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【技术汇】折返式吸收塔技术的应用

栏目:行业资讯 发布时间:2018-11-27
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本文介绍了阳逻电厂进行的折返式吸收塔改造,介绍了该脱硫改造技术方案、主要内容和改造效果。分析了折返式吸收塔的适用范围、特点及技术优、缺点。

关键词:脱硫 折返式 吸收塔 超净排放

1引言

 为满足出口二氧化硫排放浓度低于35mg/m3(标态,干基,6%O2,下文浓度未特别说明均为此状态),出口烟尘浓度低于5mg/m3的超净排放要求,华能武汉发电有限责任公司(以下简称阳逻电厂)4号机组于2016年11月,由武汉凯迪电力环保有限公司进行了脱硫系统改造,首次采用了折返式吸收塔技术,改造后脱硫效率超过99.1%,可满足超净排放要求,但也存在部分问题仍需进一步改善。

2改造前的脱硫装置

 华能阳逻电厂3号、4号(2×300MW)机组于2006年10月采用两炉一塔的脱硫工艺增设脱硫装置,2011年6月为3号机组新建一套脱硫装置,将两炉一塔改造为一炉一塔。4号机组完全利旧原两炉一塔的脱硫装置,设计入口SO2浓度5700mg/m3,净烟气排放浓度小于200mg/m3。脱硫系统设置动叶可调轴流式增压风机Q=520m3/s,P=3000Pa;吸收塔尺寸φ17.2×36.34m,设置一层托盘,三层喷淋层,共552个喷嘴;三台浆液循环泵Q=9637m3/h,H=22.5/24.5/26.5m;三台罗茨氧化风机Q=6000m3/h,P=98kPa。

吸收塔原为两炉一塔设计,后用于单台炉,故存在无法解决的系统问题:

· 烟气量较原设计值减少一半,塔内烟气流速很低,塔内结垢问题严重;

· 由于流速过低,除雾器效率差,出口烟气含水量大;

· 由于是两炉一塔改造,运行电耗明显高于其余机组。

且4号机组在2013年7月进行了摸底实验,机组满负荷运行,原烟气SO2浓度均值为2859mg/m3,净烟气SO2浓度均值为49mg/m3,脱硫效率为98.28%。

3脱硫装置改造

 为满足最新的超净排放及设备安全运行的要求,脱硫系统进行了改造。鉴于原吸收塔直径大,若采用常规的缩径,增加喷淋层、托盘的方式难度较大,且未充分利用原吸收塔直径大、浆液循环泵流量大的特点,故本次改造针对此吸收塔创新使用了折返式吸收塔技术。

3.1 主要改造内容

1)烟气系统。改造后取消增压风机,烟道及烟道支架进行优化,重新布置原烟道,原烟道在吸收塔塔帽变径段下方入塔。吸收塔入口处设置一套事故喷淋装置。在吸收塔净出口烟道处对烟道进行扩径,布置两级烟道式除雾器(平板立式布置)。

2)吸收塔系统。采用折返式吸收塔,吸收塔内部设置隔板,将吸收塔分隔为顺流侧及逆流侧两部分。更换全部3台浆液循环泵(我厂浆液循环泵生产厂家已停产,故进行了整体换型),其出口管道在喷淋层高度分流进入隔板两侧。喷淋层及喷淋梁全部更换重新布置(从下至上浆液循环泵分别简称为A、B、C泵,对应的喷淋层顺流侧为A1、B1、C1,逆流侧为A2、B2、C2)。拆除原有托盘、除雾器,重新布置一层托盘及两级屋脊式除雾器。更换全部吸收塔搅拌器。将矛枪式氧化风管改为管网式,利旧氧化风机。

3)其他系统。除雾器冲洗水泵更换。事故浆液箱系统改造。控制系统改造。CEMS改造。照明系统改造。

4)同期进行的相关联改造。贫改烟改造:将锅炉设计煤种由贫煤改为烟煤,设计煤种含硫量有2.2%降为1.5%。引增合一改造:取消增压风机,更换引风机。低低温省煤器改造:回收烟气热量,降低入口烟气温度至90℃。

3.2 吸收塔改造

吸收塔是脱硫系统核心装置,其对脱硫装置的性能具有决定性意义。

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图1 折返式吸收塔结构图

阳逻电厂吸收塔改造主要内容有:吸收塔本体外壳保留不作改造,浆池不变。吸收塔内部设置隔板,隔板两面均采用鳞片防腐,将吸收塔沿轴向分隔为两部分,提高吸收塔内逆流侧流速至3.6m/s左右。在顺流侧喷淋层上部设置导流板,导流板采用鳞片防腐。吸收塔更换所有喷淋层及喷嘴。喷淋层布置为顺流侧三层,逆流侧三层,每层喷淋层间距2m,距A2喷淋层2.2m设置托盘。C1喷淋层采用2205合金,设置66个单向单头合金喷嘴,A1、B1层喷淋层均采用FRP材质,设置68个双向双头喷嘴,A2、B2、C2喷淋层全部采用FRP材质,设置130个单向双头喷嘴。更换3台浆液循环泵,每台泵流量10000m3/h,连接相同高度顺流及逆流侧喷淋层各一层。浆液循环泵出口管道在喷淋层高度分流,一根管道设置一台电动蝶阀并进入顺流侧,另一根管道再次分为两根支管后进入逆流侧。为防止吸收塔入口高温烟气损坏喷淋层或防腐,入口烟道至最上层喷淋管使用耐高温阻燃鳞片,顺流侧最上层喷淋层处设置2m的2205合金贴衬。在逆流侧,最上层喷淋层上部布置两级屋脊式除雾器。更换全部吸收塔搅拌器。将矛枪式氧化风管改为管网式。

4脱硫改造效果

 4.1 现场运行效果

4号脱硫改造前3个月及改造后2个月的月度平均统计值,见下表。

表1  脱硫改造前后主要参数

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从上表分析,改造前后原烟气SO2浓度基本相当,排放指标却大大降低,脱硫效率上升一个档次。运行时原烟气SO2浓度较设计值低,主要是改造后溢流情况较突出,为防止突发溢流造成环保排放超标情况,入炉煤采用含硫量较低煤种。待溢流系统改造后将恢复正常。

表面上脱硫厂用电率下降的原因是增压风机取消,排除增压风机厂用电率0.4%的影响,厂用电率与改造前略有升高,但排放指标大大改善。同时运行人员发现原烟气SO2浓度2400mg/m3以上时就需要开启全部浆液循环泵,也导致电耗较高。

综合分析,改造后运行效果明显,排放指标大大降低,与性能试验结果一致。

4.2 性能试验报告

2017年8月23日-25日进行了3天满负荷性能试验。因煤质原因,原烟气SO2浓度23日为4545mg/m3,24日为3682mg/m3,25日为3161mg/m3,对应净烟气SO2浓度分别为18mg/m3,12mg/m3,6mg/m3

根据现场性能试验时数据,该吸收塔在处理SO2浓度较高的烟气(短时原烟气SO2浓度最高达到5000mg/m3)时,仍可达到超净排放要求,说明有改造后仍有一定余量。

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表2  性能试验报告主要技术指标结论

5折返式吸收塔技术特点

 折返式吸收塔技术是针对阳逻电厂4号吸收塔特点,专门进行设计的吸收塔型式适用于吸收塔直径大,吸收塔内部烟气流速过低的吸收塔进行改造,一般为两炉一塔吸收塔

此种型式吸收塔特殊点在于其将吸收塔入口烟道抬高,并在吸收塔内部设置隔板,将吸收塔沿轴向分隔为两部分,烟气在吸收塔内部先顺流再逆流流动。

此种结构其优点在于:

1)因设置隔板,烟气流速得到提高,解决了烟气流速过低产生的结垢及除雾器效率低等一系列问题。

2)延长了烟气在吸收塔内流动距离,使得效率有所提升。

3)因入口烟道抬高,从根本上解决了浆液溢流回引风机,造成引风机故障的可能。

4)充分利用吸收塔大直径特点,吸收塔壳体不需改动或抬升。

5)喷淋量变化不大,浆液循环泵可以利旧使用,节约部分设备成本。

同时也会带来一些不足,但采取措施可降低影响,主要有:

1)存在高温损坏设备风险。因高温烟气从吸收塔上部进入,吸收塔顺流侧最上层喷淋层及其上部防腐需耐高温,造成喷淋层及防腐材料材质要求提高,若所选材质耐温不足,存在设备安全性隐患。加强耐温材料管理,配套进行低低温省煤器改造,降低入口烟气温度可改善此情况。

2)干湿界面位置变化。干湿界面从吸收塔入口烟道,变为顺流侧最上层喷淋层附近,具体位置与喷淋层喷嘴型式及运行情况有关。顺流侧最上层喷淋层采用单向向下喷嘴,下两层采用双向喷嘴,可保证无论顺流侧最上层喷淋层是否投运,干湿界面位置基本维持在顺流侧最上层喷淋层下方不变。

3)存在烟气旁路造成排放超标风险。每台浆液循环泵对应相同高度顺流及逆流侧喷淋层各一层,停运浆液循环泵时,烟气可直接从顺流侧喷淋管通过逆流侧喷淋管流走。同时隔板采用鳞片防腐,存在隔板腐蚀穿孔,烟气直接通过隔板流走可能。在喷淋管母管上设置蝶阀,停运浆液循环泵时关闭对应蝶阀,可降低风险。隔板采用2205等材质,可有效降低通过隔板流走可能。

4)吸收塔溢流严重。吸收塔溢流管未进行改造,溢流管与吸收塔接口高度在液面以下,通过连通管原理实现溢流,溢流管上部设置虹吸破坏管。此种溢流管型式的溢流高度除与液面有关外,还与吸收塔内压力有关,而折返塔烟气流向先顺流后逆流,会在液面上施加较大压力,使吸收塔液位较低时,因压力大也存在溢流可能。且当虹吸破坏管堵塞时,还会造成虹吸现象,导致浆液被大量抽出吸收塔。通过改造溢流管型式为直通方式,即抬升溢流管接口高度至溢流高度,并在溢流管出口处设置水封。此种型式溢流管不受烟气压力影响,应可大大降低溢流情况。

5)系统阻力与浆池液位有较大关系。烟气阻力与流通面积有直接关系,受浆池液位与隔板间距影响,浆池液位高,系统阻力大,浆池液位低,系统阻力小。需严格控制浆池液位。

6)浆液循环泵对吸收塔效率影响大。停运1台浆液循环泵,即停运了2层喷淋层。条件允许情况下,可以采用小浆液循环泵,一台浆泵对应一层喷淋层的设计。

7)顺流侧无托盘,造成喷嘴、防腐检查较困难。可采用在顺流侧保留托盘梁的措施,方便搭设脚手架。

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结论

 折返式吸收塔针对性较强,适用于吸收塔直径大,吸收塔内部烟气流速过低的吸收塔进行改造,一般为两炉一塔吸收塔。改造能够解决此种吸收塔烟气流速过低,结垢严重、除雾器效果差问题。同时吸收塔壳体不需改动或抬升。浆液循环泵可以利旧使用,节约部分设备成本。但是存在高温损坏设备风险,存在烟气旁路造成排放超标风险,存在系统阻力与浆池液位有较大关系问题,存在浆液循环泵对吸收塔效率影响大问题等。

本工程成功将折返式吸收塔技术应用到湿法脱硫装置改造中,在脱硫入口烟气量为980413m3/h、SO2浓度为3796mg/m3情况下,实现的脱硫效率为99.7%,出口SO2浓度为12mg/m3,达到了超净排放的要求,并有余量以满足将来可能更严格的环保要求。本改造工程的成功,为其他火电厂类似烟气脱硫装置改造提供参考和借鉴。