单筛板湿法脱硫系统提效技术应用研究

陈文华

（浙江天地环保科技有限公司，杭州 310013）

0 引言

湿法脱硫技术是目前世界上燃煤发电厂烟气脱硫应用最广泛的方法[1-2]，其脱硫效率一般不超过95%。近年来随着超低排放概念的提出，对脱硫效率提出了更高的要求，已建的湿法脱硫系统已经无法满足要求。

在已建湿法脱硫系统中，较大一部分是采用单筛板石灰石/石膏法，筛板上可形成一层持液层，增加气液传质时间，同时改善吸收塔内烟气流场均匀性，较空塔可有效提高脱硫效率[3-4]，但也存在一些问题，比如：筛板开孔率取值不当，导致无法有效提高脱硫效率且大幅提升吸收塔阻力；液气比取值不当，使气液传质不畅，或使脱硫能力下降，或堵塞筛板孔[5-6]。另外，也有在单筛板基础上再增加一层筛板的方法来提高脱硫效率，但该方法会导致较大幅度的阻力增加[7]，增加投资和运行费用。因此，研究针对单筛板湿法脱硫系统的提效技术十分必要。

1 应用背景

某发电厂为2×300 MW燃煤供热发电机组，同步配套建设石灰石-石膏湿法烟气脱硫系统，采用单筛板设计，设计煤种含硫量为1.1%，折合SO2浓度为2 419 mg/m3（已换算成标准状况下，以下同），设计脱硫效率95%，烟囱出口SO2浓度为120 mg/m3。

2台机组自投运以来，燃煤的实际含硫量为0.5%～0.7%，最高约0.85%，烟囱出口SO2浓度为50～100 mg/m3，无法满足超低排放标准中SO2浓度不超过35 mg/m3的要求，势必需要进行脱硫提效改造。

2 脱硫提效技术

2.1 调节筛板开孔率

筛板能有效改善吸收塔内烟气分布的均匀性。同时，当循环浆液雾化喷淋后，筛板上可保持一层浆液，沿小孔均匀流下，形成一定高度的液膜，使浆液均匀分布；液膜使烟气在吸收塔内的停留时间增加，当烟气通过筛板时，气液充分接触，筛板上方湍流激烈，强化了SO2向浆液的传质，形成的浆液泡沫层扩大了气液接触面，提高了吸收剂利用率。降低筛板开孔率使烟气通过筛板的速度加快，进一步强化了气液传质效果，可有效提高脱硫效率。这与何苏浩等学者[8]得到的结论类似，即增大烟气速度可促进气相传质。

2.2 增加液气比

液气比是影响湿法脱硫系统脱硫效率的重要参数，该参数的变化将直接影响脱硫性能。液气比增大时，烟气与石灰石浆液的接触面积增加，可提高SO2的吸收，但液气比过大可能会导致雾化效果不佳，不利于脱硫效果[9]，该结论在杜谦等学者[10]的研究中也可得知，即当液气比小于8 L/m3时，增加液气比能更有效地提高脱硫效率，也有学者认为当液气比超过15.5 L/m3时，液气比对脱硫效率的影响逐渐减小[5]，从而可知，在一定范围内，液气比增加可使脱硫效率得到较明显的提升。因此，在实际的工程应用中，适当地增加液气比将有利于湿法脱硫系统性能的提升。

3 脱硫系统提效技术应用结果

3.1 降低筛板开孔率结果分析

3.1.1 降低筛板开孔率实施方法

整个筛板系统由多个模块组成，其开孔率调整的主要施工方法是：利用专用工具将橡胶塞嵌入筛板空隙中，密封部分筛板开孔，以达到封堵的效果。对于单个筛板模块，封堵其周边一圈开孔及中间一列开孔，从而在整体上实现整个筛板系统的均匀封堵，最终实现符合工艺要求的筛板开孔率。通过对以往改造案例进行分析，橡胶塞可紧固于筛板孔隙中。该施工方法简单，易于操作，无需对吸收塔做大的改造。本工程每台吸收塔封堵了1 200个橡胶塞，将筛板开孔率从30%降到29%。筛板改造项目现场封堵情况见图1。

图1 筛板改造施工现场

3.1.2 结果讨论

当脱硫系统同时开启3台循环泵且其他运行参数相同时，堵孔前后的脱硫运行数据对比见图2，其中开孔率30%时，机组负荷为100%，开启全部3台循环泵，原烟气SO2浓度为1 900 mg/m3，原烟气量为961 245 m3/h，平均pH值5.6；开孔率29%时，机组负荷为100%，开启全部3台循环泵，原烟气SO2浓度为2 048 mg/m3，原烟气量为1 069 032 m3/h，平均pH值5.6。

图2 不同筛板开孔率下的脱硫效率对比

从图2可知，堵孔前脱硫效率平均值为97.8%，堵孔后脱硫效率平均值为98.9%，脱硫效率提高了1.1%，可见适当降低筛板开孔率有利于脱硫效率的提高。经过阻力降测试发现，堵孔前阻力降平均值为2 187 Pa，堵孔后阻力降平均值为2 369 Pa，增加了182 Pa，这是由于开孔率降低后，流速增大导致的阻力增加，但仅182 Pa的阻力增加对实际运行和能耗的影响较小。

3.2 增加液气比结果分析

3.2.1 增加液气比实施方法

增加脱硫系统的液气比主要采取增大浆液循环流量的方式，即吸收塔系统采用“1层交互式喷淋+2层标准式喷淋+1层筛板+塔外浆池”的型式，主要措施如下：

（1）原有 3台循环泵 A，B，C（流量 4 580 m3/h）维持不变。吸收塔第二层喷淋层由标准式更改为交互式，对应1台原有浆液循环泵B和1台新增循环泵D（流量4 580 m3/h，扬程20.9 m浆液）；其他2层为标准式喷淋层不变。

（2）为了保证浆液的停留时间（3.5 min以上），循环浆液量增大后，原有吸收塔浆池容积不够，需要在吸收塔旁增加1个塔外浆池，尺寸为Φ7.6 m×8.5 m。塔外浆池靠近吸收塔布置，并与吸收塔底部和上部均连通，同时配置侧入式搅拌器及氧化空气。新增的浆液循环泵D从塔外浆池中将石膏浆液输送至吸收塔交互式喷淋层进行喷淋。塔外浆池设置排空接口，周边设置浆液沟连接至原有浆液沟道。

实施后，浆液循环泵对应喷淋层为：A是上层泵，B，D是中层泵，C是下层泵。B，C，D组合是中、下2层喷淋层；A，B，D组合是上、中2层喷淋层；A，C，D组合是上、中、下3层喷淋层；A，B，C，D组合是上、中、下3层喷淋层。

3.2.2 结果讨论

开启A，C，D 3台泵和开启 A，B，C，D 4台泵时主要参数对比如图3所示。

由图3可知，增加1台浆液循环泵后，即液气比增加后，不同负荷下脱硫效率及阻力降都有所增加：低负荷时，脱硫效率提高了0.8%，阻力降增加了220.1 Pa；高负荷时，脱硫效率提高了1.5%，阻力降增加了352.8 Pa。由此可推断，在66%～100%负荷段内，液气比的增加可有效增加脱硫效率，类似的结论可从凌有基、柯昌华等人的研究成果中见到[11-12]。

图3 不同液气比下的脱硫效率和阻力降对比

同时从图3也可得知，2种液气比工况下，随着机组负荷的增加，脱硫效率均呈下降趋势，阻力降则呈明显的上升趋势。这是由于机组负荷的增加使得烟气流量增加，进而烟气流速上升，导致阻力增加且烟气在塔内停留时间变短，脱硫效率下降。

4 其他因素对脱硫效率的影响

4.1 原烟气SO2浓度对脱硫效率的影响

图4为开启A，C，D 3台泵，机组负荷100%，原烟气流量平均值1 127 604 m3/h，pH值平均5.6时，不同原烟气SO2浓度下的脱硫效率对比。由图4可见，随着原烟气SO2浓度的逐渐上升，脱硫系统的脱硫效率逐步下降。虽然SO2浓度的提高可以增加气相传质速率，但同时其对浆液中的钙离子需求量增加，而在浆液量不变的情况下，CaCO3的溶解饱和度一定，来不及有新的钙离子参与SO2反应，从而导致脱硫效率的下降[13-14]。

图4 不同原烟气SO2浓度下的脱硫效率

4.2 pH值对脱硫效率的影响

图5为开启A，C，D 3台泵，机组负荷66%，平均原烟气SO2浓度1 792 mg/m3，不同浆液pH值下的脱硫效率对比。由图5可知，当pH值低于5.6时，随着吸收塔内pH值的升高，脱硫效率有较大幅度的增加，当pH值达到5.6以上后，pH值对脱硫效率的影响极微。这是由于高pH值有利于SO2的吸收[14-15]，低pH值则有利于石灰石的溶解，而高的脱硫效率必须同时满足SO2的吸收和石灰石的溶解，因此必然会有一个最佳的pH值区间使得脱硫效率达到最高。从本次试验来看，最佳的pH值为5.6左右。

图5 不同吸收塔pH值下的脱硫效率

5 结论

经过以上研究与分析，得到结论如下：

（1）在其他条件不变的情况下，适当降低筛板开孔率有利于脱硫效率的提高，在本文试验条件下，当筛板开孔率从30%降至29%后，脱硫效率增加了1.1%，同时阻力降增加182 Pa。

（2）在其他条件不变的情况下，增加液气比可以提高脱硫效率。

（3）机组负荷的增加会导致脱硫系统脱硫效率的降低。

（4）原烟气SO2浓度的增加会导致脱硫系统脱硫效率的降低。

（5）在一定区间内，随着吸收塔内pH值的升高，脱硫效率增加，在本文的试验条件下，该区间为5.28～5.6，且最佳pH值约为5.6。