燃煤电厂超低排放项目吸收塔喷淋层及其支撑梁布置研究

冯立波，罗钟高

(1.浙江天地环保科技股份有限公司，杭州 311121；2.中国能源建设集团浙江省电力设计院有限公司，杭州 310012)

0 引 言

随着我国大气污染状况的日益严重，普通民众对于“雾霾”天气的日益关注，节能减排日益成为国计民生的头等大事。在传统煤烟型污染尚未得到全面控制的情况下，以臭氧、细颗粒物(PM2.5)和酸雨为特征的区域性复合型大气污染日益突出，区域内空气重污染现象大范围同时出现的频次日益增多，严重制约社会经济的可持续发展，威胁人民群众身体健康。燃煤机组烟气超低排放项目的应用将使燃煤电厂的排放与天然气机组相当，成为高标准的清洁电厂。在燃煤电厂超低排放项目中，脱硫系统中吸收塔喷淋层的布置对脱硫效率会产生较大的影响，文中将以某燃煤电厂超低排放项目为例，对吸收塔喷淋层的布置进行一定的研究分析。

1 吸收塔喷淋层简介

吸收塔浆液喷淋层由喷淋管道和喷嘴组成，喷淋层的设计需根据喷淋浆液量进行合理布置，使烟气流向均匀，确保了石灰石浆液与烟气充分接触和反应，从而保证在适当的液气比下可靠地达到所要求的脱硫效率。吸收塔喷淋层能使浆液在吸收塔内均匀分布，流经每个喷淋层的流量将相等。对喷嘴进行合理布置，可使吸收塔断面上几乎完全均匀地进行喷淋。喷淋管道材质一般采用玻璃钢管，用玻璃纤维及其制品作为增强材料，以合成树脂作为基体材料的一种复合性材料，喷嘴一般采用碳化硅材质。

2 吸收塔喷淋层布置

以某燃煤电厂超低排放项目为例，该项目每台吸收塔配置有五台吸收塔浆液循环泵，各自对应吸收塔的五组喷淋层。吸收塔喷淋层间距2.2 m，每组吸收塔喷淋层设置192个材质为SiC的90°切向空心锥喷嘴，喷淋管道材质采用FRP。喷嘴均匀布置，保证了喷出的浆液覆盖整个吸收塔截面。

合理布置喷淋层对燃煤电厂超低排放脱硫系统的脱硫效率有着重要的影响。喷嘴的布置在满足喷嘴的性能情况下，使喷嘴密度和覆盖率与吸收塔内烟气流速分布相对应。设计过程中在喷淋层数不变的情况下，一般通过增大喷淋密度来增加吸收塔的液气比以提高脱硫效率。随着吸收塔直径的增加，烟气分布均匀性降低，靠近吸收塔壁部分，浆液喷淋量和喷嘴的覆盖率明显低于吸收塔中其它区域。对于空塔喷淋，塔壁部分的烟气流速远远大于其余部分，很容易造成烟气偏流[1]。脱硫吸收塔内部的喷淋层由喷淋管和喷嘴组成，喷淋管厚度根据设计需要对不同管径的喷淋管采用不同的壁厚，避免了喷淋层弯曲变形的产生。喷淋管能使浆液在吸收塔内分布均匀，喷嘴的覆盖范围及布置密度，基本上能够保证喷淋吸收覆盖率，足够达到喷淋吸收的效果，在脱硫塔内的每一个角落都会有喷淋液的均匀喷洒。本超低排放项目中，喷嘴型式采用空心喷嘴的布置，喷淋层布置的高覆盖率确保了二氧化硫尽可能多的被吸收，通过对喷嘴的合理布置，保证了喷淋浆液和上升烟气的均匀逆流接触并进行充分反应。吸收塔直径为 16.5 m，每层喷淋层流量7 600 m3/h，每层喷淋层布置192个90°空心锥喷嘴，喷嘴的布置确保浆液覆盖率约为 300%，每层喷淋层的喷淋管内介质设计流速一般在1.5～3 m/s范围之间。在第一层与第二层喷淋层、第三层与第四层喷淋层之间设置增效环，该增效环有效弥补了脱硫吸收塔内的喷淋层布置缺陷，改善塔内的烟气分布，基本消除吸收塔内的烟气旁路现象，使烟气都能经过吸收塔内的最佳喷淋覆盖区域，改善了气液接触的效果。根据喷嘴喷射角度和浆液流量压力等参数计算控制浆液喷射到塔壁处的喷射强度，在确保脱硫效率的前提下使边缘喷嘴到塔壁的间距保持在一定距离，一般边缘喷嘴中心线距离塔壁控制在863 mm左右，以避免边缘喷嘴对塔壁的防腐进行冲刷破坏。

喷嘴是脱硫系统中的关键部件之一，其雾化性能对脱硫效率有着重要的影响。为了保证浆液雾滴充分均匀地分布在整个吸收塔断面上，喷淋层管道上布置有足够数量合适的喷嘴。喷嘴的密度是由喷淋层的喷淋重叠率确定的[2]。脱硫系统采用的喷嘴根据液流在喷嘴内的运行方向以及雾化形成的形状，可分为切向压力雾化喷嘴、轴向压力雾化喷嘴和螺旋型压力雾化喷嘴。切向喷嘴是一种将浆液沿切线方向引入，与入口成90°排出的喷淋装置。切向喷嘴成中空圆锥，喷出的雾滴形成一个环状。轴向喷嘴能产生实心圆锥喷流，入口与出口在一条直线上，内部设有微调片。与切向喷嘴相比，在压降相同时，液滴的粒度更小。螺旋喷嘴能产生一系列中空的螺旋喷流，入口与出口在一条直线上，内部成不断缩小的螺旋形，在喷嘴下方1 m处的横截面上，喷射模式成一个或多个同心环在同等压力下，液体流量更大[3]。在本超低排放项目中，采用3英寸90°切向压力雾化喷嘴，中间喷嘴设置148个，每2个中间喷嘴间距控制在1 060 mm以内，周边喷嘴设置44个，在直径为14 774 mm的圆周上进行均匀布置，各中心喷嘴与边缘喷嘴的喷淋区域之间留有了足够的重叠区域，该密集布置的喷嘴保证了烟气与浆液充分接触，提高了脱硫剂利用率，进而保证了脱硫系统整体运行脱硫效率。

3 吸收塔喷淋层支撑梁布置

常规吸收塔喷淋层通常采用搁置的方式固定在支撑钢梁顶部，靠近钢梁附近的喷嘴喷出的浆液会喷射到钢梁顶面或侧面，造成对钢梁表面的冲刷磨损，时间一长会磨穿钢梁防腐层从而进一步造成对钢梁本体的腐蚀，对吸收塔的可靠运行造成严重的安全隐患。为避免喷淋浆液对梁的冲刷，本超低排放项目中，喷淋层支撑梁顶距喷淋管中心线为1 200 mm，喷淋管通过多个U型合金抱箍悬挂固定在支撑钢梁底部的方式，这样从根本上杜绝了喷嘴喷出的浆液对支撑钢梁的冲刷，避免了喷淋浆液对支撑钢梁本体的腐蚀，从而确保了吸收塔的安全可靠运行。

4 结束语

随着环境污染问题的日益突出 ，国家对燃煤机组二氧化硫等排放指标提出了更高要求。燃煤电厂超低排放技术的广泛运用将进一步提高我国以煤炭为主的能源结构的清洁化水平，而且也为燃煤电厂的生存与发展提供了一种新思路。燃煤电厂超低排放项目脱硫系统的喷淋层布置直接影响到二氧化硫排放指标的控制，合理布置喷淋层对吸收塔的安全经济稳定运行起到了至关重要的作用。文中主要以某超低排放项目喷淋层的布置为例，对喷淋层的布置进行了一定的应用分析，对以后超低排放项目脱硫系统喷淋层布置提供了一定的借鉴作用。