串聯(lián)吸收塔煙氣脫硫改造技術(shù)1 前言我國煤的硫份變化范圍較大，從0.1%到10%都有。從總體上看，我國屬于硫煤儲量較多的國家，據(jù)統(tǒng)計，我國煤炭資源中有大約30%的煤硫含量在2%以上，尤其西南地區(qū)有些煤田含硫量高達10%。目前我國所采煤炭中約1/6為高硫煤，中、低硫類開采較大，有些優(yōu)質(zhì)低硫煤煤田已面臨資源枯竭，如：著名的大同煤田，優(yōu)質(zhì)低硫煤最多只能開采15年。因而，我們隨著時間的推移，不得不越來越多的面臨中、高硫煤的使用。SO2是造成大氣污染的主要污染物之一，有效控制工業(yè)煙氣中SO2是當前刻不容緩的環(huán)保課題。我國2011年全國二氧化硫排放量高達2217.9萬噸，已成為世界SO2排放第一大國。由此造成的經(jīng)濟損失超過5000億元人民幣。我國每年排入大氣的87%的SO2來源于煤的直接燃燒。其中大約一半來自于火力發(fā)電廠，隨著我國工業(yè)化進程的不斷加快，SO2的排放量也日漸增多。為降低排入大氣的SO2總量，GB13223-2011火電廠大氣污染物排放標準已經(jīng)實施，新建電廠SO2排放標準更加嚴格，要求排放不大于100mg/Nm3 。由上可知。中國未來脫硫行業(yè)的發(fā)展趨勢時，隨著燃用煤種含硫量的越來越高，火電廠大氣污染物排放標準也會越來越嚴格，如此，將會要求煙氣脫硫系統(tǒng)的脫硫效率也隨之越來越高。2 目前國內(nèi)脫硫系統(tǒng)現(xiàn)狀當前世界上已開發(fā)的并已穩(wěn)定運行的濕法煙氣脫硫技術(shù)和干法循環(huán)流化床技術(shù)、以及半干法煙氣脫硫技術(shù)。據(jù)有關(guān)統(tǒng)計表明，濕法煙氣脫硫技術(shù)占世界上已經(jīng)安裝并穩(wěn)定運行的電廠煙氣脫硫裝機總?cè)萘康?5，尤其日本占98%，美國占92%。我國20萬千瓦機組以上的大中型電廠，濕法脫硫也占脫硫總裝機容量的90%，60萬千瓦以及以上的大型機組脫硫，至今全部采用濕法煙氣脫硫技術(shù)。脫硫系統(tǒng)在去除煙氣中SO2的同時，也需要消耗很大部分的能源，如水、氣、石灰石、電等，煤種含硫量越高，需要的脫硫效率也越高，同時消耗的能源也越高，國內(nèi)目前濕法脫硫效率在95%左右，普遍采用單吸收塔，采用的脫硫工藝以石灰石石膏-濕法脫硫工藝為主。濕法脫硫工藝在所有脫硫工藝中，系統(tǒng)運行時的電耗最高，通常占發(fā)電量的0.61%左右，高硫煤機組可高到3%以上，隨著煤的含硫量升高以及脫硫效率的增加，脫硫系統(tǒng)的耗電也會隨之增加，在濕法脫硫系統(tǒng)中，主要的大型耗電設(shè)備為：脫硫升壓風機、吸收塔漿液循環(huán)泵、石灰石球磨機、石膏脫水真空泵以及氧化風機等，其中脫硫升壓風機、吸收塔漿液循環(huán)泵運行電耗占整個脫硫系統(tǒng)運行電耗的60%左右。3單塔和串連吸收塔的電耗性能比較濕法脫硫系統(tǒng)設(shè)置單個吸收塔和設(shè)置兩個吸收塔串聯(lián)運行，在整個脫硫系統(tǒng)而言，主要的區(qū)別在于吸收塔設(shè)置不一樣，所以所牽涉到的電耗上有區(qū)別的設(shè)備僅僅包含吸收塔漿液循環(huán)泵電耗以及克服煙氣通過吸收塔造成的壓力損失造成的脫硫升壓風機電耗增加的不同，以單臺600MW機組為例，其煙氣成份條件如下：煙氣量：2200000Nm3/h (標態(tài)、濕基、實際O2)煙氣排煙溫度：125 入口煙氣成份：H2O:7.5 Vol%(標態(tài)、濕基、實際O2)O2:5.55 Vol%(標態(tài)、濕基、實際O2)入口煙氣SO2含量：10000Nm3/h (標態(tài)、干基、6 Vol%O2)，相當于4.2%的煤含硫量。滿足環(huán)保排放，脫硫效率不低于99%。按照單個吸收塔設(shè)置，吸收塔的脫硫效率不得低于99%，如果按照2個吸收塔串聯(lián)配置，每個吸收塔脫硫效率按照不低于90%，整體效率為90%+(1-90%)90%=99%，其最終脫硫效率是同等的。3.1 按照單個吸收塔設(shè)置吸收塔脫硫效率的高低與許多因素有關(guān)，但其根本影響因素是漿液循環(huán)量的大小，就是循環(huán)漿液量和煙氣流量的比值，俗稱液氣比，液氣比越高，脫硫效率也越高，下表是根據(jù)MHI公司開發(fā)的吸收塔(液柱塔)脫硫性能計算軟件，在同等條件下，漿液循環(huán)量(m3/h)同脫硫效率的關(guān)系曲線：通過上曲線發(fā)現(xiàn)，脫硫效率隨著漿液循環(huán)量的增加而提高，但是隨著漿液循環(huán)量增加的比例越來越大，脫硫效率提高的比例卻越來越小。在漿液循環(huán)量增加的同時，吸收塔漿液噴嘴的背壓和煙氣通過吸收塔的產(chǎn)生的壓力損失也同時增加。由于吸收塔噴嘴的個數(shù)和尺寸相同，每個噴嘴需要的背壓與通過噴嘴的漿液流速v2成正比，噴嘴流速為v=Q/ns，其中Q為漿液循環(huán)量，n為噴嘴個數(shù)，s為單個噴嘴截面積，由此可得出吸收塔背壓的增加與漿液循環(huán)量的平方成正比。煙氣流經(jīng)吸收塔噴淋區(qū)時，受到吸收塔內(nèi)噴淋漿液的阻擋，產(chǎn)生阻力，煙氣壓力損失漿液循環(huán)量成正比。但是在實際工況中，考慮到噴淋管道和噴嘴的特殊結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響，吸收塔噴嘴背壓和煙氣流經(jīng)吸收塔阻力隨循環(huán)漿液量增加時產(chǎn)生的變化要復雜一些，根據(jù)MHI公司開發(fā)的吸收塔(液柱塔)脫硫性能計算軟件計算：脫硫效率在99%時，漿液循環(huán)量為93000m3/h，吸收塔噴嘴背壓為25.5mH，煙氣流經(jīng)吸收塔阻力為2790Pa。脫硫效率在90%時，漿液循環(huán)量為50800m3/h，吸收塔噴嘴背壓為8.4mH，煙氣流經(jīng)吸收塔阻力為1520Pa。吸收塔循環(huán)漿液泵一般為離心泵，負責將漿池中的石膏漿液送至噴嘴，并在噴嘴處產(chǎn)生一定的背壓，使得漿液通過噴嘴形成噴淋層達到吸收SO2的目的。漿液循環(huán)泵的軸功率為：N=QHg其中 Q:為漿液泵額定流量,單位：m3/s，H:揚程,單位：米:漿液密度,單位：1000Kg/m3,對于液柱塔 ,30%濃度漿液的密度為1250 Kg/m3.:離心漿液泵效率(本示例取85%)漿液泵揚程H=吸收塔噴嘴背壓+管道壓力損失(一般取3mH)+噴嘴凈高差壓(本示例取6.9mH)循環(huán)泵運行電耗P=Nld其中 P: 循環(huán)泵運行電耗l:離心漿液泵聯(lián)軸器傳動效率(1、直聯(lián)取1;2、聯(lián)軸器聯(lián)接取0.950.98;本示例取98%)d:離心漿液泵電機效率(本示例取95%)脫硫效率在99%時，循環(huán)泵運行電耗:P=930003600(25.5+3+6.9) 1.259.80.850.980.95=14156KW脫硫效率在90%時，循環(huán)泵運行電耗:P=508003600(8.4+3+6.9) 1.259.80.850.980.95=3997KW脫硫升壓風機一般為軸流風機,用以克服煙氣流經(jīng)脫硫系統(tǒng)產(chǎn)生的壓力損失。升壓風機的軸功率為:N=Qp(360010000)Q風量，m3/s;p風機的全風壓，Pa;0風機的效率;Q=Q0(273+T) 273Q0標準狀態(tài)下風量，Nm3/s;T實際煙氣溫度升壓風機運行電耗P=Nld其中 P: 升壓風機運行電耗l: 升壓風機聯(lián)軸器傳動效率(1、直聯(lián)取1;2、聯(lián)軸器聯(lián)接取0.950.98;本示例取98%)d: 升壓風機電機效率(本示例取95%)脫硫效率在99%時，升壓風機為克服煙氣流經(jīng)吸收塔阻力需要的運行電耗:P=2200000(273+125)2732790 (360010000.85)0.980.95=3141KW脫硫效率在90%時，升壓風機為克服煙氣流經(jīng)吸收塔阻力需要的運行電耗:P=2200000(273+125)2731520 (360010000.85)0.980.95=1711KW通過以上計算分析，在設(shè)置單個吸收塔時，當脫硫效率在99%時，循環(huán)泵運行電耗與升壓風機為克服煙氣流經(jīng)吸收塔阻力需要的運行電耗總和為14156+3141=17297KW;3.2 按照雙吸收塔串聯(lián)設(shè)置為保證脫硫系統(tǒng)整體脫硫效率達到99%，雙塔串聯(lián)時，一級吸收塔脫硫效率為90%時，二級吸收塔脫硫效率不得低于90%，按照單個吸收塔脫硫效率在90%時，漿液循環(huán)泵運行電耗與升壓風機為克服煙氣流經(jīng)吸收塔阻力需要的運行電耗總和為3997+1711=5708KW;如二級吸收塔設(shè)置同一級吸收塔相同，按照雙塔串聯(lián)設(shè)置總脫硫效率在99%時，循環(huán)泵運行電耗與升壓風機為克服煙氣流經(jīng)吸收塔阻力需要的運行電耗總和為57082=11416KW;遠低于單級吸收塔總電耗17297KW。在實際工況時，二級吸收塔入口煙氣溫度經(jīng)過一級吸收塔冷卻后大大降低，而且入口煙氣SO2含量只有一級吸收塔入口10%，相當于燃用超低硫煤，其達到90%脫硫效率時的液氣比要遠遠小于一級吸收塔，按照MHI公司開發(fā)的吸收塔(液柱塔)脫硫性能計算軟件，在同等條件下，二級吸收塔漿液循環(huán)量(m3/h)同脫硫效率的關(guān)系曲線：根據(jù)軟件計算：二級吸收塔脫硫效率在90%時，漿液循環(huán)量為21000m3/h，吸收塔噴嘴背壓為4.4mH，煙氣流經(jīng)吸收塔阻力為520Pa。二級吸收塔脫硫效率在90%時，循環(huán)泵運行電耗:P=210003600(4.4+3+6.9) 1.259.80.850.980.95=1291KW二級吸收塔脫硫效率在90%時，升壓風機為克服煙氣流經(jīng)吸收塔阻力需要的運行電耗(考慮雙塔串聯(lián)時煙道走向復雜，需要增加200Pa的煙道壓損):P=2200000(273+125)273(520+200)(360010000.85)0.980.95=811KW3.3 比較分析如此實際上按照雙塔串聯(lián)設(shè)置總脫硫效率在99%時，循環(huán)泵運行電耗與升壓風機為克服煙氣流經(jīng)吸收塔阻力需要的運行電耗總和為5708+1291+811=7810KW;比單級吸收塔總電耗低9487KW。由此可見，雙塔串聯(lián)雖然設(shè)置了兩級吸收塔，總耗電量反而大大降低。這是因為雖然脫硫效率隨著漿液循環(huán)量的增加而提高，但是隨著漿液循環(huán)量增加的比例越大，脫硫效率提高的比例卻越來越小，當脫硫效率超過97%時，隨著漿液循環(huán)量增加，脫硫效率提高已經(jīng)非常困難。這就造成了，當采用雙塔串聯(lián)時電耗反而會遠遠降低。4 雙塔串聯(lián)在實際工程中的應(yīng)用國內(nèi)外有許多工程燃用高硫煤種，為滿足環(huán)保排放，需要非常高的脫硫效率，其脫硫系統(tǒng)均采用雙塔串聯(lián)，尤其U型雙液柱塔串聯(lián)，由于液柱塔外形為方形，在整體布置中具有極大的優(yōu)勢，其雙塔漿液池可以非常方便的結(jié)合成一個漿液池，對于石膏漿液的氧化和后續(xù)處理非常容易，大唐桂冠合山發(fā)電廠#3機組脫硫系統(tǒng)，燃煤含硫量最高達到5.2%，該機組采用U形液柱塔，雙塔串聯(lián)，總體脫硫效率高達98.4，該機組已于2011年成功投入商業(yè)運行，在滿負荷工況下，脫硫效率不低于設(shè)計值，脫硫系統(tǒng)設(shè)計電耗不到9950KW，實際運行不超過9900KW，按等量煙氣量、等量SO2濃度、等量脫硫效率相同的系統(tǒng)配置，#3脫硫U型塔技術(shù)比其它同類脫硫技術(shù)運行電耗要少近6000KW，約占整個機組發(fā)電量的1%，可以說雙塔串聯(lián)設(shè)置的經(jīng)濟性是其最突出的閃光點，也是其它單塔脫硫技術(shù)望塵莫及的。這一技術(shù)的推廣，將會給大機組、高硫煤、高效率的等同類脫硫機組帶來巨大的經(jīng)濟效益，