摘要:介紹了XZKP型高效空塔噴淋煙氣脫硫裝置的技術(shù)原理、技術(shù)特點(diǎn)、中試及工業(yè)化試驗(yàn)的情況。該技術(shù)通過(guò)改進(jìn)工藝和結(jié)構(gòu)，在提高脫硫效率和脫硫劑循環(huán)利用率兩項(xiàng)技術(shù)上成效顯著，用戶可在不增加裝置投資的前提下，獲得更高的效率和更低的運(yùn)行成本。

關(guān)鍵詞:高效空塔,噴淋煙氣,脫硫裝置

1 XZKP型高效空塔噴淋煙氣脫硫裝置技術(shù)原理

XZKP型高效空塔噴淋技術(shù)適用范圍廣泛，10M～100MW火電或自備電廠機(jī)組的各類(lèi)型鍋爐脫硫裝置均可用，同時(shí)適用于非發(fā)電行業(yè)如：石油、化工、造紙、制鋁業(yè)、冶金、食品加工等中小型鍋爐或窯爐煙氣的脫硫。

XZKP型高效空塔噴淋煙氣脫硫裝置包括吸收劑制備子系統(tǒng)、吸收塔、塔前降溫除塵子系統(tǒng)、排渣子系統(tǒng)、自循環(huán)子系統(tǒng)、物料輸送子系統(tǒng)、給水子系統(tǒng)、壓縮空氣子系統(tǒng)和生控子系統(tǒng)。

XZKP型高效空塔噴淋煙氣脫硫裝置采用大型濕法小型化工藝原理，經(jīng)除塵后的煙氣（120℃～140℃）通過(guò)塔前降溫和二次除塵預(yù)處理后從塔底進(jìn)入，與自循環(huán)子系統(tǒng)三層多噴嘴霧化狀態(tài)的貧液逆流接觸（吸收液覆蓋率＞200%），發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，達(dá)到脫除二氧化硫的目的。完成反應(yīng)后，煙氣經(jīng)高效氣水分離器，凈化合格的煙氣經(jīng)煙囪排入大氣；吸收后的濃溶液（富液經(jīng)塔內(nèi)氧化后再生，鈉-鈣法不需在塔內(nèi)氧化）約10%從塔底排出進(jìn)入排渣子系統(tǒng)脫水，形成干渣運(yùn)出他用，所有液相全部返回系統(tǒng)循環(huán)利用；制備子系統(tǒng)不斷向塔內(nèi)補(bǔ)入高濃度新鮮溶液，以確保循環(huán)溶液的吸收能力。XZKP技術(shù)的主要性能見(jiàn)表1；XZKP型高效空塔噴淋煙氣脫硫裝置工藝流程見(jiàn)下圖。

2 脫硫裝置存在的問(wèn)題及改進(jìn)措施

2.1 脫硫效率偏低

目前國(guó)內(nèi)中小型濕法脫硫裝置應(yīng)用于35～220t/h鍋爐煙氣的脫硫效率一般在70%～90％，220t/h以上級(jí)別鍋爐也難以突破90％。能突破90％的裝置亦很難保持長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。

中小型濕法脫硫效率偏低一般有下列原因：

（1）吸收塔結(jié)構(gòu)問(wèn)題

目前國(guó)內(nèi)中小型濕法脫硫裝置大部分屬于簡(jiǎn)易型，這些簡(jiǎn)易型脫硫裝置的缺陷在于：化學(xué)反應(yīng)區(qū)域小、噴淋密度小、阻力大，易造成脫硫效率偏低。

（2）煙氣流速取值高

中小型濕法脫硫裝置因想通過(guò)節(jié)約成本獲得較高中標(biāo)率和工藝方法的限制等原因，通常設(shè)計(jì)煙氣塔內(nèi)流速在3.5～4.0m/s范圍。氣速取值太大，必然使煙氣在塔內(nèi)停留時(shí)間縮短，必然造成塔內(nèi)化學(xué)反應(yīng)不充分，最終使脫硫效率偏低。

（3）采用簡(jiǎn)易式除霧器

煙氣流速高所帶來(lái)的另一個(gè)負(fù)效應(yīng)是：中小型濕法脫硫塔至今氣水分離除霧仍沿用切線、填料式等簡(jiǎn)易型式，因氣速取值大，給尾氣氣水分離增加較大負(fù)擔(dān)，為避免帶水，只有降低二層噴淋量一個(gè)辦法，通過(guò)減少?lài)娏苊芏葋?lái)實(shí)現(xiàn)不帶水，最終反過(guò)來(lái)還是會(huì)影響吸收效果，使脫硫效率下降。

（4）吸收條件錯(cuò)位

多數(shù)中小型濕法脫硫裝置對(duì)塔內(nèi)吸收過(guò)程的動(dòng)力學(xué)參數(shù)的選擇對(duì)正壓或負(fù)壓與吸收、分離等操作單元之間的影響關(guān)系并不太在意。從理論上說(shuō)，壓力越大，介質(zhì)在吸收劑中的溶解度越大，吸收效果越好；反之，則是一個(gè)解吸過(guò)程。在化工溶液再生中最常用的一種工藝方法就是負(fù)壓解吸。氣相或液相在負(fù)壓工況下與在正壓條件下的流體移動(dòng)軌跡是截然不同的，在負(fù)壓工況下，煙氣流速加快、噴嘴噴出的液簾角度、長(zhǎng)度和氣液接觸的狀態(tài)都很難實(shí)現(xiàn)原設(shè)計(jì)意圖，尤其是停留時(shí)間和氣水分離基本偏離設(shè)計(jì)參數(shù)，這種工況最終表現(xiàn)出來(lái)的就是脫硫效率低、風(fēng)機(jī)帶水。

2.2 脫硫劑循環(huán)利用率

脫硫劑循環(huán)利用率取決于系統(tǒng)液相的外排損失量。XZKP型裝置正常運(yùn)行時(shí)除生成物脫水后的干渣、定期清理脫硫劑所含雜質(zhì)和脫硫塔出口煙氣自然帶走部分水外，系統(tǒng)能做到?jīng)]有外排；連濾渣、清洗用水均全部回收到脫硫劑制備系統(tǒng)利用，提高了脫硫劑的循環(huán)利用率。

3 XZKP型高效空塔噴淋煙氣脫硫裝置的技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

（1）引用多級(jí)多噴頭霧化強(qiáng)化傳質(zhì)

這種噴淋形式根據(jù)脫硫塔截面大小而選擇噴頭噴出角度，覆蓋率達(dá)到200%以上，最大限度地增大了氣液兩相的接觸面積和時(shí)間，力求使氣液傳質(zhì)達(dá)到接近理論化學(xué)反應(yīng)限度，從而達(dá)到提高脫硫效率的目的。

（2）溶液塔內(nèi)外循環(huán)相結(jié)合

大型濕法脫硫后的富液采用直接在塔內(nèi)再生的工藝方法，只用一種脫硫劑（石灰石或石灰），再生過(guò)程相對(duì)簡(jiǎn)單，實(shí)際就是富液的氧化過(guò)程；而簡(jiǎn)易濕法所用脫硫劑基本是兩種—鈉或其它堿性物和鈣），再生過(guò)程相對(duì)復(fù)雜，需要用鈣先將鈉或其它堿性物回收出來(lái)后再進(jìn)行氧化。

（3）除霧器的改進(jìn)

在工業(yè)實(shí)踐中，大型濕法氣水分離采用多層45°折流式（非金屬材料）除霧器，但應(yīng)用于簡(jiǎn)易濕法裝置中會(huì)出現(xiàn)積灰和出口煙氣濕含量超標(biāo)較多的現(xiàn)象；XZKP技術(shù)為避免這種現(xiàn)象，對(duì)除霧器結(jié)構(gòu)做了改進(jìn)，把折流角度改為15°～30°的“人”字結(jié)構(gòu)，提高了氣水分離效果，加快分離水在板中的流動(dòng)速度，同時(shí)也抑制了灰在板中的沉積。

4 項(xiàng)目工業(yè)化試驗(yàn)

該項(xiàng)目技術(shù)根據(jù)在山東東營(yíng)華泰清河實(shí)業(yè)有限公司170t/h燃煤鍋爐的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整合見(jiàn)表2～4（表中數(shù)據(jù)均為平均數(shù)）。

試驗(yàn)?zāi)康模汗に嚰敖Y(jié)構(gòu)改進(jìn)后脫硫效率、脫硫劑循環(huán)利用率和出口煙氣濕含量的變化情況。

試驗(yàn)基準(zhǔn)條件：煙氣量≤250,000Nm3/h，脫硫塔直徑Φ6000mm、塔高27m、煙氣溫度≤150℃，進(jìn)口SO2濃度≤5000mg/Nm3，塔內(nèi)平均反應(yīng)溫度≤100℃，塔內(nèi)氣體平均流速3.1m/s，液氣比6L/m3。

根據(jù)綜合試驗(yàn)數(shù)據(jù)再次進(jìn)行了專(zhuān)題研究，試驗(yàn)結(jié)果顯示效果良好，改進(jìn)措施是可行的。

5 XZKP型高效空塔噴淋煙氣脫硫裝置項(xiàng)目的技術(shù)特點(diǎn)

（1）在大型濕法和簡(jiǎn)易濕法兩種工藝之間進(jìn)行優(yōu)化組合，科學(xué)取值，液相采用脫硫塔內(nèi)外循環(huán)并用，既提高脫硫效率，又不需要較大的占地和投資。

（2）改進(jìn)氣水分離結(jié)構(gòu)，提高氣水分離效果，有效防止積灰。

（3）脫硫劑的循環(huán)利用率明顯提高，脫硫塔阻力小。

（4）XZKP技術(shù)適用范圍廣；各行業(yè)35～410t/h鍋爐或窯爐均可使用；同時(shí)適應(yīng)鈉堿、造紙白泥、印染廢液、石灰石/石灰等各類(lèi)濕法脫硫劑；XZKP裝置脫硫塔可由鋼制、花崗巖制或非金屬材料制成。

（5）技術(shù)性能指標(biāo)優(yōu)化：Ca/S<1.1；脫硫效率>94%；出口煙氣濕含量≤85mg/m3；裝置可用率>96%；脫硫劑循環(huán)利用率≥95%；SO2、HCl、HF、重金屬Hg等脫除率>90%。

6 項(xiàng)目的工業(yè)化試驗(yàn)結(jié)果

2006年7月，該裝置技術(shù)在山東永泰化工（集團(tuán)）有限公司兩臺(tái)75t/h燃煤鍋爐裝置上設(shè)計(jì)配套進(jìn)行第一次工業(yè)化試驗(yàn)，2006年12月裝置建成投入試運(yùn)行，經(jīng)調(diào)試后裝置運(yùn)行效果良好。裝置于2007年4月底通過(guò)山東省環(huán)境監(jiān)測(cè)中心驗(yàn)收，脫硫效率平均達(dá)到94.10%。2007年3月，該裝置在山東東營(yíng)華泰清河實(shí)業(yè)有限公司170t/h燃煤鍋爐裝置上設(shè)計(jì)配套進(jìn)行第二次工業(yè)化試驗(yàn)，2007年8月裝置建成投入試運(yùn)行，經(jīng)調(diào)試后裝置運(yùn)行效果同樣良好。裝置于2007年9月底通過(guò)山東省環(huán)境監(jiān)測(cè)中心驗(yàn)收，脫硫效率平均達(dá)到95.28%。兩次工業(yè)化試驗(yàn)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求，各項(xiàng)主要技術(shù)性能指標(biāo)均達(dá)到《火電廠煙氣脫硫工程技術(shù)規(guī)范 石灰石/石灰-石膏法》（HJ/T179－2005）國(guó)家環(huán)保技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，符合《火力發(fā)電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB13223-2003），達(dá)到預(yù)期的效果。

7 項(xiàng)目實(shí)施效益

7.1 經(jīng)濟(jì)效益

該項(xiàng)目技術(shù)實(shí)施后，不論是承建方或是建設(shè)方都有良好的經(jīng)濟(jì)效益。以華泰清河實(shí)業(yè)有限公司170t/h鍋爐煙氣脫硫工程為例：

根據(jù)測(cè)算，1臺(tái)170t/h燃煤鍋爐在沒(méi)有脫硫設(shè)施的情況下，每年向大氣排放SO2總量按4000噸計(jì)，需向環(huán)保部門(mén)交納的排污費(fèi)用為252.63萬(wàn)元/a。

能達(dá)標(biāo)排放的發(fā)電廠可享受?chē)?guó)家電費(fèi)加價(jià)的優(yōu)惠政策，企業(yè)此項(xiàng)可增收約180萬(wàn)元/a。

脫硫設(shè)施運(yùn)行費(fèi)用按0.5元/kgSO2計(jì)，則年運(yùn)行費(fèi)用為200萬(wàn)元，低于沒(méi)有脫硫設(shè)施時(shí)應(yīng)繳納的排污費(fèi)用。

從以上數(shù)據(jù)分析，該項(xiàng)目的推廣應(yīng)用不但利國(guó)利民，而且承建方和建設(shè)方的經(jīng)濟(jì)效益都是明顯的。

7.2 社會(huì)效益

（1）減輕大氣污染。我國(guó)每年向大氣排放的SO2總量達(dá)2200多萬(wàn)噸，全國(guó)國(guó)土的酸雨面積已超過(guò)1/3，而且還在增加。據(jù)國(guó)家有關(guān)環(huán)保統(tǒng)計(jì)的資料，每年因此而造成的經(jīng)濟(jì)損失已超過(guò)1100億元。該項(xiàng)目裝置技術(shù)脫硫效率較國(guó)內(nèi)同類(lèi)裝置技術(shù)高出7%～15%，1臺(tái)170t/h鍋爐配套XZKP型裝置，一年可減少向大氣排放SO2總量為367噸。

（2）增加就業(yè)機(jī)會(huì)。

（3）增加國(guó)家稅收。以1臺(tái)170t/h鍋爐煙氣脫硫裝置為例：新增產(chǎn)值748萬(wàn)元，新增利潤(rùn)95.37萬(wàn)元，新增稅收46.75萬(wàn)元。

8 結(jié)論

XZKP型高效空塔噴淋煙氣脫硫裝置經(jīng)過(guò)工業(yè)化試驗(yàn)的檢驗(yàn)，通過(guò)了當(dāng)?shù)厥∈屑?jí)環(huán)保主管部門(mén)的監(jiān)測(cè)驗(yàn)收，實(shí)踐證明該裝置工藝創(chuàng)新是成功的。迄今為止，國(guó)內(nèi)尚無(wú)大型濕法煙氣脫硫技術(shù)小型化應(yīng)用的報(bào)道，XZKP型裝置適用范圍廣，10M～100MW火電機(jī)組的脫硫裝置均可適用，同時(shí)適用于非發(fā)電行業(yè)如：石油、化工、造紙、制鋁業(yè)、冶金、食品加工等中小型鍋爐煙氣的脫硫。XZKP型裝置通過(guò)創(chuàng)新性優(yōu)化組合和改進(jìn)，在提高脫硫效率、脫硫劑循環(huán)利用率和氣水分離幾項(xiàng)指標(biāo)上取得顯著成效，較目前國(guó)內(nèi)同類(lèi)技術(shù)先進(jìn)。

XZKP型高效空塔噴淋煙氣脫硫裝置的創(chuàng)新點(diǎn)主要有：

（1）脫硫液采用高比例（9∶1）塔內(nèi)外循環(huán)再生技術(shù)，顯著減少了再生池的占地面積；

（2）采用多級(jí)多噴頭工藝技術(shù)。優(yōu)選噴霧角度，提高噴淋覆蓋率（達(dá)到200%以上），從而提高了脫硫效率；

（3）除霧器葉片矢量角采用15°～ 30°的優(yōu)化設(shè)計(jì)，有效提高了氣水分離效果，降低了煙氣含濕量。
該裝置現(xiàn)已成功應(yīng)用于山東永泰化工集團(tuán)有限公司、山東東營(yíng)華泰清河實(shí)業(yè)有限公司等單位，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益，推廣應(yīng)用前景廣闊。

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