XZKP型高效空塔噴淋煙氣脫硫裝置技術特點
摘要:介紹了XZKP型高效空塔噴淋煙氣脫硫裝置的技術原理、技術特點、中試及工業化試驗的情況。該技術通過改進工藝和結構，在提高脫硫效率和脫硫劑循環利用率兩項技術上成效顯著，用戶可在不增加裝置投資的前提下，獲得更高的效率和更低的運行成本。
關鍵詞:高效空塔,噴淋煙氣,脫硫裝置
1 XZKP型高效空塔噴淋煙氣脫硫裝置技術原理
XZKP型高效空塔噴淋技術適用范圍廣泛，10M～100MW火電或自備電廠機組的各類型鍋爐脫硫裝置均可用，同時適用于非發電行業如：石油、化工、造紙、制鋁業、冶金、食品加工等中小型鍋爐或窯爐煙氣的脫硫。
XZKP型高效空塔噴淋煙氣脫硫裝置包括吸收劑制備子系統、吸收塔、塔前降溫除塵子系統、排渣子系統、自循環子系統、物料輸送子系統、給水子系統、壓縮空氣子系統和生控子系統。
XZKP型高效空塔噴淋煙氣脫硫裝置采用大型濕法小型化工藝原理，經除塵后的煙氣（120℃～140℃）通過塔前降溫和二次除塵預處理后從塔底進入，與自循環子系統三層多噴嘴霧化狀態的貧液逆流接觸（吸收液覆蓋率＞200%），發生化學反應，達到脫除二氧化硫的目的。完成反應后，煙氣經高效氣水分離器，凈化合格的煙氣經煙囪排入大氣；吸收后的濃溶液（富液經塔內氧化后再生，鈉-鈣法不需在塔內氧化）約10%從塔底排出進入排渣子系統脫水，形成干渣運出他用，所有液相全部返回系統循環利用；制備子系統不斷向塔內補入高濃度新鮮溶液，以確保循環溶液的吸收能力。XZKP技術的主要性能見表1；XZKP型高效空塔噴淋煙氣脫硫裝置工藝流程見下圖。
|
|
2 脫硫裝置存在的問題及改進措施
2.1 脫硫效率偏低
目前國內中小型濕法脫硫裝置應用于35～220t/h鍋爐煙氣的脫硫效率一般在70%～90％，220t/h以上級別鍋爐也難以突破90％。能突破90％的裝置亦很難保持長期穩定運行。
中小型濕法脫硫效率偏低一般有下列原因：
（1）吸收塔結構問題
目前國內中小型濕法脫硫裝置大部分屬于簡易型，這些簡易型脫硫裝置的缺陷在于：化學反應區域小、噴淋密度小、阻力大，易造成脫硫效率偏低。
（2）煙氣流速取值高
中小型濕法脫硫裝置因想通過節約成本獲得較高中標率和工藝方法的限制等原因，通常設計煙氣塔內流速在3.5～4.0m/s范圍。氣速取值太大，必然使煙氣在塔內停留時間縮短，必然造成塔內化學反應不充分，最終使脫硫效率偏低。
（3）采用簡易式除霧器
煙氣流速高所帶來的另一個負效應是：中小型濕法脫硫塔至今氣水分離除霧仍沿用切線、填料式等簡易型式，因氣速取值大，給尾氣氣水分離增加較大負擔，為避免帶水，只有降低二層噴淋量一個辦法，通過減少噴淋密度來實現不帶水，最終反過來還是會影響吸收效果，使脫硫效率下降。
（4）吸收條件錯位
多數中小型濕法脫硫裝置對塔內吸收過程的動力學參數的選擇對正壓或負壓與吸收、分離等操作單元之間的影響關系并不太在意。從理論上說，壓力越大，介質在吸收劑中的溶解度越大，吸收效果越好；反之，則是一個解吸過程。在化工溶液再生中最常用的一種工藝方法就是負壓解吸。氣相或液相在負壓工況下與在正壓條件下的流體移動軌跡是截然不同的，在負壓工況下，煙氣流速加快、噴嘴噴出的液簾角度、長度和氣液接觸的狀態都很難實現原設計意圖，尤其是停留時間和氣水分離基本偏離設計參數，這種工況最終表現出來的就是脫硫效率低、風機帶水。
2.2 脫硫劑循環利用率
脫硫劑循環利用率取決于系統液相的外排損失量。XZKP型裝置正常運行時除生成物脫水后的干渣、定期清理脫硫劑所含雜質和脫硫塔出口煙氣自然帶走部分水外，系統能做到沒有外排；連濾渣、清洗用水均全部回收到脫硫劑制備系統利用，提高了脫硫劑的循環利用率。
3 XZKP型高效空塔噴淋煙氣脫硫裝置的技術創新點
（1）引用多級多噴頭霧化強化傳質
這種噴淋形式根據脫硫塔截面大小而選擇噴頭噴出角度，覆蓋率達到200%以上，最大限度地增大了氣液兩相的接觸面積和時間，力求使氣液傳質達到接近理論化學反應限度，從而達到提高脫硫效率的目的。
（2）溶液塔內外循環相結合
大型濕法脫硫后的富液采用直接在塔內再生的工藝方法，只用一種脫硫劑（石灰石或石灰），再生過程相對簡單，實際就是富液的氧化過程；而簡易濕法所用脫硫劑基本是兩種—鈉或其它堿性物和鈣），再生過程相對復雜，需要用鈣先將鈉或其它堿性物回收出來后再進行氧化。
（3）除霧器的改進
在工業實踐中，大型濕法氣水分離采用多層45°折流式（非金屬材料）除霧器，但應用于簡易濕法裝置中會出現積灰和出口煙氣濕含量超標較多的現象；XZKP技術為避免這種現象，對除霧器結構做了改進，把折流角度改為15°～30°的“人”字結構，提高了氣水分離效果，加快分離水在板中的流動速度，同時也抑制了灰在板中的沉積。
4 項目工業化試驗
該項目技術根據在山東東營華泰清河實業有限公司170t/h燃煤鍋爐的試驗數據進行整合見表2～4（表中數據均為平均數）。
|
|
試驗目的：工藝及結構改進后脫硫效率、脫硫劑循環利用率和出口煙氣濕含量的變化情況。
試驗基準條件：煙氣量≤250,000Nm3/h，脫硫塔直徑Φ6000mm、塔高27m、煙氣溫度≤150℃，進口SO2濃度≤5000mg/Nm3，塔內平均反應溫度≤100℃，塔內氣體平均流速3.1m/s，液氣比6L/m3。
根據綜合試驗數據再次進行了專題研究，試驗結果顯示效果良好，改進措施是可行的。
5 XZKP型高效空塔噴淋煙氣脫硫裝置項目的技術特點
（1）在大型濕法和簡易濕法兩種工藝之間進行優化組合，科學取值，液相采用脫硫塔內外循環并用，既提高脫硫效率，又不需要較大的占地和投資。
（2）改進氣水分離結構，提高氣水分離效果，有效防止積灰。
（3）脫硫劑的循環利用率明顯提高，脫硫塔阻力小。
（4）XZKP技術適用范圍廣；各行業35～410t/h鍋爐或窯爐均可使用；同時適應鈉堿、造紙白泥、印染廢液、石灰石/石灰等各類濕法脫硫劑；XZKP裝置脫硫塔可由鋼制、花崗巖制或非金屬材料制成。
（5）技術性能指標優化：Ca/S<1.1；脫硫效率>94%；出口煙氣濕含量≤85mg/m3；裝置可用率>96%；脫硫劑循環利用率≥95%；SO2、HCl、HF、重金屬Hg等脫除率>90%。
6 項目的工業化試驗結果
2006年7月，該裝置技術在山東永泰化工（集團）有限公司兩臺75t/h燃煤鍋爐裝置上設計配套進行第一次工業化試驗，2006年12月裝置建成投入試運行，經調試后裝置運行效果良好。裝置于2007年4月底通過山東省環境監測中心驗收，脫硫效率平均達到94.10%。2007年3月，該裝置在山東東營華泰清河實業有限公司170t/h燃煤鍋爐裝置上設計配套進行第二次工業化試驗，2007年8月裝置建成投入試運行，經調試后裝置運行效果同樣良好。裝置于2007年9月底通過山東省環境監測中心驗收，脫硫效率平均達到95.28%。兩次工業化試驗均達到設計要求，各項主要技術性能指標均達到《火電廠煙氣脫硫工程技術規范 石灰石/石灰-石膏法》（HJ/T179－2005）國家環保技術標準，符合《火力發電廠大氣污染物排放標準》（GB13223-2003），達到預期的效果。
7 項目實施效益
7.1 經濟效益
該項目技術實施后，不論是承建方或是建設方都有良好的經濟效益。以華泰清河實業有限公司170t/h鍋爐煙氣脫硫工程為例：
根據測算，1臺170t/h燃煤鍋爐在沒有脫硫設施的情況下，每年向大氣排放SO2總量按4000噸計，需向環保部門交納的排污費用為252.63萬元/a。
能達標排放的發電廠可享受國家電費加價的優惠政策，企業此項可增收約180萬元/a。
脫硫設施運行費用按0.5元/kgSO2計，則年運行費用為200萬元，低于沒有脫硫設施時應繳納的排污費用。
從以上數據分析，該項目的推廣應用不但利國利民，而且承建方和建設方的經濟效益都是明顯的。
7.2 社會效益
（1）減輕大氣污染。我國每年向大氣排放的SO2總量達2200多萬噸，全國國土的酸雨面積已超過1/3，而且還在增加。據國家有關環保統計的資料，每年因此而造成的經濟損失已超過1100億元。該項目裝置技術脫硫效率較國內同類裝置技術高出7%～15%，1臺170t/h鍋爐配套XZKP型裝置，一年可減少向大氣排放SO2總量為367噸。
（2）增加就業機會。
（3）增加國家稅收。以1臺170t/h鍋爐煙氣脫硫裝置為例：新增產值748萬元，新增利潤95.37萬元，新增稅收46.75萬元。
8 結論
XZKP型高效空塔噴淋煙氣脫硫裝置經過工業化試驗的檢驗，通過了當地省市級環保主管部門的監測驗收，實踐證明該裝置工藝創新是成功的。迄今為止，國內尚無大型濕法煙氣脫硫技術小型化應用的報道，XZKP型裝置適用范圍廣，10M～100MW火電機組的脫硫裝置均可適用，同時適用于非發電行業如：石油、化工、造紙、制鋁業、冶金、食品加工等中小型鍋爐煙氣的脫硫。XZKP型裝置通過創新性優化組合和改進，在提高脫硫效率、脫硫劑循環利用率和氣水分離幾項指標上取得顯著成效，較目前國內同類技術先進。
XZKP型高效空塔噴淋煙氣脫硫裝置的創新點主要有：
（1）脫硫液采用高比例（9∶1）塔內外循環再生技術，顯著減少了再生池的占地面積；
（2）采用多級多噴頭工藝技術。優選噴霧角度，提高噴淋覆蓋率（達到200%以上），從而提高了脫硫效率；
（3）除霧器葉片矢量角采用15°～ 30°的優化設計，有效提高了氣水分離效果，降低了煙氣含濕量。
該裝置現已成功應用于山東永泰化工集團有限公司、山東東營華泰清河實業有限公司等單位，取得了良好的經濟效益和環境效益，推廣應用前景廣闊。
使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環保網”
