石灰石-石膏湿法烟气脱硫旋流凝并器的工程应用和改进
2021-03-03李海翠陆军胡飞尹海滨
李海翠，陆军，胡飞，尹海滨
（江苏科行环保股份有限公司，江苏 盐城 224051）
0 引言
石灰石-石膏湿法烟气脱硫工艺是目前烟气治理应用范围广、技术成熟的SO2脱除技术[1]。对脱硫塔内传质反应的强化一直是工程应用的重点。旋流凝并器推进了脱硫塔传质除尘技术的提高，逐步成为吸收塔内的重要传质单元，具有均气、高效脱硫协同除尘能力，在超低排放改造中发挥了重要作用。
1 旋流凝并器技术
旋流凝并器基于多相紊流掺混的强传质机理，利用气体动力学原理，通过特制的旋流凝并单元产生气液旋转翻腾的湍流空间，使气、液、固三相充分接触，降低了气液膜传质阻力，提高了传质速率，迅速完成传质过程，从而达到提高脱硫效率的目的。该技术与同类脱硫技术相比，除具有空塔喷淋防堵、维修简单等优点外，还具有脱硫效率高和协同除尘效率高的优点[2]。
经研究试验，我们研发了一种新的均气装置——旋流凝并器，布置在吸收塔烟气入口与喷淋层间，由多个带有叶轮的筒形单元组成。
2 工程应用
旋流凝并器技术在山东省某4×130 t/h循环流化床锅炉超低排放改造项目、陕西省某2×600 MW机组超低排放改造项目及福建省某130 t/h锅炉脱硫超低排放改造项目得到成功应用，使用情况总结如下。
2.1 工程应用一
山东省某4×130 t/h循环流化床锅炉进行超低排放改造，烟气参数和排放要求见表1。
该项目于2016年10月完成调试，烟囱出口污染物排放达标，但初期存在脱硫阻力偏大、风机电流大的问题。对原烟道、净烟道烟气参数检测对比发现，脱硫入口烟气流速、压力呈脉冲波动，频率高、幅值大；逐步排查发现，旋流凝并器处阻力波动最为突出。经分析，应为旋流凝并器流通不均导致的烟气喘振，见图1左。处理方案为在旋流凝并器周边封板增加筛孔，阻力下降后故障解决，见图1右。
表1 单台130 t/h机组烟气参数和排放要求
图1 旋流凝并器封板开孔前后对照
由表2可知，改进试验前开孔率小于35%，烟气流速不均匀，烟气阻力大。开孔率调整到40%后烟气阻力问题解决。小直径脱硫塔应更适合选择小直径的旋流子，并可辅助采用多孔板方式调整烟气均匀度。
2.2 工程应用二
陕西省某2×600 MW机组超低排放改造，烟气参数和排放要求见表3。
表2 均气装置试验前后运行参数对比
表3 1×600 MW机组超低排放技术参数
吸收系统改造：更换喷淋层，入口上方增加旋流凝并器。烟气污染物排放达超低排放要求，但吸收塔阻力大于设计值。针对旋流凝并器的设计参数进行分析，见表4。分析得知，开孔率、烟气流速、截面浆液流量满足设计要求。确认周边异型模块开孔不均，见图2左，增大烟气阻力。试验对周边异型模块增加小规格旋流子Ⅱ，见图右。
对标准模块的封板增加开孔，见图3，让旋流子筒体间的烟气由小孔流过，减小烟气阻力。在短期停炉后，更换异型模块封板，等离子切割封板小孔。改进后，出口烟气SO2浓度、出口粉尘浓度均达到性能要求，吸收塔烟气阻力小于1 800 Pa，烟气阻力在设计范围内，改造后吸收塔内烟气运行参数见表4。
图2 旋流子布置示意（增加旋流子Ⅱ前后）
图3 标准模块上截面对比（开小孔前后）
表4 均气装置试验前后运行参数对比
2.3 工程应用三
福建省某130 t/h锅炉脱硫超低排放改造，烟气参数和排放要求见表5。
表5 单台130 t/h机组烟气参数和排放要求
运行后，性能指标满足要求，后期运行中发现旋流凝并器有结垢，除叶片有少量结垢物，吸收塔周边封板、周边旋流子单元结垢较多，塔内浆液pH值有时偏高达到6.5左右。对旋流凝并器周边密封板增加开孔，见图4。
改造后周边封板结垢物减少，但塔内浆液pH值仍偏高，改善效果不明显。针对旋流凝并器的设计参数进行分析，见表6。
表6 均气装置试验前后运行参数对比
图4 旋流凝并器封板开孔前后对照
由表6可知，由于旋流凝并器子单元布置方式没有参照标准模块，布置了过多数量旋流器子单元，整个截面开孔率偏大，烟气流速偏低，单位截面浆液流量少，截面传质效果降低，反而降低脱硫效率。
3 结论
通过以上项目中旋流凝并器的应用及存在问题的分析，得出以下结论：
（1）脱硫小直径塔体改造时，采用旋流凝并器需考虑小型旋流子，并适当配置筛孔以满足底部烟气均布的需要。
（2）旋流凝并器在改造中，选择的开孔率介于35%~45%区间较合理。开孔率小于35%时，烟气流速高，大于9 m/s时，传质速率随烟气流速的提高有所降低[3]，烟气阻力反而高于设计值；开孔率大于50%时，烟气流速低于6 m/s，旋流凝并器湍流不激烈，脱硫达不到1层喷淋层的效率，折算液气比明显下降，整个脱硫效率下降。
（3）旋流凝并器是吸收塔内强传质单元，周边异形模块的布置需考虑封板截面的均匀性，整个布置既要保证均匀布气、高效脱硫效率，还需控制烟气阻力在设计范围之内。
