以保证很好的石膏品质，并大大提高氧化速度，降低氧化风机电耗。

湿法脱硫； pH值； 双循环

各类大气污染物中，燃煤排放的污染物亟需处理，火电机组燃煤SO2减排是目前我国大气污染控制领域最紧迫的任务。环保部发布的GB 1312—2011 《火电厂大气污染物排放标准》要求重点区域的燃煤锅炉SO2排放的质量浓度限值为50 mg/m3。笔者介绍了某电厂2台1 000 MW超超临界二次再热机组采用双循环石灰石-石膏湿法烟气脱硫(WFGD)技术，设计要求在锅炉BMCR工况下，净烟气中SO2排放质量浓度小于35 mg/m3。

1　湿法脱硫SO2吸收机理

WFGD反应机理复杂，对于吸收机理以双膜理论模型的应用最广(见图1)，把吸收过程简化为通过气膜和液膜的分子扩散[1]。

主要反应为烟气中SO2与石灰石中CaCO3反应。根据WFGD工艺，吸收塔可分为喷淋区和浆液池两个反应区[2]。

(1) 当浆液pH值为5.5～7时，喷淋区烟气和石灰石浆液逆流接触，主要反应如下：

SO2(g)↔SO2(aq)SO2溶解

(1)

SO2+H2O↔H2SO3SO2水解

(2)

H2SO3电离

(3)

石灰石溶解

(4)

(5)

喷淋区总反应为：

CaCO3+SO2+2H2O↔CaSO3·2H2O+CO2

(6)

(7)

(8)

(9)

CaCO3+H2SO4+H2O↔CaSO4·2H2O+CO2

(10)

2　双循环工艺

双循环工艺见图3，这类双循环吸收塔有一个冷却回路和一个吸收回路。

烟气进入吸收塔，先经过下层冷却回路，与喷淋层喷出的浆液逆流接触，得到冷却、预洗涤，脱除部分SO2后，通过导流叶片进入上层吸收回路，进一步吸收SO2，净烟气经除雾器后，排入烟囱。烟气中SO2的脱除分两级完成，集液碗将脱硫区分隔为上、下两个回路[2]。本工程采用的双循环吸收塔，冷却回路由吸收塔浆液池、2台吸收塔浆液循环泵、2层喷淋管等组成;上层吸收回路由集液斗、AFT(Absorber Feed Tank)浆液池、4台AFT浆液循环泵、4层喷淋管等组成。两个回路pH值不同，冷却回路在低pH值下运行，吸收回路在高pH值下运行。

3　双循环脱硫效率影响因素

3.1 液气比对脱硫效率的影响

在WFGD工艺中，Ca2+浓度是影响SO2吸收的关键因素之一，然而石灰石难溶，因此，可通过提高液气比，增加浆液的循环倍率，提高浆液的湍流度，增加气液接触，从而提高SO2吸收速率。对于WFGD工艺，探究液气比对脱硫效率的影响非常必要。

实际运行时，液气比通过改变浆液循环泵的投入数量来调节。在总液气比相同的情况下，为比较吸收塔浆液泵和AFT浆液泵对脱硫效率影响的差异，对两种不同工况进行比较(见表1)。工况1，2台吸收塔浆液泵+2台AFT浆液泵；工况2，1台吸收塔浆液泵+3台AFT浆液泵。比较发现，吸收塔浆液泵对脱硫效率影响更大，原因可能是吸收塔内的集液碗对塔内烟气分布产生影响，在集液碗上方存在一定空间的“死区”，减弱了气液接触，对SO2吸收不利[3]。

表1　吸收塔浆液泵和AFT浆液泵比较

实际调试过程中，为保证SO2排放不超标，吸收塔2台浆液泵全投，通过调整AFT浆液泵投入数量来调节液气比，进一步研究液气比对脱硫效率的影响(见图4)。

由图4可见：脱硫效率随液气比的增加而增加，但增加趋势逐渐变缓。随着液气比的增加，塔内浆液喷淋密度增加，传质单元增加，气液接触总面积增加，浆液中总碱量也相应增加，液膜增强系数增大，从而提高传质系数；同时，液气比增加，加剧气液传质液膜表面处的扰动，气液传质液膜厚度减小，传质系数增加。

当液气比超过一定值，脱硫效率增加趋势减缓，因为液气比增加到一定程度，液滴凝聚加剧，气液传质面积不再增加，液膜扰动引起的传质速率增加幅度减小。在一定的液气比范围内，可以保证脱硫效率保持在较高水平，但继续增加液气比对提高脱硫效率影响很小，而且还会使塔内的压降增大，风机能耗增大[3-4]。

3.2 浆液pH值对脱硫效率的影响

对于双pH值的双循环吸收塔，浆液pH值控制非常重要。浆液的pH值不仅影响SO2吸收，石灰石、CaSO4·2H2O、CaSO3·1/2H2O的溶解度以及亚硫酸钙的氧化速率，同时还影响系统稳定运行，如结垢、堵塞及腐蚀等[5-9]。实际运行中，一般将吸收塔pH值控制在4.6～5.0，AFT的pH值控制在5.8～6.2，与文献[3-4]的研究结果相似。

图5为吸收塔浆液pH值对其脱硫效率的影响。从图5中可见：随着吸收塔pH值升高，脱硫效率逐渐升高，但趋势变缓。原因为随着pH值升高，循环浆液碱度增大，液膜增强系数增大，传质系数增大，SO2的吸收速率增大；但是pH值增加不利于石灰石的溶解，液膜增强系数的增加幅度逐渐减小，脱硫效率的增加趋于缓慢。

3.3 入口SO2质量浓度对脱硫效率的影响

3.4 满负荷运行状况

考察双循环吸收塔在机组168 h试运期间运行状况(见表2)，长期稳定运行的脱硫效率≥99.0%，净烟气SO2排放质量浓度≤20 mg/m3，优于国家标准。

表2　满负荷168 h试运期间运行状况

考察双循环吸收塔出产石膏的品质，结果见表3。检测数据显示，石膏品质优良：CaSO4·2H2O纯度较高，难脱水的CaSO3·1/2H2O含量低，同时氯化物含量低。双循环吸收塔低pH值的冷却回路可以保证很好的石膏品质，并大大提高氧化速度，降低氧化风机电耗。

表3　双循环吸收塔排出石膏检测　%

4　结语

笔者研究了双循环吸收塔脱硫特性，同时考察了气、液相参数对双循环湿法脱硫的影响规律，得出如下结论：

(1) 脱硫效率随液气比的增加而增加，但增加趋势逐渐变缓；同时在总液气比相同的情况下，投用吸收塔浆液循环泵，脱硫效率更高。

(2) 脱硫效率随吸收塔pH值增大而增大，增加趋势逐渐变缓，一般将吸收塔pH值控制在4.6～5.0，AFT的pH值控制在5.8～6.2。

(3) 脱硫效率随着入口SO2质量浓度的增大而降低，当入口SO2质量浓度较小时，脱硫效率的降低比较缓慢，当其超过临界值时，脱硫效率才会急剧下降，说明双循环吸收塔对煤种和负荷的突变有一定适应性。

(4) 低pH值的冷却回路可以保证很好的石膏品质，并大大提高氧化速度，降低氧化风机电耗。

(5) 采用双循环脱硫技术机组脱硫指标完全达到预期的效果，SO2排放量优于标准要求。

[1] 钟秦. 燃煤烟气脱硫脱硝技术及工程实例[M]. 2版. 北京: 化学工业出版社, 2007.

[3] 田立江. 双循环多级水幕反应器脱硫性能研究[D]. 徐州: 中国矿业大学, 2010.

[4] 刘景龙. 双pH值湿法烟气脱硫的试验研究[D]. 济南: 山东大学, 2012.

[5] 杜谦. 并流有序降膜组脱除烟气中SO2过程的研究[D]. 哈尔滨: 哈尔滨工业大学, 2004.

[6] 杜谦, 马春元, 董勇, 等. 循环浆液pH值对湿法烟气脱硫过程的影响[J]. 热能动力工程, 2006, 21(5): 491-495.

[7] 李仁刚, 管一明, 周启宏, 等. pH值对湿式石灰石烟气脱硫传质反应特性的影响[J]. 电力环境保护, 2002, 18(4): 10-12.

[8] 苏大雄, 钱枫. 石灰湿法脱硫过程中pH条件对结垢的影响研究[J]. 环境污染与防治, 2005, 27(3): 198-200.

[9] 钟秦. 亚硫酸钙非均相氧化动力学的研究[J]. 南京理工大学学报, 2000, 24(2): 172-176.

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，工程师，主要从事火电建设工作。

E-mail: 510162781@qq.com

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