托盘技术应用于湿法烟气脱硫的现状与展望

袁瑞龙，孙 琛，肖爱萍，于 江，张 蕾，杨晓峰

(1 中国联合工程公司，浙江 杭州 310052；2 宁波正源电力有限公司，浙江 宁波 315708；3 浙江省工业环保设计研究院有限公司，浙江 杭州 310012)



托盘技术应用于湿法烟气脱硫的现状与展望

袁瑞龙1，孙 琛1，肖爱萍1，于 江2，张 蕾3，杨晓峰1

(1 中国联合工程公司，浙江 杭州 310052；2 宁波正源电力有限公司，浙江 宁波 315708；3 浙江省工业环保设计研究院有限公司，浙江 杭州 310012)

近年来，我国大气污染问题日益凸显，控制大气污染物排放已成为环保工作重点。为严控大气污染物排放，我国环境标准不断提高，政府部门提出了“超净排放”环保概念。本文详细介绍了湿式石灰石-石膏法脱硫工艺，指出托盘改造可成为提高湿式脱硫塔效率的有效方法。目前，该技术已被应用于部分电厂脱硫设备的“超净排放”改造，其具有均匀化烟气流场、提高喷淋塔除尘性能、降低脱硫系统能耗和便于脱硫喷淋塔检修等特点，有较高的经济效益。托盘技术为脱硫系统改造提供了新思路，在脱硫系统“超净排放”改造领域具有广泛应用前景。

烟气脱硫；湿式石灰石-石膏法；托盘技术；超净排放

1 湿法烟气脱硫技术简介

虽然近年来原煤消耗量有所下降，但是燃煤锅炉排放仍是我国产生二氧化硫的第一大污染源[1]，环保形势十分严峻。为控制SO2等大气污染物排放，我国环境保护部门出台了一系列政策法规。2012年1月1日，《火电厂大气污染排放标准》(GB13223-2011)正式实施，SO2的排放限值被设定在100 mg/m3以下[2]。2014年国家发改委印发《煤电节能减排升级与改造行动计划(2014-2020年)》，提出燃煤电厂“超净排放”概念，进一步提高了SO2排放标准。计划要求东部地区新建燃煤发电机组SO2排放浓度不得高于35 mg/m3[3]。

目前，国内外脱硫技术主要分为三大类：干法烟气脱硫技术、半干法烟气脱硫技术和湿法烟气脱硫技术。湿法烟气脱硫技术(Flue Gas Desulfurization, FGD)利用液态脱硫剂去除SO2气体。该技术因工艺成熟稳定，脱硫效率高，被广泛应用于燃煤锅炉脱硫领域，市场份额达85%以上[4]。使用石灰石浆液作为吸收剂的湿式石灰石-石膏法因脱硫剂价格低廉、脱硫效率高、运行稳定、适用范围广、副产物可出售等优势，从众多湿法脱硫技术中脱颖而出，成为火电厂烟气脱硫主导技术，主要工艺原理如下：

2 湿法烟气脱硫改造工艺

由于大气污染物排放标准不断提高，一些燃煤电厂掺烧硫份更高的煤种，燃煤硫分偏离设计值，发电厂满负荷甚至超负荷运行，烟气量和烟气SO2浓度都大幅上升，导致多数湿法烟气脱硫技工艺已无法满足当前环保排放要求。因此，对传统湿法烟气脱硫技术进行升级改造，已成当务之急。目前较为常规的湿法烟气脱硫改造工艺包括增加脱硫喷淋层、增大液气比、增大氧化空气及浆液循环量，但是由于这些措施受限场地和脱硫参数，存在一定的瓶颈，限制了实际应用。

3 托盘技术

影响湿式石灰石-石膏工艺脱硫效率的主要因素包括传质和吸收两个过程，故可有针对性地从强化扰动、增大吸收剂与烟气的接触比表面积和提高传质效率、加快反应效率两个方面入手提高湿式石灰石-石膏工艺的脱硫效率。

托盘技术是在脱硫吸收塔喷淋层下设置一块或多块孔板托盘，孔板被全面布置于整个吸收塔横截面上。由于孔板托盘具有间隙结构，烟气通过托盘时，流速降低，被整流形成均匀流场，促进了SO2的吸收反应。托盘具有一定高度的持液层，烟气通过托盘孔后出现节流喷射现象，烟气和浆液在托盘表面发生强烈扰动，形成泡沫层，增大了气液接触界面，强化了SO2向石灰石浆液的传质，提高了吸收过程的反应速率。典型吸收塔托盘模块及托盘脱硫塔[6]模型如图1所示。

图1 典型吸收塔托盘模块(a)和托盘脱硫塔(b)的示意图

4 托盘技术应用优势分析

4.1 烟气流场均匀化

在脱硫设备设计阶段，烟气流场不均匀易增加无托盘喷淋塔的设计难度，需通过建立复杂的气体流动模型来优化喷嘴的布置。托盘技术可使脱硫烟气在喷淋塔中分布均匀，避免了流场紊乱对脱硫效率造成的影响，同时减小了脱硫喷淋塔设计难度。过小玲等[6]利用fluent软件对喷淋塔空塔的气相冷态流场进行了数值模拟，发现未安装托盘时，烟气进入喷淋塔后会出现逆时针漩涡，形成强烈湍流区。而安装托盘后，喷淋塔内的烟气流场明显均匀化。喷淋塔底部浆池附近的漩涡消失，有效减少了烟气含水量，减轻了除雾器负担，同时降低了低温腐蚀的风险。

4.2 提高脱硫喷淋塔除尘性能

燃煤锅炉排放烟气中携带的粉尘，尺寸小于10 μm的颗粒达30%，是雾霾天气的主要成因。目前主要的除尘设备包括布袋除尘器、静电除尘器和湿式电除尘器等。锅炉烟气正常设计条件下，托盘持液层具有一定厚度，合理范围在100～200 mm之间。烟气经过托盘孔时，会出现节流喷射现象，烟气与持液层之间发生强烈扰动，提高了喷淋区烟气湍流度，这种“洗涤”作用对烟气中颗粒物有较为明显的捕集效果。梁晏萱[7]等研究了带托盘脱硫喷淋塔的辅助除尘性能，发现带托盘脱硫喷淋塔对烟尘具有一定的去除效果，综合除尘率介于28.1%～74.9%。

4.3 降低脱硫系统能耗

托盘上形成的持液层可明显增加烟气在吸收塔中的停留时间，单托盘上的浆液滞留时间为1.8 s，双托盘上的浆液滞留时间可达3.5s[8]。烟气在吸收塔中停留时间的延长，提高了脱硫吸收剂的利用率。在相同脱硫效率条件下，使用托盘可有效降低脱硫液/气比25%～30%。同时，由于液/气比减小，浆液循环泵的流量可降低，条件允许时，甚至可少运行一台浆液循环泵。虽然托盘改造将一定程度上增加塔内烟气阻力，提高系统引风机电耗，但是不会大于因液/气比降低而使循环泵功率减小的量。以一台600 MW机组考虑，增设一层托盘，循环泵的配置功率可降低800 kW。虽然塔内阻力增加了500 Pa，折合风机功率增加了400 kW，但是综合考虑，脱硫电耗仍可降低400 kW[9]。

4.4 便于脱硫喷淋塔的检修

由于托盘材质多为合金材料，设计载荷可达到4000 kN/m2，达到了检修平台的载荷设计要求。因此运行维护人员可借助托盘对塔内部件进行维护，使检修工作更加方便易行，降低了成本与时间。浙江省钱清发电厂湿式石灰石-石膏脱硫系统进行小修过程中，在吸收塔内部浆液未排空情况下，检修人员便可通过托盘进入吸收塔内部，对除雾层、喷淋层和吸收塔衬胶等部件进行检查，缩短了维修周期[10]。

图2 托盘脱硫塔维修工作图

5 国内托盘技术应用现状

由于国家总体环保形势日益严峻，部分重点地区政府提出了“50355”超净排放工程方案，燃煤电厂烟气SO2、NOx和烟尘排放浓度分别控制在35 mg/Nm3、50 mg/Nm3和5 mg/Nm3以下。托盘改造技术作为一种超净排放改造技术已被广泛应用于我国的脱硫工程中。

例如，全国首个离岸海岛大型燃煤火电厂浙能六横发电厂，一期建设的2×1000 MW超超临界机组，采用了融合托盘+增效环技术的石灰石-石膏湿法脱硫系统，SO2排放浓度低于了25 mg/Nm3[11]，达到了超洁排放要求。

萧山发电厂采用2×125两炉一塔300 MW等级的湿式石灰石-石膏法脱硫工艺进行烟气脱硫，是国内重点环保工程，工程设计最大处理烟气量达1094000 Nm3/h，入口SO2浓度2508 mg/Nm3，脱硫效率为95%，采用了美国巴威公司提供技术支撑的托盘技术，运行效果良好[12]。

杜乐[13]对托盘技术进行了经济性分析，技术参数如表1所示[13]。分析表明虽然设置托盘导致总投资增加了60万元，但每年可节省运行成本达185万元。托盘改造的经济效益明显。

表1 带托盘与不带托盘主要性能参数对比表

6 托盘技术在湿法烟气脱硫应用展望

国内超净排放概念的提出，使得现有不符合排放要求的湿式石灰石-石膏脱硫设备亟需技术改造升级。托盘改造技术具有运行稳定、脱硫效率高、技术成熟、应用广泛、使用反馈良好和经济效益高等优点，而且该技术只对脱硫喷淋塔内部结构进行调整，成本较低，有效解决了国内燃煤电厂用地紧张问题。因此托盘改造技术必将成为一种优秀的超净排放技术，在国内超净排放技术改造中大显身手。

[1] 中国环境保护产业协会脱硫脱硝委员会.脱硫脱硝行业2014年发展综述[J].中国环保产业, 2015(12):4-23.

[2] 环境保护部.GB13223-2011火电厂大气污染物排放标准[S].北京:中国环境科学出版社,2012.

[3] 国家发展改革委.煤电节能减排升级与改造行动计划(2014-2020年).

[4] 黄群亮.湿法烟气脱硫改造工艺的优选及经济性评价[D].广州:华南理工大学,2015.

[5] 马科伟.流场数值模拟技术在脱硫塔托盘设计中的应用[J].广州化工,2016, 44(5):172-174.

[6] 过小玲.托盘式烟气脱硫喷淋塔空塔冷态流场数值模拟[J].江苏环境科技,2006,19(5):37-39.

[7] 梁晏萱.带托盘喷淋塔的辅助除尘性能研究[J].重庆电力高等专科学校学报,2016,21(1):51-55.

[8] 梁晏萱.双托盘喷淋塔在石灰石-石膏湿法脱硫装置改造中的应用[J].重庆电力高等专科学校学报,2015,20(5):38-41.

[9] 张军梅.提高电站湿法脱硫系统效率及可靠性的几点措施[J].中国电力,2013,46(5):13-17.

[10]庄沪丰.135 MW机组湿法烟气脱硫实践[J].浙江电力,2004(4):28-30.

[11]方常.超洁净排放环保综合改造的应用研究[D].广州:华南理工大学,2015.

[12]苏晓艳.火电厂石灰石-石膏湿法脱硫系统优化运行的策略改进[D].广州:华南理工大学,2015.

[13]杜乐.一种提高石灰石-石膏法脱硫效率的方法-托盘塔[J].环境与发展,2014,26(3): 196-198.

Status and Development of Desulfurization Tower Tray for Wet Flue Gas Desulfurization

YUANRui-long1,SUNChen1,XIAOAi-ping1,YUJiang2,ZHANGLei3,YANGXiao-feng1

(1 China United Engineering Corporation, Zhejiang Hangzhou 310052; 2 Ningbo Zhengyuan Electric Power Co., Ltd., Zhejiang Ningbo 315708; 3 Zhejiang Industrial Environmental Protection Design &Research Institute Co., Ltd., Zhejiang Hangzhou 310012, China)

In recent years, Chinese air pollution problems increase seriously.The control of atmospheric pollutant emission has become the focus of environmental protection.To strictly control the emission of atmospheric pollutants, Chinese environmental standards were improved and the government departments proposed the concept of “ultra-clean emission”. Wet limestone-gypsum desulfurization method was introduced and it was pointed out that desulfurization tower tray modification can be an effective method to improve the efficiency of wet desulfurization tower.At present, the technique has been applied in some power plant desulfurization equipment “ultra-clean emission” modification and has the advantages of uniforming flue gas flow field, improving dust removal performance of spray tower, reducing energy consumption of desulfurization system, convenience of maintenance for desulfurization spray towers and high economy benefit.Desulfurization tower tray offered a new idea for desulfurization system modification and had bright application prospect in the field of “ultra-clean emission”.

flue gas desulfurization; wet limestone-gypsum method; desulfurization tower tray; ultra-clean emission

袁瑞龙(1970-)，男，高级工程师。

TQ534.9

A

1001-9677(2016)019-0039-03