濕法煙氣脫硫液氣比的影響因素及參數確定

液氣比是脫硫漿液的循環量與處理煙氣體積流量之比。在濕法脫硫系統中,液氣比是影響脫硫效率的一個重要參數,液氣比過小會使系統脫硫效率下降;液氣比過大,不僅使脫硫漿液循環量消耗增大,還會使煙氣帶水增多而增加系統的水耗,并造成煙道腐蝕。本文對影響液氣比的各主要因素進行了分析,為同類濕法脫硫系統的設計及設備選型等提供參考。

1 影響液氣比的因素分析

濕法脫硫系統中影響液氣比的因素主要有吸收塔入口SO2濃度、SO2的脫除率、噴淋層數、噴淋層間距、煙氣流速、煙氣溫度等。

1.1 入口SO2濃度

吸收塔入口SO2濃度是影響脫硫系統液氣比的主要因素。在其他條件相同的情況下,燃煤硫分與吸收塔入口SO2濃度成正比。隨著燃煤硫分的增大,脫硫系統液氣比增加,但是液氣比增加的幅度會逐漸減小。

1.2 脫硫效率

當吸收塔入口SO2濃度一定時,決定脫硫系統液氣比的最主要因素是SO2的脫除效率。如果要求達到的SO2脫除效率增加,則需要增加氣液接觸機率,液氣比就必須增大。但當脫硫效率增加到一定程度后,單從增加液氣比來提高脫硫效率,效果已不是非常明顯,反而會增加巨大的動力消耗。實際上, SO2與吸收漿液有一個氣液平衡,液氣比超過一定范圍后,脫硫率將不再增加。

1.3 煙氣溫度

脫硫系統實際運行過程中,機組負荷變化比較頻繁,脫硫系統進口煙溫也會隨之波動。理論上,進入吸收塔的煙氣溫度越低,脫硫系統水耗越低,液氣比也將越低;同時,進入吸收塔的煙氣溫度越低,越有利于SO2氣體溶于漿液,形成HSO-3。在脫硫效率不變的情況下,液氣比隨著吸收塔煙氣溫度的降低而降低。

1.4 噴淋層數及間距

從目前國內已建脫硫裝置來看,噴淋層數多為2～4層。噴淋層數與液氣比對照見表1。

表1 噴淋層數與液氣比的對照

從表1可以看出,隨著噴淋層數的增加,液氣比逐漸減小,并且減小的幅度越來越小;當噴淋層為1層時,液氣比增加顯著,這也是各脫硫工程沒有選擇1層噴淋層的主要原因。例如,國電菏澤發電廠三期2×300MW機組煙氣脫硫工程噴淋層為3層,山東魏橋鋁電有限公司氧化鋁配套第一汽站8× 240 t/h鍋爐脫硫工程噴淋層為4層。

噴淋層間距對液氣比的影響較小,總的趨勢是隨著噴淋層間距的增加,液氣比逐漸降低(詳見表2)。當噴淋層間距由1m增加到2.4m時,液氣比由10.91L/m3降到8.32L/m3。

表2 液氣比與噴淋層間距關系

1.5 煙氣流速

根據雙膜理論,提高煙氣流速可提高氣、液兩相的湍動,降低煙氣與液滴間的膜厚度,增加液滴下降過程中的振動和內部循環,提高傳質系數,降低了液氣比。另外,隨著煙氣流速的增加,噴淋液滴的下降速度將相對降低,使單位體積內持漿量增大,增大了傳質面積,降低了液氣比。煙氣流速與液氣比的關系見圖1。

圖3 煙氣流速與液氣比關系曲線

2 液氣比影響參數的確定

通過以上的分析可以看出:吸收塔入口SO2濃度、脫硫效率、煙氣溫度等是確定液氣比的前提條件。而合理的液氣比可以通過方案設計、選型等途徑選擇優化的噴淋層數、噴淋層間距、煙氣流速等參數。根據煙氣中SO2的含量及運行負荷變化,確定合理噴淋層數量。為了確保系統的脫硫效率,噴淋層一般設2層、3層或4層,噴淋層數過少則達不到效率要求,過多雖可以提高效率,但已不明顯,且煙氣系統阻力增加,反而得不償失。根據脫硫系統實際運行工況可以選擇投運不同的噴淋層數,以滿足需要達到的脫硫效率。與噴淋層數的設置及運行不同的是,噴淋層間距及煙氣流速的選擇一旦確定并且在脫硫系統施工完成后無法通過以后的運行來調節。液氣比隨著噴淋層間距的增加而降低,從這個角度出發,噴淋層間距越大越好,但是噴淋層間距增大后,塔高隨之增高,出口煙道也相應的增高,投資增大。噴淋層間距也不能太小,否則會影響噴嘴的噴淋覆蓋率。根據不同的脫硫系統,噴淋層間距一般選擇1.2～2.5m。

在實際工程中,煙氣流速的增加無疑會使脫硫塔的塔徑變小,脫硫塔的阻力有所增加,風機的能耗增大,液氣比的降低可減少脫硫塔的投資和循環泵的投資運行費用,總的投資運行費用降低了。但煙氣流速過高,噴淋層噴出的霧滴將為煙氣所攜帶,增加除霧器的負荷,影響除霧器的性能,甚至會產出二次夾帶。目前,將脫硫塔內煙氣流速控制在3.0～4.0m/s是較為合理的。

3 結語

討論了液氣比的影響因素及各相關影響參數的選擇,對于確定合理的液氣比及控制工程造價具有一定的參考意義。在脫硫系統實際運行中,應隨時注意鍋爐負荷增大使煙氣量增加,以及由于循環泵葉輪磨損使脫硫液循環量不足所產生的液氣比下降而影響脫硫率。

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