XZKP型高效空塔喷淋烟气脱硫装置技术特点
摘要:介绍了XZKP型高效空塔喷淋烟气脱硫装置的技术原理、技术特点、中试及工业化试验的情况。该技术通过改进工艺和结构，在提高脱硫效率和脱硫剂循环利用率两项技术上成效显著，用户可在不增加装置投资的前提下，获得更高的效率和更低的运行成本。
关键词:高效空塔,喷淋烟气,脱硫装置
1 XZKP型高效空塔喷淋烟气脱硫装置技术原理
XZKP型高效空塔喷淋技术适用范围广泛，10M～100MW火电或自备电厂机组的各类型锅炉脱硫装置均可用，同时适用于非发电行业如：石油、化工、造纸、制铝业、冶金、食品加工等中小型锅炉或窑炉烟气的脱硫。
XZKP型高效空塔喷淋烟气脱硫装置包括吸收剂制备子系统、吸收塔、塔前降温除尘子系统、排渣子系统、自循环子系统、物料输送子系统、给水子系统、压缩空气子系统和生控子系统。
XZKP型高效空塔喷淋烟气脱硫装置采用大型湿法小型化工艺原理，经除尘后的烟气（120℃～140℃）通过塔前降温和二次除尘预处理后从塔底进入，与自循环子系统三层多喷嘴雾化状态的贫液逆流接触（吸收液覆盖率＞200%），发生化学反应，达到脱除二氧化硫的目的。完成反应后，烟气经高效气水分离器，净化合格的烟气经烟囱排入大气；吸收后的浓溶液（富液经塔内氧化后再生，钠-钙法不需在塔内氧化）约10%从塔底排出进入排渣子系统脱水，形成干渣运出他用，所有液相全部返回系统循环利用；制备子系统不断向塔内补入高浓度新鲜溶液，以确保循环溶液的吸收能力。XZKP技术的主要性能见表1；XZKP型高效空塔喷淋烟气脱硫装置工艺流程见下图。
|
|
2 脱硫装置存在的问题及改进措施
2.1 脱硫效率偏低
目前国内中小型湿法脱硫装置应用于35～220t/h锅炉烟气的脱硫效率一般在70%～90％，220t/h以上级别锅炉也难以突破90％。能突破90％的装置亦很难保持长期稳定运行。
中小型湿法脱硫效率偏低一般有下列原因：
（1）吸收塔结构问题
目前国内中小型湿法脱硫装置大部分属于简易型，这些简易型脱硫装置的缺陷在于：化学反应区域小、喷淋密度小、阻力大，易造成脱硫效率偏低。
（2）烟气流速取值高
中小型湿法脱硫装置因想通过节约成本获得较高中标率和工艺方法的限制等原因，通常设计烟气塔内流速在3.5～4.0m/s范围。气速取值太大，必然使烟气在塔内停留时间缩短，必然造成塔内化学反应不充分，最终使脱硫效率偏低。
（3）采用简易式除雾器
烟气流速高所带来的另一个负效应是：中小型湿法脱硫塔至今气水分离除雾仍沿用切线、填料式等简易型式，因气速取值大，给尾气气水分离增加较大负担，为避免带水，只有降低二层喷淋量一个办法，通过减少喷淋密度来实现不带水，最终反过来还是会影响吸收效果，使脱硫效率下降。
（4）吸收条件错位
多数中小型湿法脱硫装置对塔内吸收过程的动力学参数的选择对正压或负压与吸收、分离等操作单元之间的影响关系并不太在意。从理论上说，压力越大，介质在吸收剂中的溶解度越大，吸收效果越好；反之，则是一个解吸过程。在化工溶液再生中最常用的一种工艺方法就是负压解吸。气相或液相在负压工况下与在正压条件下的流体移动轨迹是截然不同的，在负压工况下，烟气流速加快、喷嘴喷出的液帘角度、长度和气液接触的状态都很难实现原设计意图，尤其是停留时间和气水分离基本偏离设计参数，这种工况最终表现出来的就是脱硫效率低、风机带水。
2.2 脱硫剂循环利用率
脱硫剂循环利用率取决于系统液相的外排损失量。XZKP型装置正常运行时除生成物脱水后的干渣、定期清理脱硫剂所含杂质和脱硫塔出口烟气自然带走部分水外，系统能做到没有外排；连滤渣、清洗用水均全部回收到脱硫剂制备系统利用，提高了脱硫剂的循环利用率。
3 XZKP型高效空塔喷淋烟气脱硫装置的技术创新点
（1）引用多级多喷头雾化强化传质
这种喷淋形式根据脱硫塔截面大小而选择喷头喷出角度，覆盖率达到200%以上，最大限度地增大了气液两相的接触面积和时间，力求使气液传质达到接近理论化学反应限度，从而达到提高脱硫效率的目的。
（2）溶液塔内外循环相结合
大型湿法脱硫后的富液采用直接在塔内再生的工艺方法，只用一种脱硫剂（石灰石或石灰），再生过程相对简单，实际就是富液的氧化过程；而简易湿法所用脱硫剂基本是两种—钠或其它碱性物和钙），再生过程相对复杂，需要用钙先将钠或其它碱性物回收出来后再进行氧化。
（3）除雾器的改进
在工业实践中，大型湿法气水分离采用多层45°折流式（非金属材料）除雾器，但应用于简易湿法装置中会出现积灰和出口烟气湿含量超标较多的现象；XZKP技术为避免这种现象，对除雾器结构做了改进，把折流角度改为15°～30°的“人”字结构，提高了气水分离效果，加快分离水在板中的流动速度，同时也抑制了灰在板中的沉积。
4 项目工业化试验
该项目技术根据在山东东营华泰清河实业有限公司170t/h燃煤锅炉的试验数据进行整合见表2～4（表中数据均为平均数）。
|
|
试验目的：工艺及结构改进后脱硫效率、脱硫剂循环利用率和出口烟气湿含量的变化情况。
试验基准条件：烟气量≤250,000Nm3/h，脱硫塔直径Φ6000mm、塔高27m、烟气温度≤150℃，进口SO2浓度≤5000mg/Nm3，塔内平均反应温度≤100℃，塔内气体平均流速3.1m/s，液气比6L/m3。
根据综合试验数据再次进行了专题研究，试验结果显示效果良好，改进措施是可行的。
5 XZKP型高效空塔喷淋烟气脱硫装置项目的技术特点
（1）在大型湿法和简易湿法两种工艺之间进行优化组合，科学取值，液相采用脱硫塔内外循环并用，既提高脱硫效率，又不需要较大的占地和投资。
（2）改进气水分离结构，提高气水分离效果，有效防止积灰。
（3）脱硫剂的循环利用率明显提高，脱硫塔阻力小。
（4）XZKP技术适用范围广；各行业35～410t/h锅炉或窑炉均可使用；同时适应钠碱、造纸白泥、印染废液、石灰石/石灰等各类湿法脱硫剂；XZKP装置脱硫塔可由钢制、花岗岩制或非金属材料制成。
（5）技术性能指标优化：Ca/S<1.1；脱硫效率>94%；出口烟气湿含量≤85mg/m3；装置可用率>96%；脱硫剂循环利用率≥95%；SO2、HCl、HF、重金属Hg等脱除率>90%。
6 项目的工业化试验结果
2006年7月，该装置技术在山东永泰化工（集团）有限公司两台75t/h燃煤锅炉装置上设计配套进行第一次工业化试验，2006年12月装置建成投入试运行，经调试后装置运行效果良好。装置于2007年4月底通过山东省环境监测中心验收，脱硫效率平均达到94.10%。2007年3月，该装置在山东东营华泰清河实业有限公司170t/h燃煤锅炉装置上设计配套进行第二次工业化试验，2007年8月装置建成投入试运行，经调试后装置运行效果同样良好。装置于2007年9月底通过山东省环境监测中心验收，脱硫效率平均达到95.28%。两次工业化试验均达到设计要求，各项主要技术性能指标均达到《火电厂烟气脱硫工程技术规范 石灰石/石灰-石膏法》（HJ/T179－2005）国家环保技术标准，符合《火力发电厂大气污染物排放标准》（GB13223-2003），达到预期的效果。
7 项目实施效益
7.1 经济效益
该项目技术实施后，不论是承建方或是建设方都有良好的经济效益。以华泰清河实业有限公司170t/h锅炉烟气脱硫工程为例：
根据测算，1台170t/h燃煤锅炉在没有脱硫设施的情况下，每年向大气排放SO2总量按4000吨计，需向环保部门交纳的排污费用为252.63万元/a。
能达标排放的发电厂可享受国家电费加价的优惠政策，企业此项可增收约180万元/a。
脱硫设施运行费用按0.5元/kgSO2计，则年运行费用为200万元，低于没有脱硫设施时应缴纳的排污费用。
从以上数据分析，该项目的推广应用不但利国利民，而且承建方和建设方的经济效益都是明显的。
7.2 社会效益
（1）减轻大气污染。我国每年向大气排放的SO2总量达2200多万吨，全国国土的酸雨面积已超过1/3，而且还在增加。据国家有关环保统计的资料，每年因此而造成的经济损失已超过1100亿元。该项目装置技术脱硫效率较国内同类装置技术高出7%～15%，1台170t/h锅炉配套XZKP型装置，一年可减少向大气排放SO2总量为367吨。
（2）增加就业机会。
（3）增加国家税收。以1台170t/h锅炉烟气脱硫装置为例：新增产值748万元，新增利润95.37万元，新增税收46.75万元。
8 结论
XZKP型高效空塔喷淋烟气脱硫装置经过工业化试验的检验，通过了当地省市级环保主管部门的监测验收，实践证明该装置工艺创新是成功的。迄今为止，国内尚无大型湿法烟气脱硫技术小型化应用的报道，XZKP型装置适用范围广，10M～100MW火电机组的脱硫装置均可适用，同时适用于非发电行业如：石油、化工、造纸、制铝业、冶金、食品加工等中小型锅炉烟气的脱硫。XZKP型装置通过创新性优化组合和改进，在提高脱硫效率、脱硫剂循环利用率和气水分离几项指标上取得显著成效，较目前国内同类技术先进。
XZKP型高效空塔喷淋烟气脱硫装置的创新点主要有：
（1）脱硫液采用高比例（9∶1）塔内外循环再生技术，显著减少了再生池的占地面积；
（2）采用多级多喷头工艺技术。优选喷雾角度，提高喷淋覆盖率（达到200%以上），从而提高了脱硫效率；
（3）除雾器叶片矢量角采用15°～ 30°的优化设计，有效提高了气水分离效果，降低了烟气含湿量。
该装置现已成功应用于山东永泰化工集团有限公司、山东东营华泰清河实业有限公司等单位，取得了良好的经济效益和环境效益，推广应用前景广阔。
使用微信“扫一扫”功能添加“谷腾环保网”
