用双托盘技术改造吸收塔能最大化提高脱硫效率

美国B&W公司技术论文, 2006

用双托盘技术改造吸收塔能最大化提高脱硫效率

Maximizing SO2 Removal by Retrofit with Dual Tray Technology

摘要

美国某电厂自1983年起运营一台带有石灰石－石膏湿法烟气脱硫系统的55MW机组。该脱硫系统采用巴威（B&W）公司提供的单托盘吸收塔，设计的脱硫效率达90%。后来锅炉燃烧高含硫量的东部烟煤，其烟气二氧化硫浓度达7.5磅/ MBtu（9680mg/NM3）。为了提高脱硫效率，该电厂和B＆W在2002年采用双托盘技术，即在塔内加第二个托盘。在未投入有机酸情况下脱硫效率从90％提高到98％。在过去的两年中，已对改造后的系统作了性能测试，测试参数包括了三氧化硫、氟化氢、氯化氢和尘粒。本文讨论了有关吸收塔设计、运行参数、测试和化学分析的结果。

关键词：烟气脱硫，吸收塔改造，多孔托盘

1 引言

在美国，“各州际间清洁空气法（CAIR）”即将推出，这将促使烟气脱硫效率的提高，主要靠高效率的吸收塔来满足。本文基于石灰石强制氧化的吸收塔系统，因为它是在目前和可预见的未来中最常用的系统。通过强化浆液的化学反应或增加吸收塔内气体和浆液接触可以提高效率。典型的化学反应强化方法是加入己二酸或复合二元酸例如DBA。增加塔内气体和浆液的接触可以通过加大液气比（L/G）来实现，这也就增加了每次循环浆液的碱性利用率。从实际情况和改造费用上来说，增加L/G难度较大，因为需要增加喷淋管及喷嘴和吸收塔循环泵，塔内通常也没有足够的可用空间。为了加强塔内气体和浆液的接触，可以增加吸收塔托盘或减少现有托盘的开孔率。此情况下L / G保持不变，但是每单位体积浆液吸收二氧化硫的能力增加。

到2006年，B&W已建造了6个双托盘吸收塔，还有19个双托盘塔在设计、建造和启动阶段。本文主要介绍将常规的90％效率脱硫塔改造升级为高效的（> 95％脱硫）脱硫塔。B&W建议，通过加另一个托盘来达到最大限度的脱硫。该电厂是一个理想的示范点，因为他们的湿法烟气脱硫（WFGD）系统采用石灰石－石膏法强制氧化，塔内已有一托盘。而且两家公司之间关系良好。他们的吸收塔原设计中也有加另一托盘的空间。在1998年测量的基准条件时性能值如下（见表1）：

在对系统做完改造后，对其进行了现场性能测试。最后一次测试是在2005年11月份进行的。除了测试二氧化硫外，其它污染物(如固体颗粒物、硫酸雾、氯化氢和氟化氢等)也纳入测试范围，以收集工厂的基本数据。

2.背景和改造经历

该电厂的1号机组，是巴威公司在1981年提供的, 该锅炉设计条件是：当燃烧烟煤时出力为480,000磅/小时蒸汽流量和发电55兆瓦。排烟污染控制系统（AQCS）包括一个静电除尘器（ESP）和湿法脱硫系统。FGD系统是

强制氧化设计，由一个吸收塔，一套吸收剂制备系统，一级和二级石膏脱水系统组成。在增加新的第二托盘之前，吸收塔性能较差。主要原因是在煤含硫量高和负荷高时（6.5 Ib/ MBtu，60兆瓦），石灰石浆液供给密度在13%左右，使得塔内石灰石浆液出现盲区和石灰石浆液供应不足。pH值在4.6至4.8之间。单托盘的脱硫平均效率为～83%。

吸收塔是一个直径为22'6“（6.86m）的单托盘塔。2003年10月，增加了第二个托盘。入口上方的材料是317L。吸收塔入口有C276雨篷和侧面防护，以防止吸收塔入口处浆液中固体堆积。在托盘上有2层喷淋管，无备用喷淋管。安装了三个吸收塔循环泵，2用1备。吸收塔喷雾区塔壁上贴了瓷砖以避免其受到喷雾冲击。吸收塔上部装了两级除雾器，并在第一级的上方和下方以及第二级的下方装有自动喷雾的冲洗管和喷嘴。在第二级除雾器上部安装了冲洗管和喷嘴，由手动操作冲洗阀门。吸收塔浆池内安装了网格式氧化空气喷管系统。此外，在吸收塔底部又安装了4个空气矛枪管以提供额外的空气量，以满足更高的脱硫效率和当入口SO2含量高时增加脱硫能力。

使用的洗涤剂是石灰石，由单台100%出力的立式研磨机磨碎。石膏脱水包括初级和中级系统。吸收塔排出泵排浆液到单台100％出力的增稠机进行初级脱水。增稠机的底流送到增稠机底流箱，然后批量进入转鼓真空过滤机。设置了两个真空过滤机，一运一备。从真空过滤机出来的石膏饼副产品目前用于填地。

在2003年，在吸收塔内增加了第二个托盘, 见图2(Fig.2)。由于ID引风机出力的限制，该新托盘压力降比旧托盘的小。虽然可看出除二氧化硫的效率有所改善，但是还没达到完整的效果。脱硫率从83％提高到89％左右。其原因还是亚硝酸盐盲区造成。当含硫量和脱硫效率增加时，氧化空气供应量也应增加，但事实并非如此。此外，由于锅炉运行不正常使得压降提高，加上引风机出力的限制造成了吸收塔入口固体沉积物堵塞，每年至少要清理吸收塔入口两次。

2005年，为了提高系统可靠性并使第二托盘更有效，对系统做了更多的改进。在工厂停运期间，清理了C276入口雨篷间隙中多年积累的硬垢。清洗后发现雨篷被严重腐蚀，需要更换。新的雨篷解决了入口的堵塞问题。接下来，用一些橡胶塞堵在第二吸收托盘开孔中，使得托盘压降增加，与第一个托盘压降相当。还在吸收塔壁底部位置加了氧化空气矛状管，以改善浆池的氧化和亚硫酸盐致盲。这些综合改进，使烟气脱硫系统能充分发挥其性能。现在脱硫效率可以高达98％。

3 二氧化硫吸收理论

3.1吸收塔的设计和SO2吸收

湿式洗涤塔的设计必须满足两个基本要求。首先是气体和浆液接触。二是提供碱性反应剂中和吸收二氧化硫后浆液的酸性。

例如在空喷淋塔中，气体和浆液接触可以通过吸收塔浆液喷雾（L/G）来完成。关键是要有良好的气体分布和浆液喷雾分布。在空喷淋塔中，喷雾液滴的表面积和烟气与液滴的接触是去脱除二氧化硫的主要手段。这要靠调节泵的流量作为主要参数来达到所要求的性能。还可以通过提供更多的液滴表面积（较高的喷嘴压力降），来增加接触面，但这是以泵功率为代价的，增加液滴表面积能迅速奏效。

采用一些强化接触设备可大大提高气体和浆液的接触以及脱硫效率。B＆W采用了多孔托盘。托盘提供气体和浆液间最紧密的接触。由托盘提供的接触面，比喷射的浆液液滴能更有效地脱硫。

3.2烟气整流