湿法烟气脱硫塔能效特性研究

马威

摘 要： 现如今，我国是科学技术快速发展的新时期，针对湿法烟气脱硫能效规律欠缺问题，以600MW超低排放机组湿法脱硫塔为研究对象，基于脱硫设备的主要能耗和脱硫效率构建了脱硫能效指标—脱硫能效值，并采用数值模拟和理论分析相结合的方法，探究了液气比、入口烟气量、烟气流速、入口SO2质量浓度、烟气温度等参数以及不同喷淋层组合方式对脱硫能效特性的影响规律。结果表明：脱硫能效值为0.27-0.96kg/（kW·h），并随入口SO2质量浓度增加呈正比例变化，随喷淋层组合数、液气比和入口烟气温度增加呈反比例变化，随入口烟气量和塔内烟气流速增加先上升后下降。研究结果可为脱硫技术评价和脱硫系统节能运行提供参考。

关键词： 湿法脱硫塔;数值模拟;脱硫能效值;能效指标规律

【中图分类号】X824     【文献标识码】A     【DOI】10.12215/j.issn.1674-3733.2020.39.166

引言：焦炉煤气脱硫大多数企业使用的是常压湿法脱硫空气再生工艺。湿法脱硫一般是以碱性溶液进行化学吸收，碱性溶液可以是碳酸钠溶液或是氨水。在化学吸收法中分为中和法和湿式氧化法，其中湿式氧化法被广泛应用。脱硫液再生常用的有喷射再生和强制鼓风再生工艺。装置采用的是湿式氧化法脱硫，强制鼓风空气再生工艺。在运行一定时间后，塔发生堵塞，阻力逐渐升高，导致系统无法正常运行，严重影响整个系统的负荷和生产经济效益。同时，了解多家焦化厂常压焦炉气脱硫工艺都存在脱硫塔塔堵的问题，只是运行时间长短不同而已。本文针对焦炉气常压湿法脱硫工艺，并结合装置后脱硫，强制鼓风空气再生工艺运行过程中，塔堵的原因进行具体分析，并提出针对性的防范措施。

1 湿法烟气脱硫技术概况

现阶段，在安装烟气脱硫的火力发电机组中，主要采用湿法脱硫控制二氧化硫的排放。目前已开发并实现广泛应用的湿法烟气脱硫技术主要包括石灰石/石膏法脱硫、简易湿法、海水脱硫法3种。第一，石灰石/石膏法脱硫工艺流程在石灰浆制备流程中相对较为复杂，在实际应用中，脱硫率高于96%，Ca/S为1.1;脱硫副产物主要是硫酸钙，当前还没有实现重复利用;应用范围主要集中于燃烧高、中硫煤锅炉、当地有石灰石矿;电耗占总发电量的1.5%-2.0%，需要进行烟气再热，占地较多;技术以商业化引进为主。第二，简易湿法工艺流程较为简短，实际应用中能够实现高于90%的脱硫率，Ca/S为1.1;脱硫副产物同样为硫酸钙;应用范围与石灰石/石膏法脱硫技术应用范围相同;电耗占总发电量约为1%，燃气需要再热，占地较少;目前技术相对成熟，已有示范工程。第三，海水脱硫法工艺流程简单，并且在实际应用中能够实现90%以上的脱硫效率，海水作为脱硫剂;脱硫副产物主要是硫酸盐，在经过处理之后能够直接排入大海;适用范围主要在燃烧中、低硫煤锅炉;电耗占总发电量的比例在1%-1.5%三者相比较，烟气不需要再热，占地较少;技术较为成熟，已有工艺示范工程。石灰石/石膏法脱硫虽然占地面积较广，电耗占总发电量的比例较高，但是其脱硫效率较高，是我国目前应用较为广泛的一种湿法烟气脱硫技术。

2 湿法烟气脱硫塔能效特性

2.1 烟气流速对能效特性的影响

脱硫效率随塔内烟气流速增大而下降，当烟气流速由3.9m/s增大到6.8m/s时，脱硫效率从98.01%下降到91.99%，几乎呈反比例下降，平均单位烟气流速脱硫降幅为2.10%/（m/s）。一方面，在其他参数不变的情况下，烟气流速增大可以增强烟气和石灰石浆液之间的湍动，强化气液传质，对脱硫效果有促进作用;另一方面，在塔径不变的情况下，塔内烟气流速增大，浆液喷淋量保持不变，则液气比减小，脱硫效率降低。综合2方面因素，烟气流速增加使液气比降低对脱硫效率的影响强于气液之间的湍动带来的影响，故在浆液喷淋量不变的前提下烟气量增大，脱硫效率下降。

2.2 调整脱硫运行参数

为了有效保证脱硫氧化空气系统的运行安全性和稳定性，在实际工作当中需要做到以下几个方面工作：第一，脱硫系统如果处于长时间停运状态下，需要对氧化风管进行周期性注水和保养处理工作;第二，要周期性对氧化风机设备进行切换处理，并且及时冲洗氧化风管结垢;第三，需要将吸收塔氧化出风温度控制在30～55℃;第四，在运行工作中需要对吸收塔内部的液位以及浆液的浓度大小进行有效把控，防止出现浆液饱和问题，降低吸收塔内部构件产生结垢问题的可行性;第五，要强化监视和维护工作效果，防止大量粉尘直接被进入吸收塔内部形成相应的灰垢问题;第六，要不断提高监控脱硫到DCS/PLC工作画面，对比氧化风机压力大小进行准确控制，同时工作人员需要判断系统的实时性工作状况，如果发现其中存在问题，必须要及时进行调整。

2.3 设计及选型要点

喷枪式氧化风管的布置通常与搅拌器布置整体考虑，往往一台搅拌器对应一处氧化空气喷射管，喷射管水平及垂直位置往往由搅拌器厂家根据吸收塔图纸对搅拌器和喷射管的布置统一考虑。管网式氧化风管布置由脱硫设计人员考虑，其关键点为氧化风管开孔率、开孔大小及塔内氧化风管布置高度。开孔率大小影响到塔内氧化空气分散的均匀性和风机风压的选择，开孔越小，氧化空气在浆液中分布越均匀，且利于气液反应，但同时容易堵塞，氧化风管网在浆液槽内埋深越深，其空气停留时间越长，利于浆液的氧化反应，但风机能耗大，且不利于管网检修。任何一种氧化风管的布置，为了防止其结垢与堵塞，均设有氧化风降温水，并应保证氧化风机不间断运行。

结语：1）脱硫能效值随液气比增大和烟气温度升高而下降，随入口SO2质量浓度增大而升高。液氣比对脱硫能效值影响较大，是影响脱硫运行经济性的重要因素。2）脱硫能效值随入口烟气量和塔内烟气流速增大先上升后下降，在塔径不变的情况下，入口烟气量增大，截面烟气流速随之增大，故二者影响规律相同。

参考文献

[1] 中华人民共和国生态环保部.关于印发《全面实施燃煤电厂超低排放和节能改造工作方案》的通知[EB/OL].

[2] 李文鼎，高惠华，蔡文丰.石灰石-石膏湿法脱硫吸收塔结垢分析及预防措施[J].发电技术，2019，40（1）：51-55.