组合式脱硫塔在烟气脱硫中的应用.docx

组合式脱硫塔在烟气脱硫中的应用组合式脱硫塔在烟气脱硫中的应用郭凯，曹霞，熊丽芳在目前冶炼厂、火电厂、钢铁厂、硫酸厂烟气脱硫工艺中，湿法烟气脱硫工艺（简称WFGD）的应用占据了80%以上，为目前烟气脱硫项目中的主导工艺。在湿法烟气脱硫工艺过程中，脱硫塔内需完成烟气SO2吸收、氧化、结晶整个反应过程，脱硫塔是WFGD系统的核心工艺设备，占WFGD系统投资费用的大部分份额；对大型脱硫系统而言，脱硫塔投资费用占整个系统投资费用的20%-25%；对中小系统而言，甚至超过30%。因此合理地选择脱硫塔，节约投资，是烟气脱硫设计工作最重要的内容。1 组合式脱硫塔的开发背景随着环保越来越受重视，国家环保部近年来不断对各项大气污染物的排放标准进行更新或修改，对排放限值提出了更严格的要求。其中2011年发布GB 132232011火电厂大气污染物排放标准，要求重点地区的烟尘排放限值为20mg/m；2013年底对铜钴镍、铅锌、铝、镁钛、稀土、钒等六项污染物排放标准进行修改，其中烟尘排放限值由原标准的80mg/m修改为10mg/m。GB 132712014锅炉大气污染物排放标准于2014年7月1日执行。各项新的或修改版环保标准的出台，对大量现有工业设备冲击很大，很多陈旧的环保设施均面临改造。改造过程中，这些设施普遍存在需亟待解决的问题：1.1 烟尘我国冶炼厂、火电厂、钢铁厂及水泥炉窑等工业设施绝大部分都已设置了除尘脱硫装置，除尘一般都采用电收尘或布袋除尘工艺，脱硫则多采用钙基湿法脱硫工艺。这类除尘脱硫装置普遍存在系统出口烟尘无法满足最新排放标准的问题，且烟气中的微细粉尘及气溶胶粒子无法被有效去除。1.2 酸雾问题我国现在大部分火电机组都在进行SCR脱硝工程改造，先对烟气脱硝，再进入湿法脱硫系统。由于SCR催化剂的作用，脱硝后SO3的浓度比脱硝前提高了50%以上，因湿法脱硫对SO3脱除率仅40%-50%，所以尾气中的硫酸雾将造成严重污染。大量酸雾的存在也提高了烟道和烟囱的防腐要求。此外，钙基脱硫装置不设置烟气再热器，烟囱下游普遍存在“石膏雨”等污染问题。1.3 砷、铅等有害杂质冶炼厂排放的烟气中普遍喊砷、铅等有害杂质。根据铜镍钴大气污染物排放标准，砷排放限值为0.4mg/m，铅排放限值为0.7mg/m，仅靠单一的脱硫塔很难除去这些杂志。据国内某大型铜冶炼厂湿法脱硫后的实测数据显示：仅设置单一脱硫塔时，尾气中砷超标7倍以上，铅超标1倍以上。1.4 场地由于大部分现有的脱硫设施面临改造，老厂区场地有限，无法布置更多的除尘脱硫设备。针对上述情况，对脱硫脱硝尾气进行深度净化已迫在眉睫，而问题的关键是选择一台能同时去除各种污染物的高效设备。2 组合式脱硫塔结构2.1 选择湿式电除雾器作为尾气深度净化的设备湿式电除雾器能够捕集烟气中雾滴和微小尘粒，尤其是对微细且黏性大的高比电阻粉尘、气溶胶、细小的金属颗粒及二恶英等有理想的捕集效果，在国内化工、冶炼、建材等行业有多年的应用业绩，在国外燃煤电厂中也有近30年的应用历史，因此湿式电除雾器成为烟气脱硫尾气深度处理的首选设备。2.2 组合式脱硫塔中国瑞林工程技术有限公司（以下简称瑞林公司）专利设备组合式除雾脱硫塔，下部为脱硫喷淋塔，上部将一段导电FRP制的电除雾器通过法兰直接和脱硫喷淋塔链接。为消除两端设备运行时产生的膨胀差，在喷淋塔和电除雾器之间设置补偿器。当下部脱硫喷淋塔采用FRP材质时，可以直接在塔体上做成FRP材质的鼓形补偿结构。脱硫喷淋采用逆流式设计，烟气自下部进塔，与上部喷淋层喷嘴喷出的脱硫循环液接触，烟气被降温，同时烟气中的SO2被脱硫液吸收，烟气中的尘和杂质被洗涤，脱硫后烟气经折流板捕沫器进入组合塔上段电除雾器，进一步去除烟气中的烟尘、酸雾和杂质。组合塔底部将作为喷淋循环液贮槽使用，并在底部设置氧化空气及搅拌装置。组合式脱硫塔下部喷淋塔主要有以下部件：1）喷淋装置。喷淋装置是组合式脱硫塔最重要的组成部分，直接关系到脱硫效率。喷淋液分布的越均匀越好，塔体横截面上不能出现漏喷和短流现象。而喷嘴的布置在喷淋装置设计中尤为重要，布置喷嘴的原则是以每个喷嘴为圆心做小圆，小圆直接为喷嘴的有效喷淋范围，小圆必须覆盖整个塔截面，且覆盖率达到150%。喷淋装置一般分为两到三层喷淋，层间距一般为1.5-1.8m，能达到较好的除尘、降温和脱硫效果。2）喷嘴。在钙基湿法脱硫装置中，喷淋介质是浓度约为10%的石灰乳浆液，因此喷嘴材质是具有耐磨性且不堵塞的碳化硅，碳化硅喷嘴具有高强度、高硬度、康强烈腐蚀、剧烈磨损、耐高温等性能，在恶劣条件下有超长的使用寿命，且操作压力极低的情况下仍具有很高的吸收效率。3）折流板捕沫器。由于喷嘴喷出的喷淋液与气流接触后达到了雾化程度，部分小雾滴夹杂在烟气中，虽然组合塔上部设置了电除雾器，但是塔内仍设置一级或两级折流板捕沫器，可以除去大颗粒的雾滴，减轻电除雾器的操作负荷。含雾滴的烟气沿着折流板向上流动，雾滴在流动过程中桩基折流板，在重力的作用下沿着折流板流下，从而达到了除雾的作用。4）侧壁搅拌和氧化空气管。在脱硫塔下部储液段的塔壁设置侧壁搅拌装置，该装置数量视塔径和储液量而定，以防悬浮物沉积。同时在液下舍友环形氧化空气管用于鼓入空气，对脱硫后生成的亚硫酸盐进行充分氧化。组合式脱硫塔结构见图1。3 组合式脱硫塔的特点1）组合式的塔结构，大大节约占地。该设备成功地将电除雾器和脱硫塔通过法兰连接在一起，形成一台整体设备，由于是直连式，所以电除雾器下部通常的接液槽、电雾进气段的气流分布装置均予以取消。同时省去了两胎传统设备之间的连接烟道。占地面积节省50%-60%以上。可以更合理地利用场地，有效降低工程造价。2）电除雾器操作气速更高。大部分传统电除雾器用于硫酸行业的烟气净化，而烟气净化的指标高于脱硫尾气的排放指标，如硫酸装置烟气净化要求电除雾器出口烟气含尘和酸雾均低于5mg/m，严苛一点的甚至要求低于2mg/m。而硫酸电除雾器进口的烟尘（一般在100-300mg/m）和酸雾质量浓度（一般在800-1200mg/m）也比脱硫尾气高出很多。作为组合式脱硫塔的一部分，电除雾器的作用是做脱硫烟气进行深度净化。一般来说，脱硫烟气中烟尘、酸雾、杂质等条件比硫酸净化烟气要好很多，脱硫的排放指标也比硫酸净化的出口指标要低。所以一般不需要像硫酸净化中电除雾器那么高的除尘、除雾效率。电除雾器的投资相对较高，所以在组合式脱硫塔上部电除雾器的选型上，可以根据实际烟气条件，适当选择面积较小的电除雾器，用降低除雾效率的方式节省投资。电除雾器面积减小意味着烟气硫酸的升高。传统电除雾器阴极线的上端固定在阴极梁上，下端采用重锤张紧固定。当电场内烟气操作气速高于1.2m/s时，极线容易发生摆动，导致电压、电流波动，最终影响除雾效率。所以传统电除雾器的操作气速均涉及在1.2m/s以下。当电除雾器气速比较高时，为避免烟气对阴极线的冲击影响，在电除雾器阴极线的下部设置固定框架，同时阴极线下端仍用重锤张紧，从而对阴极线纵向和横向均进行约束固定，使之不摆动，稳定储物效率。该固定框架在都匀电厂中得到应用。实践证明当烟气流速高达3.2m/s时，电除雾器的运行仍然稳定可靠。4 组合式脱硫塔电除雾器的应用优势1）对气溶胶颗粒去除效率更高、去除粒径更小。可有效去除SO3气溶胶、NH3气溶胶（氨法脱硫）、微细粉尘（PM2.5）、细小液滴、砷、铅等有害杂质，尾气排放可满足日益严苛的环保法规要求。2）可免去GGH的设置。GGH系统因存在阻力大、电耗高、易堵塞等问题，所以目前FGD装置一般不考虑设置GGH。但如果不设置GGH，烟囱排放尾气透明度差，有时会在烟囱下方一定范围内形成“石膏雨”，气温低时形成“小雪花”。湿式电除雾器对微细粉尘（PM2.5）和气溶胶的去除效率可达90%以上，因而不设置GGH时便能有效解决这类问题。3）有效去除酸雾，解决SCR后SO3浓度增高引起的问题。4）脱除各种污染物后，减缓了腐蚀，延长了设备使用寿命，提高了设备可利用率。5）电除雾器冲洗水流下后可作为脱硫塔折流板捕沫器的冲洗水。6）组合塔上部的电除雾器使用到点玻璃钢（C-FRP）制造，与传统铅或PVC电除雾器相比，用C-FRP制备的电除雾器导电性强、除雾效率高、强度大、质量小（处理相同气量的C-FRP电雾较PVC电雾质量小50%以上）、结构紧凑占地小、安装周期短、阻燃性好，是目前电除雾器的主流材质。7）组合塔下部的喷淋塔通常是FRP材质制造的圆形筒体，但根据设备尺寸和场地条件，塔体材质也可使用碳钢或混凝土，再内衬防腐层。塔体形式可为方形。如都匀电厂项目，因处理烟气量很大，圆形FRP筒体不适合制造安装，所以采用了方形混凝土内衬防腐层结构。采用这样的结构，下部塔体可以承受上部电除雾器的大量设备重量，减少土建平台的投资。8）净化后的烟气从电除雾器上部出口排出，因为组合塔的设备高度比较高，所以烟囱的进气口位置也会较一般脱硫塔出口高，如果是新建项目，可根据实际情况，考虑将烟囱直接设置在组合塔顶部，从而减少烟囱的投资。5 组合式脱硫塔已成功的实际运用组合式脱硫塔已成功运行于多个项目，