文_吕璐 中钢集团天澄环保科技股份有限公司

1 脱硫装置基本情况

该脱硫装置采用托盘塔，超低排放改造要求为：脱硫装置按照校核煤种工况下即入口SO2浓度按2028mg/Nm3（标态，干基，6%O2）设计，出口排放SO2浓度达超低水平。同时，脱硫装置应具备负荷调节出力，来满足机组燃煤硫含量的变化。改造方案如下：

①新增1 层喷淋层及循环泵。增加1 层喷淋层，新增1 台浆液循环泵，改造后总浆液循环量达到27524m3/h。

②更换原有托盘。增加循环量后，吸收塔阻力增加，因此更换了托盘（开孔率36%，孔径37mm）。

③新增3 层增效环。在托盘层、第一层喷淋层、第二层喷淋层上部1m 位置增设了增效环。

从DCS 中调取了超低排放改造后脱硫装置的运行数据：脱硫系统在浆液循环泵4台运行情况下，主机负荷在598M ～600MW，运 行pH 值 为6，入 口SO2含 量 在1400 ～1550mg/m3时，出口SO2含量可达到在28mg/m3时。因此，超低排放改造后，脱硫装置二氧化硫脱除能力有所提升，但还未达到设计值。

2 脱硫性能诊断结果

2.1 总浆液循环量

总浆液循环量核算是指依据传质理论，将入口二氧化硫浓度等烟气参数和吸收塔配置方案作为输入条件，计算出吸收塔所需的总浆液循环量，用来评价脱硫装置的脱硫能力。

2.1.1 理论总浆液循环量核算结果

改造后，脱硫塔配置为1 层托盘（36%开孔率，37mm 孔径），4 层循环泵（6881m3/h），浆液循环总量为27524m3/h。按照脱硫装置入口SO2浓度按2028mg/Nm3（标态，干基，6%O2）进行核算。核算结果为理论总浆液循环量需要33524m3/h。

2.1.2 实际运行情况下核算结果

改造后，脱硫系统在浆液循环泵四台运行情况下，主机负荷587M ～608MW，运行pH 值5.7 ～6，总浆液循环量为27524m3/h 时，使吸收塔出口排放SO2浓度不大于35mg/m3时，此时入口SO2含量只能在1000 ～1450mg/m3范围内。

从核算结果可知，现设计的总浆液循环总量小于理论核算量，而实际运行时发现在该循环量下，只能将浓度为1000 ～1450mg/m3的SO2，脱除至超低排放水平以下。因此，该吸收塔的总浆液循环总量设计偏小，导致吸收塔脱硫能力不够。

2.2 托盘

托盘在塔内起强化传质、均匀流场的作用。托盘的孔径由原设计35mm 增大为37mm 会降低托盘的持液能力而导致托盘的二氧化硫吸收功能降低。

在相同条件下，持液层的高低影响了托盘的阻力，从而影响了托盘对二氧化硫的强制吸收效果，可以用SO2脱除效率的贡献值来评价。经计算可知，托盘的开孔率从32%改为37%，而导致托盘阻力由607Pa降低到440Pa， SO2贡献的效率值降低了12%。

2.3 喷淋层

2.3.1 喷淋层喷嘴均匀度

本项目设置了4 层喷淋层，每层喷淋层设置有132 个喷嘴，喷嘴型式为旋转空心锥、单头雾化角度90°，经计算单层喷淋层的均匀度为83.6%，设计偏低。喷嘴设计中间距过大距离超过1.5m，形成了明显的覆盖率不足区域；而喷淋层梁附近喷嘴间距过小，喷淋密度过大。

2.3.2 喷淋层的泄漏率

喷淋层的泄漏率也是评价喷嘴喷淋后在吸收塔截面上的覆盖效果，超低排放要求100%覆盖。经核算，喷淋层布置中有明显的泄露区域泄漏率为1.6%。

通过开塔，观察出喷淋层在安装和雾化方面存在问题。

①喷嘴安装存在高度差。靠近梁的喷嘴做了下沉处理，远离梁的喷嘴未下沉，高度差约为500mm，会导致烟气侧向泄露。

②喷嘴雾化效果差。由于喷嘴堵塞等原因，会导致喷嘴雾化效果差的情况。

③喷嘴雾化角度小。喷嘴的品质或喷嘴磨损后，会导致喷嘴雾化角度偏小。

2.4 增效环

增效环是指在吸收塔的周围增加一层环状结构，一般设置在喷淋层之间，作用是强制烟气向塔中部分布，增加烟气与喷淋的接触概率，消除塔璧高速烟气，而造成的烟气逃逸问题。

该脱硫装置在托盘与第1层喷淋层之间设置了增效环。通过对吸收塔数值流场模拟分析发现在托盘上设置增效环后，会使托盘周边存在无浆液区，会导致气流-浆液在此区域无接触，引起烟气逃逸使托盘部分失效，从而影响脱硫效率。鉴于以上原因，在托盘塔超低排放设计中，应取消托盘上部的增效环。

2.5 诊断结果小结

2.5.1 脱硫出力设计问题

提高浆液循环总量（即液气比），可以大大的提高吸收塔的脱硫出力，但相反的会造成循环泵设计过大，会造成投资和运行增高。因此，选择经济、合适的浆液循环总量是关键。

2.5.2 托盘设计问题

增加托盘一方面可以强制二氧化硫吸收，另一方面可以均匀流场，使烟气与浆液均匀接触。此外，增加托盘还可以防止喷淋层、喷嘴、除雾器叶片、防腐鳞片等掉落吸收塔浆池区，从而保护浆液循环泵。

2.5.3 烟气短路问题

消除烟气短路问题可以从喷淋层、喷嘴、增效环设计等方面入手。喷淋层喷嘴应均匀布置，喷嘴应同一下沉布置在同一水平面。对于托盘塔而言，在托盘上部位置增设增效环会影响托盘的持液效果，从而影响托盘的脱硫效能。

3 改造效果

3.1 改造方案

由于仅有15 天改造时间，本次改造的重点为提高二氧化硫强制吸收能力和消除烟气短路问题。

3.1.1 更换托盘

提高托盘强制吸收SO2能力，经核算将原托盘更换为开孔率32%、孔径为35mm 的托盘。

3.1.2 喷淋层调整

喷嘴重新布置，单层喷淋层的喷嘴的个数由原来的132 个增加到140 个。同时，喷嘴下沉450mm，布置在同一水平面上，保证喷淋完全覆盖整个吸收塔截面。

3.1.3 增效环调整

鉴于托盘塔中，托盘上方的增效环会影响托盘的持液效果，因此，将托盘与首层喷淋层之间的增效环拆除。

3.2 运行效果

改造后，脱硫系统在浆液循环泵三台运行情况下，主机负荷579MW，运行pH 值5.8，入口SO2含量1600mg/m3时，出口SO2含量可达32mg/m3，脱硫效率98.0%。

脱硫系统在浆液循环泵四台运行情况下，主机负荷608MW，运行pH 值5.7，入口SO2含量1910mg/m3时，出口SO2含量可达30mg/m3，脱硫效率98.8%。

通过对托盘、喷淋层、喷嘴的改造可见，提高二氧化硫强制吸收效果和消除烟气短路这两个方面是提高吸收塔的脱硫出力的关键。

3.3 经济性分析

以设计工况参数为基准，运行时间按8000h/a 计，经过改造后：①二氧化硫减排总量。经计算，脱硫装置的入口二氧化硫由1500mg/Nm3提高到1900mg/Nm3，每年可实现多二氧化硫多减排480t/h。②脱硫装置的运行费用。脱硫装置可长期3 台泵运行，每年可节约脱硫剂、水耗、电耗的总费用为109.3万元。

4 结语

为解决600MW 燃煤机组石灰石-石膏法湿法脱硫装置经超低提效改造后脱能耗高、污染物总量减排量低的问题，通过性能诊断确定总浆液循环量、托盘、喷淋层布置、喷嘴、增效环等因素是主要原因。

吸收塔经改造后，提高了吸收塔的二氧化硫脱除能力，通过调整吸收塔喷淋层开启层数来应对燃煤硫负荷的变化。减少了二氧化硫总排放量，每年可多减排二氧化硫480t/h。降低了系统运行能耗，每年可节约石灰石、水、电耗总运行费用109.3万元。